[发明专利]测定多孔介质中气体水合物相平衡条件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定多孔介质中气体水合物相平衡条件的实验方法。

背景技术

气体水合物是轻烃、CO₂及H₂S等小分子气体与水形成的一种非化学 计量性的笼状晶体物质。随着气体水合物技术在天然气的勘探与开发、油 气管线运输、以及生物工程和环境保护等方面的应用，对水合物的研究日 益受到关注，其中，对水合物相平衡数据进行测量是水合物研究应用的一 个重要方面和基础工作，比如，对天然气水合物的资源勘探与评价必须建 立在对水合物的生成温度、压力条件的准确测定的基础上。

对于气体水合物相平衡体系，可能出现的共存平衡相包括：气相、冰 相、富水液相、富烃液相以及三种结构的气体水合物相。某一温度下达到 三相平衡时的体系压力值是唯一的。天然气水合物的生成条件与气相组成、 液相组成、多孔介质类型及尺寸分布等均相关。

一些学者在积累了大量的气体水合物相平衡方面的研究和实验数据的 基础上，建立了多个水合物相平衡计算模型，这类的计算模型例如文献：[1] Sloan E D.Clathrate Hydrates of Natural Gases.2 ed.NY：Marcel Dekker.Inc， 1998；[2]Parrish W R，Prausnitz J M.Dissociation Pressures of Gas Hydrates Formed by Gas Mixtures.Ind.Eng.Chem.Process Des.Dev.，1972；11：26-35； [3]Chen G J，Guo T M.A New Approach to Gas Hydrate Modeling.Chem.Eng. J.，1998；71：145-151；[4]Van der Waals J H，Platteeuw J C.Clathrate Solutions. Adv.Chem.Phys.，1959；2：1-57等中的报道。然而，通过这些模型所计算得 到的水合物相平衡条件仅是建立在一定理论基础上的预测值，而且只适用 于自由水体系或特定的某种体系，在实际应用中仍需要对各种条件下的水 合物相平衡数据进行直接的实际测定。

目前用于直接测定水合物相平衡条件的方法主要有三种：恒温压力搜 索法、恒压温度搜索法和恒容曲线法。

恒温压力搜索法是指在高压低温下生成水合物，然后将水合物温度维 持在要测定的温度，降低体系压力使水合物分解，肉眼观察当最后一粒水 合物晶体消失时的压力即为实验温度对应的平衡压力。

恒压温度搜索法是指在测量过程中保持体系的压力恒定，降低体系的 温度，待水合物生成后缓慢升高体系温度，肉眼观察当最后一粒水合物晶 体消失时的温度即为实验压力对应的平衡温度。

恒温压力搜索法和恒压温度搜索法的缺点在于肉眼观察偏差容易引起 实验误差。而且，对于多孔介质体系，由于生成的水合物难以直接观测， 因此，这两种方法不能直接用于含多孔介质的水合物生成条件测定。

恒容曲线法是指维持体系的体积不变，降低气-水体系的温度，开始阶段 体系压力缓慢下降，当水合物开始生成时体系压力急剧下降，待压力不再降 低时则升高体系温度，水合物分解使得体系压力快速升高，待水合物完全分 解后体系压力随温度升高而上升的速度明显减慢，压力上升速度明显减慢时 的温度、压力即为一组平衡条件。恒容曲线法测定水合物相平衡条件的缺 点在于：测量周期长，平衡温度不确定且对水合物的生成量比较敏感，温 度或压力测量的滞后也将影响测量的精度。另外，对于气体混合物体系， 由于水合物生成过程的分馏效应，混合气体的组成随着水合物生成量的变化 而相应变化，该方法不易用于确定明确组分的水合物相平衡条件的测量。

因此，有必要对测定水合物相平衡条件的技术进一步研究，提供一种 测定精确度高、并适于测定多孔介质中的气体水合物相平衡条件的方法， 以促进水合物技术的应用进展。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种新的测定多孔介质中气体水合物相平衡 条件的方法，可以准确测定多孔介质体系中的气体水合物的温-压平衡条件。

本发明提供了一种测定多孔介质中气体水合物相平衡条件的方法，该 方法主要包括以下步骤：

(1)设置填充有含水多孔介质的管状反应器，并将反应器内温度设为 待测平衡条件的实验温度；