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天然气水合物的相平衡

来源:中国天然气工业网 日期:2010-09-15 浏览量:
水合物热力学确定了水合物形成或离解的条件。大多数水合物相平衡均在三相(液态水、水蒸气、水合物)条件下进行。利用Gibbs相定律,对给定压力和给定干燥烃蒸汽组分,可以确定三相的平衡温度。如果在恒定压力下加热一种处于平衡状态的气体和它的水合物,将生成含少量溶解气的液态水。相反,冷却气-液混合物,则会生成水合物。例如,在1.03×107巴压力下,甲烷气-水混合物将在288K温度生成水合物,一种含87%CH4,8%C2H6,4%C3H8,和1%CO2的气态混合物将在1.03×107巴压力295K温度下与液态水生成水合物。
Parrish和Prausnitz建立了一种在限定的温度和压力范围预测水合物离解压力的模型:
式中,yi—气相组分i的摩尔分数,n—气体中组分的总数目,(Kv-s)i— 蒸汽与固相间的平衡常数(=yi/xsi),xsi固相中的烃摩尔分数。
由三元混合物的数据可确定平衡常数。
离解水合物有四种方法:
1)      对给定温度和组分的气体,将压力降至水合物形成压力之下;
2)      对给定压力和组分的气体,将温度升至水合物形成温度之上;
3)      降低气体中水蒸汽的露点,使其低于三甘醇或分子筛等一些试剂的干燥的生成温度;
4)      加入电解质或醇类物质到水合物容器中,以降低水合物的形成温度。这些物质中CaCl2和CH3OH是最有效的抑制剂。它们的作用是重新组织水分子围绕着离子,并使得围绕有机分子的水更难于聚集。
对地下水合物,其性质研究可分两步:1)在多孔介质中水合物的形成;2)离解条件的研究。第二步的研究可在实验室进行,但第一步的研究可能是十分困难的。主要的困难似乎是在气液界面上固体水合物的形成。因为界面上的气体抑制了固体水合物与水的进一步接触。即使用纯的水合物进行混合,形成物已吸留了少量改变凝固相特性的水囊。水合物形成的亚稳定性对实验人员也是一个问题。由于这些原因使水合物研究工作者面临相当大的挑战。