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技術(shù)文章

天然氣水合物相平衡實驗判定方法研究現(xiàn)狀

點擊次數(shù):4964 發(fā)布時間:2012-9-17

目前,國內(nèi)外常用的天然氣水合物相平衡條件測定方法大體上可分為恒壓法、恒溫法及恒容法三種。若實驗裝置為帶視窗的高壓釜,則可采用恒壓法或恒溫法;若實驗裝置為不帶視窗的高壓盲釜,則應(yīng)采用恒容法。
    至今,發(fā)展較為成熟的直接觀察法和圖形法,現(xiàn)有相平衡實驗判定方法多數(shù)是在二者基礎(chǔ)上發(fā)展起來。直接觀察法是早期用來測定水合物相平衡的主要方法。在本世紀
四十年代后,基于安全考慮,發(fā)展了圖形法,即以分析水合物形成時壓力和溫度的變
化為基礎(chǔ)的作圖法。
    1)直接觀察法
    通過透明高壓釜或視窗直接觀察釜內(nèi)水合物的生成與分解比較方便、成熟。在高于
預(yù)期的水合物形成溫度下,將一定量的水和已知組成的氣體加壓至壓力,并進行攪拌,冷卻,直至觀察到水合物形成。形成水合物一般需過冷至接近冰點或者低于預(yù)期的平衡溫度,這是由于水合物形成體系會在亞穩(wěn)態(tài)下保持相當長一段時間。一旦水合物形成后,就應(yīng)慢慢升溫,直至水合物全部分解。這時的溫度和壓力就被認為是
平衡數(shù)值。然后,重新冷卻,形成水合物,將氣體放空以降低壓力,獲得新的平衡點。
    一般而言,如果一個特定的體系曾經(jīng)形成過水合物,則只需較低的過冷度就可以再形成水合物。即使不改變壓力,體系的溫度也會振蕩,直至達到平衡溫度和壓力所需的精度。
    這種方法的顯著優(yōu)點是可以直接觀察到釜內(nèi)的相變,但是它受透視釜耐壓的限制。此外,在接近或低于冰點時,很難判別冰相和與之相似的水合物相。zui后,它還有一個缺點,那就是由于水合物形成和分解過程緩慢,所以需要很長的實驗時間。
    直接觀察法應(yīng)用于測定簡單體系在純水和電解質(zhì)溶液中的水合物生成條件時誤差較小,但應(yīng)用于測定多元混合物在電解質(zhì)溶液中的水合物生成條件時則誤差較大。
    2)圖形法
    為了克服這些缺點,利用水合物生成時伴隨著壓降的特點。將此法自動化。此法使用全封閉釜,因而可用于較高的壓力。
    上述間接法同樣也適用于溫度高于平衡溫度的條件下,先將釜壓升至壓力。加
熱和降溫過程由計算機控制。降低溫度并記錄溫度和壓力值。將體系過冷至足以生成水合物,當水合物生成時,可以觀測到明顯的壓降,此時再開始加熱。畫出壓力-溫度曲線,加熱和降溫P-T曲線的交點就是相平衡條件。在大多數(shù)情況下需要進行重復(fù)實驗以驗證此平衡條件。

    3)質(zhì)量分析法
    不帶視窗的質(zhì)量分析法,它可用于溫度低于冰點的情況,這時水合物的生成很慢。此法是將分子篩用水飽和并使之在抽真空的釜內(nèi)結(jié)冰。
    然后將氣體增壓至壓力,置之過夜以便生成水合物。水合物的生成通過樣品的質(zhì)量增益來監(jiān)測。緩緩升溫促使水合物分解以便漸漸趨于相平衡,當質(zhì)量減少停止時的溫度和壓力即作為水合物的相平衡條件。這種方法擴大了水合物生成溫度/壓力的測定范圍。
    4)壓力搜索法
    一種用于在恒定溫度下搜尋平衡壓力的方法(壓力搜索法)。在這種方法中,溫度固定,搜索水合物的生成壓力,記錄壓力,并從平衡釜中取出少量氣樣分析。這樣便能得到固定溫度下的平衡壓力及組成。當氣樣取出的時候,壓力會下降,但隨著水合物的分解會彌補那部分損失。當壓力停止升高,取下一個樣。壓力的穩(wěn)定說明達到了平衡。通過該法可以得到水合物平衡的等溫P-t圖。

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