双段法制备天然气水合物的模拟装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921436216.7 (22)申请日 2019.09.01 (73)专利权人 大庆东油睿佳石油科技有限公司 地址 163000 黑龙江省大庆市高新区火炬 新街36号新兴产业孵化器 （园区） 3# 301房间 (72)发明人 李吉袁鹏飞张晓丽 (51)Int.Cl. C10L 3/10(2006.01) (54)实用新型名称 一种双段法制备天然气水合物的模拟装置 (57)摘要 一种双段法制备天然气水合物的模拟装置， 涉及天然气储运领域， 尤其涉及一种双段法制备 天然气水合物。

2、的模拟装置， 具体是一种通过室内 实验方式模拟双段法制备天然气水合物的装置。 本实用新型包括注气系统及模拟生产系统， 提供 一种双段法制备天然气水合物的模拟装置， 通过 室内实验方式模拟双段法制备天然气水合物的 过程， 实验装置各参数均可灵活调节， 以此来模 拟实际生产过程中不同温度、 压力、 速率、 添加剂 等参数对制备天然气水合物的影响， 室内实验成 本较低， 并可对工业化制备天然气水合物做出指 导性的作用。 权利要求书1页 说明书10页 附图3页 CN 210683714 U 2020.06.05 CN 210683714 U 1.一种双段法制备天然气水合物的模拟装置， 其特征在于,包括。

3、注气系统及模拟生产 系统； 所述注气系统包括气瓶、 止回阀、 流量计、 输气管线、 压缩机； 所述气瓶、 止回阀、 流量 计、 压缩机通过输气管线依次连接， 所述输气管线与所述模拟生产系统相连接； 所述模拟生产系统包括恒温水浴、 管式反应器、 防水电动机、 支架、 压力传感器、 温度传 感器、 止回阀、 水合物浆体管线、 流量计、 防水水泵、 水合物生成釜； 所述防水电动机布置于 管式反应器两侧， 所述支架、 压力传感器、 温度传感器与管式反应器相连接， 所述管式反应 器、 防水水泵、 水合物生成釜通过水合物浆体管线依次连接， 所述管式反应器、 水合物生成 釜与注气系统中的输气管线相连接。 2。

4、.如权利要求1所述一种双段法制备天然气水合物的模拟装置， 其特征在于， 所述管式 反应器包括止回阀、 压力传感器、 温度传感器、 防水电动机、 注水口、 反应腔室、 水合物浆体 排出口、 疏水内涂层、 透明导热外壳、 密封端盖、 电机固定板、 连接轴、 螺旋叶片、 注气口、 支 架； 所述反应腔室为圆柱体形状与疏水内涂层相接触； 所述疏水内涂层外壁与透明导热外 壳相接触， 所述压力传感器、 温度传感器与疏水内涂层内壁相连接， 布置于圆柱体侧面， 用 于监测管式反应器内压力、 温度， 所述注气口与疏水内涂层内壁相连接， 布置于圆柱体侧 面， 用于向管式反应器内注入天然气并提供压力， 所述透明导热。

5、外壳两端与密封端盖进行 螺栓连接， 所述止回阀布置于注水口、 水合物浆体排出口， 所述注水口、 水合物浆体排出口 分别布置于两侧密封端盖表面， 并与反应腔室相连接， 用于向反应腔室内注入配置水、 排出 制备完毕的水合物浆体， 所述防水电动机通过连接轴与螺旋叶片连接， 所述防水电动机通 过电机固定板布置于密封端盖表面中心位置通过螺栓连接， 所述螺旋叶片位于反应腔室内 部， 所述支架固定于透明导热外壳外壁。 3.如权利要求1所述一种双段法制备天然气水合物的模拟装置， 其特征在于， 所述水合 物生成釜包括水合物浆体注入口、 天然气注入口、 止回阀、 温度传感器、 压力传感器、 生成釜 体、 低温密封。

6、条、 密封卡扣； 所述生成釜体为轴向两等分的内部中空梯形圆柱体， 所述生成 釜体的两部分通过低温密封条和密封卡扣相连接， 所述止回阀布置于水合物浆体注入口、 天然气注入口， 所述水合物浆体注入口、 天然气注入口布置于生成釜体顶部， 所述温度传感 器、 压力传感器布置于生成釜体外表面。 4.如权利要求3所述一种双段法制备天然气水合物的模拟装置， 其特征在于， 所述水合 物生成釜材质包括不锈钢304SS钢材、 哈氏合金、 耐腐蚀钛合金、 钛铜合金。 权利要求书 1/1 页 2 CN 210683714 U 2 一种双段法制备天然气水合物的模拟装置 技术领域 0001 本实用新型涉及天然气储运领域，。

7、 尤其涉及一种双段法制备天然气水合物的模拟 装置， 具体是一种通过室内实验方式模拟双段法制备天然气水合物的装置。 背景技术 0002 天然气水合物巨大的资源潜力已引起油气工业界的普遍关注， 其研究方向不仅仅 局限于资源价值方面， 同时还涵盖了水合物防治、 水合物利用以及水合物对环境的潜在影 响等诸多领域。 其中， 水合物利用技术研究， 近年来显示出比较活跃的态势， 已成为天然气 水合物研究中值得重视的新领域。 0003 在水合物利用技术中， 水合物储运天然气技术研究是当今一大热点， 研究不但涉 及水合物快速合成、 水合物安全储运以及水合物再气化等关键技术， 并且还涉及了水合物 储运技术相对于现。

8、有天然气储运技术的经济可行性。 研究表明， 水合物用于天然气储运， 不 仅可使天然气以固态形式储运， 储运方式更为灵活便捷， 而且可免除管线建设与维护费用， 为不具备管道设施或不值得铺设管线的小型或偏远地区气田的开发提供了一种新型储运 途径， 还可在海上气田开发或远洋进口天然气储运中发挥作用。 0004 由于天然气水合物的生成是气-液-固多相反应， 需要低温高压的条件， 而且水合 物的反应需要一定的诱导时间， 这就造成了工业上大规模生产的许多困难。 0005 (1)混合问题。 由于烃类气体大多不溶于水， 如果气和水不能充分接触， 反应就很 难进行， 所以一般采用鼓泡或喷淋方式的同时， 装置中还。

9、带有搅拌装置， 设备的结构变得比 较复杂， 相应的反应器造价增加， 诱导时间的存在使能耗也变得比较高。 0006 (2)水合物生成热的消除。 水合物生成是一个放热反应， 要维持反应所需的低温就 必须及时带走反应所产生的热量。 实验室的水合反应器体积较小， 容易冷却， 但随着反应器 体积的增大， 水合反应热的移除就会变得很困难， 尤其是， 对于反应器单位体积的传热效果 来说， 当反应器体积增大时， 管壁传热面积会减小， 不利于水合物生成热的移除， 所以一味 的增大反应器内冷却器的制冷量也不能有效解决传热问题， 这就为大型反应器的设计带来 了很多的困难。 0007 (3)不同的压力和温度条件下， 。

10、生成的水合物中客体成分会发生变化。 气体水合物 相平衡和客体的成分有很大的关系， 不同的气体组分会有不同的相平衡曲线。 就会导致不 同组分生成水合物的难易程度不同， 因此在不同压力和温度条件下生成的水合物中各种气 体的组成会有很大的差别， 选择合适的压力和温度值尤为重要。 0008 (4)水循环回路中的堵塞问题。 不管采用鼓泡、 喷淋或者管式反应器， 由于生成的 水合物为固体， 都会存在管道堵塞， 循环泵负荷增大等问题， 这些问题是反应器设计的一个 难题。 发明内容 0009 本实用新型的目的在于克服上述不足， 提供一种双段法制备天然气水合物的模拟 说明书 1/10 页 3 CN 210683。

11、714 U 3 装置， 通过室内实验方式模拟双段法制备天然气水合物的过程， 实验装置各参数均可灵活 调节， 以此来模拟实际生产过程中不同温度、 压力、 速率、 添加剂等参数对制备天然气水合 物的影响， 室内实验成本较低， 并可对工业化制备天然气水合物做出指导性的作用。 0010 本实用新型实施例提供一种双段法制备天然气水合物的模拟装置， 包括注气系统 及模拟生产系统。 0011 所述注气系统包括气瓶、 止回阀、 流量计、 输气管线、 压缩机； 所述气瓶、 止回阀、 流 量计、 压缩机通过输气管线依次连接， 所述输气管线与所述模拟生产系统相连接。 0012 所述模拟生产系统包括恒温水浴、 管式反。

12、应器、 防水电动机、 支架、 压力传感器、 温 度传感器、 止回阀、 水合物浆体管线、 流量计、 防水水泵、 水合物生成釜； 所述防水电动机布 置于管式反应器两侧， 所述支架、 压力传感器、 温度传感器与管式反应器相连接， 所述管式 反应器、 止回阀、 防水水泵、 流量计、 水合物生成釜通过水合物浆体管线依次连接， 所述管式 反应器、 水合物生成釜与注气系统中的输气管线相连接。 0013 所述管式反应器包括止回阀、 压力传感器、 温度传感器、 防水电动机、 注水口、 反应 腔室、 水合物浆体排出口、 疏水内涂层、 透明导热外壳、 密封端盖、 电机固定板、 连接轴、 螺旋 叶片、 注气口、 支架。

13、； 所述反应腔室为圆柱体形状与疏水内涂层相接触， 所述疏水内涂层外 壁与透明导热外壳相接触， 所述压力传感器、 温度传感器与疏水内涂层内壁相连接， 布置于 圆柱体侧面， 用于监测管式反应器内压力、 温度， 所述注气口与疏水内涂层内壁相连接， 布 置于圆柱体侧面， 用于向管式反应器内注入天然气并提供压力， 所述透明导热外壳两端与 密封端盖进行螺栓连接， 所述止回阀布置于注水口、 水合物浆体排出口， 所述注水口、 水合 物浆体排出口分别布置于两侧密封端盖表面， 并与反应腔室相连接， 用于向反应腔室内注 入配置水、 排出制备完毕的水合物浆体， 所述防水电动机通过连接轴与螺旋叶片连接， 所述 防水电动。

14、机通过电机固定板布置于密封端盖表面中心位置通过螺栓连接， 所述螺旋叶片位 于反应腔室内部， 所述支架固定于透明导热外壳外壁。 0014 所述管式反应器工作时， 通过两个防水电动机、 连接轴带动螺旋叶片正反两向旋 转， 形成逆向涡流， 增大反应腔室内部配置水与天然气接触面积， 湍流状态下水的传热系数 较静态水项比要提高2-4倍， 相对传统的搅拌法制备天然气水合物， 本实用新型模拟装置可 模拟不同温度、 转速、 压力、 配置水配方等因素对天然气水合物制备的影响。 0015 优选的， 所述配置水包括蒸馏水、 纯净水及添加一定量化学药剂的水， 所述化学药 剂可以是表面活性剂， 例如十二烷基硫酸钠(SD。

15、S)、 直链十二烷基苯磺酸钠(LABS)、 十六烷 基三甲基溴化铵(CTAB)、 壬基酚聚氧乙烯醚(ENP)、 木质素磺酸钠， 所述化学药剂可以是离 子化合物及模板剂， 例如次氯酸钙、 疏水性卤化物、 失水山梨醇单油酸酯(Span80)。 0016 所述水合物生成釜包括水合物浆体注入口、 天然气注入口、 止回阀、 温度传感器、 压力传感器、 生成釜体、 低温密封条、 密封卡扣； 所述生成釜体为轴向两等分的内部中空梯 形圆柱体， 所述生成釜体的两部分通过低温密封条和密封卡扣相连接， 所述止回阀布置于 水合物浆体注入口、 天然气注入口， 所述水合物浆体注入口、 天然气注入口布置于生成釜体 顶部， 。

16、所述温度传感器、 压力传感器布置于生成釜体外表面。 0017 优选的， 所述水合物生成釜材质包括不锈钢304SS钢材、 哈氏合金、 耐腐蚀钛合金、 钛铜合金及其他常规耐天然气腐蚀的金属材料， 或金属材料添加常规耐天然气腐蚀的涂 层。 说明书 2/10 页 4 CN 210683714 U 4 0018 所述一种双段法制备天然气水合物的模拟装置的使用方法， 包括以下步骤： 0019 步骤1、 在管式反应器内首先注入配置水， 随后注入天然气， 配置水注入量为管式 反应器容积的0.8倍。 0020 步骤2、 注入天然气， 注入量为反应腔室容积的80-100倍， 通过恒温水浴将管式反 应器内反应温度调。

17、节至2， 通过螺旋叶片正反两向旋转形成逆向涡流， 待反应腔室内反应 完成， 压力降低至0.1MPa以下， 停止反应， 制备水合物浆体完毕。 0021 步骤3、 将步骤2中制备完毕的水合物浆体输送至水合物生成釜， 将气瓶中的天然 气输送至水合物生成釜， 水合物浆体注入量为水合物生成釜容积的0.85倍， 天然气注入量 为水合物生成釜容积的64-84倍， 待水合物生成釜内反应完成， 压力降低至0.1MPa以下， 停 止反应， 制备水合物完毕。 0022 步骤4、 将步骤3中制备完毕的天然气水合物取出， 进行试验观察。 0023 本实用新型实施例的一种双段法制备天然气水合物的模拟装置有益效果是： 通过。

18、 室内实验方式模拟双段法制备天然气水合物的过程， 实验装置各参数均可灵活调节， 以此 来模拟实际生产过程中不同温度、 压力、 速率、 添加剂等参数对制备天然气水合物的影响， 室内实验成本较低， 并可对工业化制备天然气水合物做出指导性的作用， 尤其是本实用新 型模拟实验的双段法制备天然气水合物， 将传统天然气制备方法分为两段， 极大程度上解 决了传统制备方法中难以散热的问题。 附图说明 0024 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案， 下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实 施例， 对于本领域技术人员来讲， 在不付出创。

19、造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得 其他的附图。 0025 图1为本实用新型的结构示意图。 0026 图2为管式反应器详细结构示意图。 0027 图3为密封端盖布置图。 0028 图4为密封端盖连接示意图。 0029 图5为水合物生成釜详细结构示意图。 0030 附图标号： 1、 气瓶 2、 止回阀 3、 流量计 4、 输气管线 5、 压缩机 6、 恒温水浴 7、 管 式反应器 8、 防水电动机 9、 支架 10、 压力传感器 11、 温度传感器 12、 水合物浆体管线 13、 防水水泵 14、 水合物生成釜 15、 反应腔室 16、 连接轴 17、 螺旋叶片 18、 注水口 19、 水 。

20、合物浆体排出口 20、 注气口 21、 疏水内涂层 22、 透明导热外壳 23、 密封端盖 24、 电机固 定板 25、 螺栓孔 26、 水合物浆体注入口 27、 天然气注入口 28、 低温密封条 29、 密封卡扣 30、 生成釜体。 具体实施方式 0031 下面将结合本实用新型实施例中的附图， 对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例， 而不是全部的实 施例。 基于本实用新型中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所 说明书 3/10 页 5 CN 210683714 U 5 获得的所有其他实施例， 都属于本。

21、实用新型保护的范围。 0032 如图1所示， 为本实用新型的结构示意图， 包括注气系统及模拟生产系统。 0033 所述注气系统包括气瓶1、 止回阀2、 流量计3、 输气管线4、 压缩机5； 所述气瓶1、 止 回阀2、 流量计3、 压缩机5通过输气管线4依次连接， 所述输气管线4与所述模拟生产系统相 连接。 0034 所述模拟生产系统包括恒温水浴6、 管式反应器7、 防水电动机8、 支架9、 压力传感 器10、 温度传感器11、 止回阀2、 水合物浆体管线12、 流量计3、 防水水泵13、 水合物生成釜14； 所述防水电动机8布置于管式反应器7两侧， 所述支架9、 压力传感器10、 温度传感器1。

22、1与管 式反应器7相连接， 所述管式反应器7、 止回阀2、 防水水泵13、 流量计3、 水合物生成釜14通过 水合物浆体管线12依次连接， 所述管式反应器7、 水合物生成釜14与注气系统中的输气管线 4相连接。 0035 如图2-4所示， 为本实用新型管式反应器详细结构示意图、 密封端盖布置图、 密封 端盖连接示意图。 0036 所述管式反应器7包括止回阀2、 压力传感器10、 温度传感器11、 防水电动机8、 注水 口18、 反应腔室15、 水合物浆体排出口19、 疏水内涂层21、 透明导热外壳22、 密封端盖23、 电 机固定板24、 连接轴16、 螺旋叶片17、 注气口20、 支架9； 。

23、所述反应腔室15为圆柱体形状与疏 水内涂层21相接触， 所述疏水内涂层21外壁与透明导热外壳22相接触， 所述压力传感器10、 温度传感器11与疏水内涂层21内壁相连接， 布置于圆柱体侧面， 用于监测管式反应器7内压 力、 温度， 所述注气口20与疏水内涂层21内壁相连接， 布置于圆柱体侧面， 用于向管式反应 器7内注入天然气并提供压力， 所述透明导热外壳22两端与密封端盖23进行螺栓连接， 所述 止回阀2布置于注水口18、 水合物浆体排出口19， 所述注水口18、 水合物浆体排出口19分别 布置于两侧密封端盖23表面， 并与反应腔室15相连接， 用于向反应腔室15内注入配置水、 排 出制备完。

24、毕的水合物浆体， 所述防水电动机8通过连接轴16与螺旋叶片17连接， 所述防水电 动机8通过电机固定板24布置于密封端盖23表面中心位置通过螺栓连接， 所述螺旋叶片17 位于反应腔室15内部， 所述支架9固定于透明导热外壳22外壁。 0037 所述管式反应器7工作时， 通过两个防水电动机8、 连接轴16带动螺旋叶片17正反 两向旋转， 形成逆向涡流， 增大反应腔室15内部配置水与天然气接触面积。 0038 如图5所示， 为水合物生成釜详细结构示意图。 0039 所述水合物生成釜14包括水合物浆体注入口26、 天然气注入口27、 止回阀2、 温度 传感器11、 压力传感器10、 生成釜体30、 。

25、低温密封条28、 密封卡扣29； 所述生成釜体30为轴向 两等分的内部中空梯形圆柱体， 所述生成釜体30的两部分通过低温密封条28和密封卡扣29 相连接， 所述止回阀2布置于水合物浆体注入口26、 天然气注入口27， 所述水合物浆体注入 口26、 天然气注入口27布置于生成釜体30顶部， 所述温度传感器11、 压力传感器10布置于生 成釜体30外表面。 0040 所述一种双段法制备天然气水合物的模拟装置的使用方法， 包括以下步骤： 0041 步骤1、 在管式反应器7内首先注入配置水， 将气瓶1中天然气通过压缩机5注入到 管式反应器7内， 将管式反应器7内部配置水排出， 调节配置水注入量为管式反。

26、应器7容积的 0.8倍。 0042 步骤2、 注入天然气， 注入量为反应腔室15容积的80-100倍， 通过恒温水浴6将管式 说明书 4/10 页 6 CN 210683714 U 6 反应器7内反应温度调节至2， 通过螺旋叶片17正反两向旋转形成逆向涡流， 待反应腔室 15内反应完成， 压力降低至0.1MPa以下， 停止反应， 制备水合物浆体完毕。 0043 步骤3、 将步骤2中制备完毕的水合物浆体输送至水合物生成釜14， 将气瓶1中的天 然气输送至水合物生成釜14， 水合物浆体注入量为水合物生成釜14容积的0.85倍， 天然气 注入量为水合物生成釜14容积的64-84倍， 待水合物生成釜1。

27、4内反应完成， 压力降低至 0.1MPa以下， 停止反应， 制备水合物完毕。 0044 步骤4、 将步骤3中制备完毕的天然气水合物取出， 进行试验观察。 0045 根据一种双段法制备天然气水合物的模拟装置的使用方法， 本实施例设计一组正 交实验： 0046 1、 配置水化学剂添加量(化学剂/蒸馏水)分别为： 0mg/Kg、 200mg/Kg、 240mg/Kg、 280mg/Kg、 320mg/Kg、 360mg/Kg、 400mg/Kg、 480mg/Kg、 560mg/Kg、 640mg/Kg、 720mg/Kg、 800mg/Kg。 0047 2、 配置水化学剂添种类分别为： 十二烷基硫。

28、酸钠(SDS)、 直链十二烷基苯磺酸钠 (LABS)、 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、 壬基酚聚氧乙烯醚(ENP)、 木质素磺酸钠， 次氯酸 钙、 疏水性卤化物、 失水山梨醇单油酸酯(Span80)。 0048 3、 天然气注入量为反应腔室容积的80、 85、 90、 95、 100倍。 0049 4、 天然气注入压力分别为： 3.8MPa、 4.0MPa、 4.2MPa、 4.4MPa、 4.6MPa、 4.8MPa、 5MPa、 5.2MPa、 5.4MPa、 5.6MPa、 5.8MPa、 6MPa、 6.2MPa。 0050 5、 螺旋叶片正反两向旋转， 旋转频率为300r/min。

29、、 350r/min、 400r/min、 450r/min、 500r/min。 0051 通过本实用新型装置进行天然气水合物人工合成正交实验， 实验结果表明， 天然 气水合物合成过程分为两段： 一、 原始晶核形成期/诱导期(反应器内出现乳状物， 溶液的粘 滞力明显增强)， 二、 晶核的快速生长期/稳定生长期(反应器内出现白色团状物， 团状物聚 集成云状)， 当大量连续成核现象出现时， 简单的气体水合物生成的气体消耗速率确定为： 0052 0053 方程中各符号含义为： 0054 R(t)是单一气体组分水合物生成时气体消耗速率。 0055 h是水合物的密度。 0056 Vs是溶液的初始体积。。

30、 0057 Mh是水合物的分子量。 0058 t是时间。 0059 b是无纲量是形状因子(对于球面晶体b4 /3， 立方晶体b8， 固体基质上带润湿 角 (0 180)是冠状晶体b(4 /3) ( )、 溶液/气体界面上凸透镜状晶体， 水合物/溶 液和水合物/气体接触分别以 和 0为润湿角， b ( )+ ( 0)(Sin( )/Sin( 0)。 函数 (x)由下式确定。 0060 说明书 5/10 页 7 CN 210683714 U 7 0061 反应过程中， 当水合物晶体互不接触时， 尺寸根据方程(GS-3)增长。 0062 0063 r(t)为水合物生成时微晶的生长， 由基于幂律增长率。

31、的方程(GS-4)确定。 0064 r(t)(Gt)m (GS-4) 0065 方程中各符号含义为： 0066 m是生长速率因数， 根据水合物生长阶段的变化而变化， 为大于0的自然数。 0067 G(m1/m/s)是水合物生长常数。 0068 当水合物晶格通过跨越微晶/溶液界面的转移实现微晶连续或正常生长时， m1， 函数G由以下方程确定： 0069 0070 方程中各符号含义为： 0071 1是微晶表面晶格的粘附系数。 0072 h是水合物晶体表面面积。 0073 T是系统的温度。 0074 Ce是气体组分的平衡溶解度。 0075 Q是过饱和-独立动力学因素。 0076 Def是有效扩散系数。

32、， 它表征水合物晶胞跨越微晶-溶液界面而发生转移。 0077 是水合物形成期间过饱和度或推动力。 0078 J(t)J， 成核速率， 定义为： 0079 0080 方程中各符号含义为： 0081 c(36 )1/3是数值形状因子。 0082 ef(J/m2)是有效的比表面能， 定义为： 0083 ef (GS-7) 0084 其中， 介于0和1之间， 当为固体基质上的冠状水合物晶核时 ( )1/3， 为溶液/ 气体界面上的凸镜状水合物晶核时 ( )+ ( 0)(Sin( )Sin( 0)31/3。 0085 (J/m2)是水合物/溶液界面的比表面能， 近似于水中冰的比表面能。 0086 A是动。

33、力学参数， 基于成核机制和水合物晶格对晶核的附着机制而被确定。 对于未 经核活性中心， 而在固体基质表面上或在溶液/气界面异质成核(非均相成核)时， 参数A由 下面方程得出： 0087 0088 方程中各符号含义为： 0089 式中z0.01-1是泽利多维奇因子。 0090 vhvcell/ng是水合物晶格体积。 说明书 6/10 页 8 CN 210683714 U 8 0091 nw是晶格中一个气体分子对应水分子的个数。 0092 Cp(m-3)是溶液中成核活性粒子的浓度。 0093 Ap(m2)是该粒子的表面积。 0094 aw0.12nm2是一个水分子的表面积。 0095 vh相关数据。

34、见下表： 0096 vh值计算简表 0097 0098 表中vcell是一个水合物晶胞的体积。 0099 ng是水合物中气体化学计量数(即一个晶胞中所含平均气体分子个数)。 0100 Dc是水合物生成气在水中的扩散系数， 气体进入水中的平均扩散系数， 通过使水 合物生成气各组分扩散系数标准化而得到， 这基于水合物生成混合气的气体组成。 0101 0102 方程中各符号含义为： 0103 Mww和 w分别是扩散率(m2/s)， 水分子量(g/gmol)和水粘度(cp)。 0104 T为绝对温度(k)。 0105 vi是溶质在正常沸点时的摩尔体积(cm3/mol)。 0106 是溶剂的关联因子(以。

35、水为例， 水 2.6)。 0107 n是构成晶核的晶胞数， 具体为： 0108 0109 其中 是水合物形成期间过饱和度或推动力。 0110 当反应中加入动力学促进剂， 例如表面活性剂， 当水合物通过渐进的成核过程发 生结晶时， 这些促进剂也会改变水合物相的成核速率J或増长常数G或两者全部改变。 0111 考虑反应体系中加入水合物生成动力学促进剂的作用， 从式(GS-5)及(GS-6)中得 到的固定成核速率J和增长常数G为： 0112 Gplus(1+kgCplus)Q(e /kT-1) (GS-11) 说明书 7/10 页 9 CN 210683714 U 9 0113 0114 气体水合物。

36、生成的气体消耗速度被定义为： 0115 0116 方程中各符号含义为： 0117 ns是消耗的摩尔数。 0118 kn(m3)和kg(m3)是吸附常数。 0119 令 g1+kgCplus和 n1+knCplus分别为促进剂作用下增长促进系数和成核促进系 数。 0120 Cplus(m-3)是溶液中促进剂的浓度。 0121 Jplus和Gplus是动力学促进剂存在时的固定成核速率和生长常数。 0122 反应过程中驱动力为 。 0123 水合物相对发分子量Mh。 0124 水合物密度 h。 0125 气体组分的平衡溶解度Ce以及平衡条件下反应容器中的气体组成是已知的， 那么 可得方程(GS-11。

37、)至(GS-13)的数值解。 因此， 以下部分将要描述驱动力的计算方法， 而上述 参数由下列方程得出： 0126 MhMwg+nw18 (GS-14) 0127 0128 0129 0130 方程中各符号含义为： 0131 Nw是每个晶格中的水分子数目。 0132 NAva是Avagadro值阿伏伽德罗常量(Avogadro constant)。 0133和Mwg分别是水和气体组分的分子量。 0134 是水的密度。 0135 Hkw是亨利定律常数。 0136 fge是平衡条件下气体组分的逸度。 0137 V是无穷大摩尔体积。 0138 k.g是水合物相中i型孔穴的气体组分填充率。 0139 v。

38、i是晶胞中每个水分子对应的i型孔穴数。 0140 N是晶胞中孔穴类型数。 说明书 8/10 页 10 CN 210683714 U 10 0141 0142 其中Ck.g是langmuir吸附常数。 0143是平衡状态下气体组分的逸度。 0144 实施例中水合物生成驱动力如下所示： 0145 过饱和度 代表水合物晶格在溶液和水合物晶体之间的化学势差， 或称为水合 物生成进程的驱动力， 针对水溶液中气体水合物的结晶过程， 得出过饱和度的一般表达式， 即水合物生成驱动力可通过下式计算： 0146 0147 方程中各符号含义为： 0148 Peq是温度为T时水合物的平衡压力。 0149 Pexp是试。

39、验中系统的压力。 0150 是气体组分的逸度系数。 0151 ve由下式计算： 0152 venwvw-vh (GS-20) 0153 实施例中水合物生成诱导时间如下所示： 0154 水合物生成诱导时间基于晶体生长理论， 包括诱导时间和成核速率之间的比例， 水合物生成诱导过程发生为渐进的成核反应， 此过程中水合物微晶不断成核， 其过程可表 示为： 0155 0156 其中K是动力学常数。 0157 溶液中含促进剂时水合物生成的诱导时间如下： 0158 ti-plus(1+kgCplus)-3m(1+knCplus)-1/1+3mti (GS-22) 0159 其中ti为纯水中水合物生成的诱导时。

40、间。 0160 实施例中反应容器内含有活性剂的气体消耗率如下所示： 0161 当气液两相在反应容器内流动时， 气体流动的动态行为和反应容器中的组分浓度 导致天然气水合物形成时的推动力沿管道相对位置不同及时间变化而变化。 因此， 依赖于 推动力的成核速率是动态变化的因此在一种恒定推动力下静态成核和生长速率模型为： 0162 0163 0164 因此， 气体消耗率由下式计算： 说明书 9/10 页 11 CN 210683714 U 11 0165 0166 t和z分别是时间和沿管道的位置。 0167 简单气体水合物生成的气体消耗率通过公式(GS-25)的沿L积分， 按时间进行计 算， 气体消耗率。

41、通过下式计算： 0168 0169 aint(z)是反应容器单位体积的气液界面面积。 0170 dpipe是反应容器直径。 0171 以上所述的具体实施例， 对本实用新型的目的、 技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已， 并不用于限定本 实用新型的保护范围， 凡在本实用新型的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改 进等， 均应包含在本实用新型的保护范围之内。 说明书 10/10 页 12 CN 210683714 U 12 图1 图2 说明书附图 1/3 页 13 CN 210683714 U 13 图3 图4 说明书附图 2/3 页 14 CN 210683714 U 14 图5 说明书附图 3/3 页 15 CN 210683714 U 15 。