促进天然气水合物形成的影响因素分析

第45卷第2期

当 代 化 工 Vol.45，No.2 2016年2月 Contemporary Chemical Industry February，2016

收稿日期： 2015-11-02 作者简介： 王帅（1990-），男，辽宁辽阳人，在读硕士研究生，辽宁石油化工大学油气储运工程专业，研究方向：油气管道输送技术。E-mail：

151********@https://www.wendangku.net/doc/c84297592.html,。

通讯作者： 杜胜男（1984-），女，讲师，博士，研究方向：三废治理及能源。E-mail：dusn808@https://www.wendangku.net/doc/c84297592.html,。

促进天然气水合物形成的影响因素分析

王 帅，杜胜男，刘胜利，米俊锋

（辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001）

摘 要： 天然气水合物（NGH）工业化生产中面临的主要问题是天然气水合物的合成速率较低。天然气水合物的生成反应为相间界面反应，任何影响气液相之间传质或传热的操作均可以增加天然气水合物的生成速率。结合影响天然气水合物形成的特点，从改善相平衡条件、增加气水接触面积和增加天然气的溶解度三方面介绍了促进天然气水合物形成的办法,并分析了各自的优缺点。 关 键 词：天然气水合物；相平衡；气液接触面积；溶解度

中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）02-0367-03

Analysis of Factors of Promoting Natural Gas Hydrate Formation

WANG Shuai, DU Sheng-nan, LIU Sheng-li ，MI Jun-feng

（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China ）

Abstract : Low formation speed of natural gas hydrate is the major problem against the industrial natural gas hydrate production. As the natural gas hydrate formation is an interfacial reaction, any operation that can increase heat transfer and mass transfer in the interfacial of gas/fluid definitely can increase speed of natural gas hydrate formation. Based on the factors of affecting natural gas hydrate formation, the methods to improve the formation of natural gas hydrate were introduced from three aspects, including improving the conditions of phase equilibrium, increasing the interfacial area of gas/fluid and increasing the solubility of natural gas, and the advantages and disadvantages of each method were analyzed.

Key words : Natural gas hydrate; Phase equilibrium; Interfacial areas of gas/fluid; Solubility

天然气水合物（NGH）是在一定的温度和压力条件下，由水和天然气接触形成的类冰笼形结晶化

合物。1 m 3

的水合物在标准状态下可携带150~180 m 3

的天然气。其自身的热导率要低于普通的隔热材料，可以在0.1 MPa，-15 ℃以上温度的亚稳态条

件下实现稳定储存[1]

。与液化天然气（LNG）储运技术相比，NGH 储运技术具有储存压力低，储存工艺简单等优点，此外，对于长距离海运（运输距离约为6 500 km）的NGH 和LNG 储运方式的生产、运输和汽化费用进行经济性比较，结果表明，天然气水合物的总费用比液化天然气的总费用低24％左右。由此可见，NGH 储运技术有望成为未来天然气大规模储运手段之一，主要可用于远离市场的陆上零散气田天然气输送、海上油田伴生气的收集、远

洋运输、储存及车用燃料等领域[2]

。在NGH 储运技术中，最为关键的部分便是如何快速高效的形成天然气水合物。本文分析了影响天然气水合物形成的因素，并在此基础上介绍了促进NGH 形成的办法及其优缺点。

1 NGH 形成过程及其影响因素

NGH 的形成过程包括气体在水中的溶解、晶核形成和水合物生长。理论上，NGH 的储气量可以达到1∶180，可是在自然条件下形成的水合物晶体中，天然气分子只能填充平均只有大约1/3左右的

水分子晶体笼，导致NGH 的实际储气量不足[3]

。研究表明，参与NGH 形成反应的物质相态包括气、液、固三相，热量传递、质量传递，气体组分、反应温度和压力、气液接触情况、CO 2酸性气体等因

素均会对这一过程产生影响[4]

。因此，只要能够对其中任何因素进行改变，便可以影响NGH 的形成。

2 促进NGH 形成的办法

在实验室中，NGH 的形成过程是在直接接触的反应器中实现的，是一个受到温度、压力、混合物组分浓度等参数影响的气、液、固三相的水合热放热反应过程。为了强化NGH 的形成过程，可以通过改善相平衡条件，增大天然气和水分子的接触面积以及增加天然气在水中的溶解度等方面来提高反