【摘 要】
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在天然气生产过程中,由于局部的高压低温环境,生成天然气水合物引发设备堵塞,现场主要通过注入热力学抑制剂和动力学抑制剂来解决这类问题。本文通过动力学模拟的方法,模拟动力学抑制剂抑制天然气水合物生长的过程,探究其抑制机理,将动力学抑制剂与热力学抑制剂复配,得到最佳的浓度组合。采用蒙托卡罗方法计算了甲烷分子在空笼形水合物中的吸附,获得的最适宜吸附位置与甲烷水合物中甲烷的位置完全一致,验证甲烷水合物结构模
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在天然气生产过程中,由于局部的高压低温环境,生成天然气水合物引发设备堵塞,现场主要通过注入热力学抑制剂和动力学抑制剂来解决这类问题。本文通过动力学模拟的方法,模拟动力学抑制剂抑制天然气水合物生长的过程,探究其抑制机理,将动力学抑制剂与热力学抑制剂复配,得到最佳的浓度组合。采用蒙托卡罗方法计算了甲烷分子在空笼形水合物中的吸附,获得的最适宜吸附位置与甲烷水合物中甲烷的位置完全一致,验证甲烷水合物结构模型的合理性;吸附量计算得出笼形水合物对甲烷的最大吸附量为64个分子,验证模拟的I型甲烷水合物2×2×2超晶胞构型的可靠性。吸附等温曲线表明甲烷分子在笼形水合物中的吸附,在低压条件下,对温度变化敏感;在高压条件下,受温度的影响不明显。吸附热数据说明甲烷分子在笼形水合物中的吸附为物理吸附。建立了不同浓度动力学抑制剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯己内酰胺(PVCap)的甲烷水溶液模型,模拟了在动力学抑制剂环境下天然气水合物的生长过程,两种抑制剂浓度在1wt%时,对天然气水合物的生长都没有抑制作用;在2wt%～6wt%时,带有六元环结构的PVCap比带有五元环结构的PVP抑制效果要优,但其抑制机理都是通过吸附在甲烷-水表面,阻碍甲烷进入笼形结构,从而减缓天然气水合物的成核和生长的速度,达到抑制天然气水合物生长的目的。为了降低热力学抑制剂的药剂用量,采用动力学抑制剂与热力学抑制剂复配的方法,模拟了低温高压条件下复配型抑制剂对天然气水合物生长的影响。热力学抑制剂甲醇加量为10wt%时,PVCap的加量为3.9wt%和6.0wt%的复配体系均满足抑制并溶解天然气水合物的需求,推荐最佳浓度组合为10wt%甲醇+3.9wt%PVCap。
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