基本信息
- 项目名称：
- 一种实用的天然气水合物抑制剂的评价装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目拟以四氢呋喃（THF）水合物的形成为原理，建立一种常压下天然气水合物抑制剂性能评价装置，其原理及操作简便，能够代替高压条件下大型的仪器设备方法，用于适应广泛的天然气抑制剂的评价研究。
- 详细介绍：
- ⒈项目背景情况： 本项目属于石油及天然气开采领域。天然气水合物是石油、天然气开采、加工和运输过程中天然气各组分生成的冰雪状的晶体。严重时，这些水合物能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输和加工的正常运转。严重时甚至使管线乃至整个油井报废。天然气水合物的防治目前研究和应用都集中在通过添加天然气水合物抑制剂方面，目前生产上常用甲醇等作为抑制剂抑制天然气水合物的产生。由于甲醇存在毒性大、用量大、处理残留工艺复杂等缺点，因此开发新型高效的抑制剂已成为对其研究的重点。以聚乙烯基吡咯烷酮( PVP) ,聚乙烯基己内酰胺( PVCap) 为代表的抑制剂的研究对于解决天然气水合物带来的问题具有重要的意义。抑制剂性能的评价是研发新型天然气水合物抑制剂具有关键性的关键环节。 ⒉项目实施的必要性： 在天然气水合物抑制剂研究过程中，抑制剂性能的现行评价方法需要在低温、高压条件下进行 ,且要在体系内通入气体 (如甲烷、乙烷、丙烷等 ),需要大型的实验设备,实验时间较长。且国内配备的测试仪器很少 ,不适应大批量的样品评价。 天然气水合物抑制剂的性能评价对于研究和筛选适宜的抑制剂品种具有关键性的作用。目前，天然气水合物抑制剂评价采用甲烷钢瓶气体为原料，利用高压釜设备等大型的仪器，其国产仪器价格在50－80万元。本项目建立的模拟评价装置能够利用类烃液体在常压下模拟天然气水合物的形成，操作简便、用时较短，适于大量的水合物抑制剂的评价和筛选工作。预期能够在天然气水合物抑制剂研究方面节省大量的研究成本。 本项目拟以四氢呋喃（THF）水合物的形成为原理，建立一种常压下天然气水合物抑制剂性能评价装置，其原理及操作简便，能够代替高压条件下大型的仪器设备方法，用于适应广泛的天然气抑制剂的评价研究。 ⒊项目实施的可行性。 项目负责人所在中国石油大学（北京）化学科学与工程学院具有相关领域较完备的实验与分析测试条件。项目组能够利用研究所需的天然气水合物高压评价装置，能够借助相关仪器制造单位加工所需的组件。 利用类烃液体四氢呋喃（THF )代替天然气来模拟天然气形成水合物的过程。在常压和一定温度下可以根据水合物晶体析出时间的长短来考察水合物抑制剂抑制性的好坏。以此为原理建立一种简便实用的天然气水合物抑制剂性能评价装置是可行的，该装置（仪器）能适应大批量的天然气抑制剂的评价研究。 本项目拟建立的评价装置包括： （1）温控部分： 四氢呋喃水合物的临界温度在 0℃左右，涉及到低温操作，为精确控制温度，采用一台海信SC-46型低温冰柜控制温度。内置一低温温度计以便于精确观察温度。实验过程中发现，在冷柜内部各处的温度存在较大的差异，靠近蒸发器部份温度较低，而靠近柜门附件温度较高，相差可达50C左右。为避免由此给实验带来误差，采用了一个内置的12V的风扇，起到了恒定温度的效果。 （2）动力部分： 水合物是在运动条件下形成的，在静止条件下很难形成水合物。实验装置采用电磁搅拌。利用小的磁搅拌转子给待测样品进行搅拌。采用一台江苏姜堰市分析仪器厂生产的GSP-08型磁力搅拌机。搅拌的速度可通过转速控制旋钮调节。由于天然气水合物的评价仅需要很低的转速，所以将此搅拌机转速旋钮置于最低位置后，在实验过程中不必调节 （3）测试样品容器： 为了便于观察水合物的生成，并保证液体在测试过程中不会泄露，拟利用特定的玻璃质具塞试样瓶。样品瓶容积为20 mL。 另外，由于天然气水合物抑制剂的评价常需要在统一条件下比较具有不同种类、或不同抑制剂加量，或不同助剂加量时对水合物形成的抑制效果，即同时完成一组试样的评价工作。现有的高压方法和简单的THF方法都只能进行单一试样的评价。因此，我们将评价装置设计成能够同时测试5～8个试样的结构，可以提高评价工作的效率。 （4）装置电源： 将电磁搅拌装置、风扇置于低温恒温箱内，电源线经底部钻孔连接到插线板上。风扇需要一个输出为12V的直流变压器。 （5）照明系统 由于本装置的低温柜采用了透光性很好玻璃门设计，试样封装具塞在透明玻璃瓶中，因此在室内一般光线条件下，内部试样的水合物结晶情况可以观察的很清楚，无需内置光源。 在建立起测试装置的基础上，对评价装置进行检验。并将实验的结果与大型高压的天然气水合物评价装置的试验结果进行分析比较，确定本实验装置的相对误差，从而能够确定其实用价值。 评价实验的过程如下： 1.样品瓶的洗涤： 实验前用将所用的玻璃仪器包括样品瓶、移液管和滴管等用氢氧化钠－乙醇溶液浸泡24小时出去仪器表面的油渍等，用水洗净后再用铬酸洗液洗干净，最后用去离子水冲洗干净后烘干备用。 2.人工海水的配制： 以下列无机盐配置人工海水，模拟天然气水合物生成时的矿化度。 NaCl: 21g/L, MgCl2: 2.54g/L, MaSO4•7H2O:1.54g/L, CaSO4•2H2O:2.43g/L, CaCO3:0.1g/L. 3.配液： 用刻度移液管量取9mL的人工盐水于样品瓶中，再取3mL四氢呋喃加入其中。将一小的搅拌转子加入到瓶中后，拧紧瓶盖，放置于预先恒定温度的试样托盘上。可同时放置（测试）多个样品瓶。 4.观察记录： 在恒温00C条件下，开动电磁搅拌，开始计时。纪录每个样品开始出现晶体的时间。出现的晶体为四氢呋喃水合物（此温度下盐水不结冰）。结果列于下表中： 表1. 实验记录表 抑制剂 使用浓度%初现晶体时间(min)大量晶体时间(min) 空白 0 5 8 PVP 1 26 29 2 40 54 UPC-W3 2 27 35 3 42 56 结果表明，UPC-W3在加量为3%（水质量）时的抑制效果与2%（水质量）的PVP抑制效果相当。 本评价装置简便有效，达到了设计的目的。 根据本实验中天然气水合物的析出情况分析：在本装置中，结晶的析出可以很方便的观察到。结晶析出的快慢表达了聚合物抑制剂的抑制效果，可以为开发新型天然气水合物抑制剂提供参考。 ⒋项目风险与不确定性： 项目的风险在于天然气水合物性能评价装置的利用的THF模拟方法与高压方法之间的相关性。但是根据国外报道的有关专利文献（US5491269，US7348415等），拟采用相对分子质量相近的类烃液体 (四氢呋喃，THF)代替天然气来模拟天然气形成水合物的过程是可行的。同时我们进行了一系列的检测实验，测出来的数据及结论与目前的国内大型检测仪器得出来的结论基本一致。所以这种不确定因素虽然有但是很小。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 创新点在于将一位美国学者KalarS.Colle提出并验证过的理论应用于实际的评价仪器中。 发明目的是为了替代目前国内评价天然气水合物抑制剂的大型装置，国内的天然气水合物抑制剂评价采用甲烷钢瓶气体为原料，利用高压釜设备等大型的仪器，其国产仪器价格在50－80万元。本项目建立的模拟评价装置能够利用类烃液体在常压下模拟天然气水合物的形成，操作简便、用时较短，适于大量的水合物抑制剂的评价和筛选工作。预期能够在天然气水合物抑制剂研究方面节省大量的研究成本。 设计思路：本项目根据国外报道的有关专利文献（US5491269，US7348415等），拟采用相对分子质量相近的类烃液体 (四氢呋喃，THF)代替天然气来模拟天然气形成水合物的过程。由于四氢呋喃形成水合物的临界温度在零度左右，因此实验可在简单易行的条件下进行。由于压力对形成水合物的影响较小可以忽略 ,因此在此模拟条件下可以根据水合物晶体析出时间的长短来考察水合物抑制剂抑制性的好坏。 技术关键与主要技术指标： 1、评价装置模型的建立：动力部分、温控部分、照明部分、试样容器等，最后将各部分进行总装。 2、评价装置的建立： 定制低温控制装置、加工试样摇床，总装。 3、评价装置的检验和应用。
科学性、先进性
- 在天然气水合物抑制剂研究过程中，抑制剂性能的现行评价方法需要在低温、高压条件下进行，且要在体系内通入气体(如甲烷、乙烷、丙烷等)，需要大型的实验设备，实验时间较长。且国内配备的测试仪器很少，不适应大批量的样品评价。 本项目根据国外报道的有关专利文献（US5491269，US7348415等），拟采用相对分子质量相近的类烃液体 (四氢呋喃，THF)代替天然气来模拟天然气形成水合物的过程。由于四氢呋喃形成水合物的临界温度在零度左右，因此实验可在简单易行的条件下进行。由于压力对形成水合物的影响较小可忽略，因此在此模拟条件下可根据水合物晶体析出时间的长短来考察水合物抑制剂抑制性的好坏。 本项目建立的评价抑制剂的装置，其原理及操作简便，能够代替高压条件下大型的仪器设备方法，可用于适应广泛的天然气抑制剂的评价研究。 在建立起测试装置的基础上，对评价装置进行检验。并将实验的结果与大型高压的天然气水合物评价装置的试验结果进行分析比较，确定本实验装置的相对误差，从而能够确定其实用价值。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年12月，中国石油大学（北京）第十批大学生科研训练计划立项项目结题评审通过； 2010年9月，北京市共建项目中期审核通过；
作品所处阶段
- 实验室阶段 已经完成了它的模型。此模型仪器可应用于实验室中的数据检测。但还未对该作品进行批量生产。
技术转让方式
- 协议（暂无）
作品可展示的形式
- 模型、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 产品适应范围及技术优势： 该项目产品可以应用于相关实验室中的药品评价。比起国内的天然气水合物抑制剂评价采用甲烷钢瓶气体为原料，利用高压釜设备等大型的仪器，本项目建立的模拟评价装置能够利用类烃液体在常压下模拟天然气水合物的形成，操作简便、用时较短，适于大量的水合物抑制剂的评价和筛选工作。预期能够在天然气水合物抑制剂研究方面节省大量的研究成本。 经济效益及推广前景： 本项目研制的天然气水合物抑制剂评价装置原理及操作简便，适用于批量天然气抑制剂试样的同时评价，实用价值高。国内尚未见此类装置的产品。如将该装置生产成产品，应该具有一定的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 目前国内天然气水合物抑制剂评价采用甲烷钢瓶气体为原料，利用高压釜设备等大型的仪器，其国产仪器价格在50－80万元。但国内配备的测试仪器很少，且评价时间长，效率低，不适应大批量的样品评价。 国外报道的有关专利文献（US5491269，US7348415等），拟采用相对分子质量相近的类烃液体 (四氢呋喃，THF)代替天然气来模拟天然气形成水合物的过程。但是为将该理论应用的实际生产中。
