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基本信息
- 項目名稱：
- 一種實用的天然氣水合物抑制劑的評價裝置
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目擬以四氫呋喃（THF）水合物的形成為原理，建立一種常壓下天然氣水合物抑制劑性能評價裝置，其原理及操作簡便，能夠代替高壓條件下大型的儀器設(shè)備方法，用于適應(yīng)廣泛的天然氣抑制劑的評價研究。
- 詳細(xì)介紹：
- ⒈項目背景情況： 本項目屬于石油及天然氣開采領(lǐng)域。天然氣水合物是石油、天然氣開采、加工和運輸過程中天然氣各組分生成的冰雪狀的晶體。嚴(yán)重時，這些水合物能堵塞井筒、管線、閥門和設(shè)備，從而影響天然氣的開采、集輸和加工的正常運轉(zhuǎn)。嚴(yán)重時甚至使管線乃至整個油井報廢。天然氣水合物的防治目前研究和應(yīng)用都集中在通過添加天然氣水合物抑制劑方面，目前生產(chǎn)上常用甲醇等作為抑制劑抑制天然氣水合物的產(chǎn)生。由于甲醇存在毒性大、用量大、處理殘留工藝復(fù)雜等缺點，因此開發(fā)新型高效的抑制劑已成為對其研究的重點。以聚乙烯基吡咯烷酮( PVP) ,聚乙烯基己內(nèi)酰胺( PVCap) 為代表的抑制劑的研究對于解決天然氣水合物帶來的問題具有重要的意義。抑制劑性能的評價是研發(fā)新型天然氣水合物抑制劑具有關(guān)鍵性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 ⒉項目實施的必要性： 在天然氣水合物抑制劑研究過程中，抑制劑性能的現(xiàn)行評價方法需要在低溫、高壓條件下進(jìn)行 ,且要在體系內(nèi)通入氣體 (如甲烷、乙烷、丙烷等 ),需要大型的實驗設(shè)備,實驗時間較長。且國內(nèi)配備的測試儀器很少 ,不適應(yīng)大批量的樣品評價。 天然氣水合物抑制劑的性能評價對于研究和篩選適宜的抑制劑品種具有關(guān)鍵性的作用。目前，天然氣水合物抑制劑評價采用甲烷鋼瓶氣體為原料，利用高壓釜設(shè)備等大型的儀器，其國產(chǎn)儀器價格在50－80萬元。本項目建立的模擬評價裝置能夠利用類烴液體在常壓下模擬天然氣水合物的形成，操作簡便、用時較短，適于大量的水合物抑制劑的評價和篩選工作。預(yù)期能夠在天然氣水合物抑制劑研究方面節(jié)省大量的研究成本。 本項目擬以四氫呋喃（THF）水合物的形成為原理，建立一種常壓下天然氣水合物抑制劑性能評價裝置，其原理及操作簡便，能夠代替高壓條件下大型的儀器設(shè)備方法，用于適應(yīng)廣泛的天然氣抑制劑的評價研究。 ⒊項目實施的可行性。 項目負(fù)責(zé)人所在中國石油大學(xué)（北京）化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院具有相關(guān)領(lǐng)域較完備的實驗與分析測試條件。項目組能夠利用研究所需的天然氣水合物高壓評價裝置，能夠借助相關(guān)儀器制造單位加工所需的組件。 利用類烴液體四氫呋喃（THF )代替天然氣來模擬天然氣形成水合物的過程。在常壓和一定溫度下可以根據(jù)水合物晶體析出時間的長短來考察水合物抑制劑抑制性的好壞。以此為原理建立一種簡便實用的天然氣水合物抑制劑性能評價裝置是可行的，該裝置（儀器）能適應(yīng)大批量的天然氣抑制劑的評價研究。 本項目擬建立的評價裝置包括： （1）溫控部分： 四氫呋喃水合物的臨界溫度在 0℃左右，涉及到低溫操作，為精確控制溫度，采用一臺海信SC-46型低溫冰柜控制溫度。內(nèi)置一低溫溫度計以便于精確觀察溫度。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，在冷柜內(nèi)部各處的溫度存在較大的差異，靠近蒸發(fā)器部份溫度較低，而靠近柜門附件溫度較高，相差可達(dá)50C左右。為避免由此給實驗帶來誤差，采用了一個內(nèi)置的12V的風(fēng)扇，起到了恒定溫度的效果。 （2）動力部分： 水合物是在運動條件下形成的，在靜止條件下很難形成水合物。實驗裝置采用電磁攪拌。利用小的磁攪拌轉(zhuǎn)子給待測樣品進(jìn)行攪拌。采用一臺江蘇姜堰市分析儀器廠生產(chǎn)的GSP-08型磁力攪拌機(jī)。攪拌的速度可通過轉(zhuǎn)速控制旋鈕調(diào)節(jié)。由于天然氣水合物的評價僅需要很低的轉(zhuǎn)速，所以將此攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速旋鈕置于最低位置后，在實驗過程中不必調(diào)節(jié) （3）測試樣品容器： 為了便于觀察水合物的生成，并保證液體在測試過程中不會泄露，擬利用特定的玻璃質(zhì)具塞試樣瓶。樣品瓶容積為20 mL。 另外，由于天然氣水合物抑制劑的評價常需要在統(tǒng)一條件下比較具有不同種類、或不同抑制劑加量，或不同助劑加量時對水合物形成的抑制效果，即同時完成一組試樣的評價工作?，F(xiàn)有的高壓方法和簡單的THF方法都只能進(jìn)行單一試樣的評價。因此，我們將評價裝置設(shè)計成能夠同時測試5～8個試樣的結(jié)構(gòu)，可以提高評價工作的效率。 （4）裝置電源： 將電磁攪拌裝置、風(fēng)扇置于低溫恒溫箱內(nèi)，電源線經(jīng)底部鉆孔連接到插線板上。風(fēng)扇需要一個輸出為12V的直流變壓器。 （5）照明系統(tǒng) 由于本裝置的低溫柜采用了透光性很好玻璃門設(shè)計，試樣封裝具塞在透明玻璃瓶中，因此在室內(nèi)一般光線條件下，內(nèi)部試樣的水合物結(jié)晶情況可以觀察的很清楚，無需內(nèi)置光源。 在建立起測試裝置的基礎(chǔ)上，對評價裝置進(jìn)行檢驗。并將實驗的結(jié)果與大型高壓的天然氣水合物評價裝置的試驗結(jié)果進(jìn)行分析比較，確定本實驗裝置的相對誤差，從而能夠確定其實用價值。 評價實驗的過程如下： 1.樣品瓶的洗滌： 實驗前用將所用的玻璃儀器包括樣品瓶、移液管和滴管等用氫氧化鈉－乙醇溶液浸泡24小時出去儀器表面的油漬等，用水洗凈后再用鉻酸洗液洗干凈，最后用去離子水沖洗干凈后烘干備用。 2.人工海水的配制： 以下列無機(jī)鹽配置人工海水，模擬天然氣水合物生成時的礦化度。 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的人工鹽水于樣品瓶中，再取3mL四氫呋喃加入其中。將一小的攪拌轉(zhuǎn)子加入到瓶中后，擰緊瓶蓋，放置于預(yù)先恒定溫度的試樣托盤上?？赏瑫r放置（測試）多個樣品瓶。 4.觀察記錄： 在恒溫00C條件下，開動電磁攪拌，開始計時。紀(jì)錄每個樣品開始出現(xiàn)晶體的時間。出現(xiàn)的晶體為四氫呋喃水合物（此溫度下鹽水不結(jié)冰）。結(jié)果列于下表中： 表1. 實驗記錄表 抑制劑 使用濃度%初現(xiàn)晶體時間(min)大量晶體時間(min) 空白 0 5 8 PVP 1 26 29 2 40 54 UPC-W3 2 27 35 3 42 56 結(jié)果表明，UPC-W3在加量為3%（水質(zhì)量）時的抑制效果與2%（水質(zhì)量）的PVP抑制效果相當(dāng)。 本評價裝置簡便有效，達(dá)到了設(shè)計的目的。 根據(jù)本實驗中天然氣水合物的析出情況分析：在本裝置中，結(jié)晶的析出可以很方便的觀察到。結(jié)晶析出的快慢表達(dá)了聚合物抑制劑的抑制效果，可以為開發(fā)新型天然氣水合物抑制劑提供參考。 ⒋項目風(fēng)險與不確定性： 項目的風(fēng)險在于天然氣水合物性能評價裝置的利用的THF模擬方法與高壓方法之間的相關(guān)性。但是根據(jù)國外報道的有關(guān)專利文獻(xiàn)（US5491269，US7348415等），擬采用相對分子質(zhì)量相近的類烴液體 (四氫呋喃，THF)代替天然氣來模擬天然氣形成水合物的過程是可行的。同時我們進(jìn)行了一系列的檢測實驗，測出來的數(shù)據(jù)及結(jié)論與目前的國內(nèi)大型檢測儀器得出來的結(jié)論基本一致。所以這種不確定因素雖然有但是很小。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 創(chuàng)新點在于將一位美國學(xué)者KalarS.Colle提出并驗證過的理論應(yīng)用于實際的評價儀器中。 發(fā)明目的是為了替代目前國內(nèi)評價天然氣水合物抑制劑的大型裝置，國內(nèi)的天然氣水合物抑制劑評價采用甲烷鋼瓶氣體為原料，利用高壓釜設(shè)備等大型的儀器，其國產(chǎn)儀器價格在50－80萬元。本項目建立的模擬評價裝置能夠利用類烴液體在常壓下模擬天然氣水合物的形成，操作簡便、用時較短，適于大量的水合物抑制劑的評價和篩選工作。預(yù)期能夠在天然氣水合物抑制劑研究方面節(jié)省大量的研究成本。 設(shè)計思路：本項目根據(jù)國外報道的有關(guān)專利文獻(xiàn)（US5491269，US7348415等），擬采用相對分子質(zhì)量相近的類烴液體 (四氫呋喃，THF)代替天然氣來模擬天然氣形成水合物的過程。由于四氫呋喃形成水合物的臨界溫度在零度左右，因此實驗可在簡單易行的條件下進(jìn)行。由于壓力對形成水合物的影響較小可以忽略 ,因此在此模擬條件下可以根據(jù)水合物晶體析出時間的長短來考察水合物抑制劑抑制性的好壞。 技術(shù)關(guān)鍵與主要技術(shù)指標(biāo)： 1、評價裝置模型的建立：動力部分、溫控部分、照明部分、試樣容器等，最后將各部分進(jìn)行總裝。 2、評價裝置的建立： 定制低溫控制裝置、加工試樣搖床，總裝。 3、評價裝置的檢驗和應(yīng)用。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在天然氣水合物抑制劑研究過程中，抑制劑性能的現(xiàn)行評價方法需要在低溫、高壓條件下進(jìn)行，且要在體系內(nèi)通入氣體(如甲烷、乙烷、丙烷等)，需要大型的實驗設(shè)備，實驗時間較長。且國內(nèi)配備的測試儀器很少，不適應(yīng)大批量的樣品評價。 本項目根據(jù)國外報道的有關(guān)專利文獻(xiàn)（US5491269，US7348415等），擬采用相對分子質(zhì)量相近的類烴液體 (四氫呋喃，THF)代替天然氣來模擬天然氣形成水合物的過程。由于四氫呋喃形成水合物的臨界溫度在零度左右，因此實驗可在簡單易行的條件下進(jìn)行。由于壓力對形成水合物的影響較小可忽略，因此在此模擬條件下可根據(jù)水合物晶體析出時間的長短來考察水合物抑制劑抑制性的好壞。 本項目建立的評價抑制劑的裝置，其原理及操作簡便，能夠代替高壓條件下大型的儀器設(shè)備方法，可用于適應(yīng)廣泛的天然氣抑制劑的評價研究。 在建立起測試裝置的基礎(chǔ)上，對評價裝置進(jìn)行檢驗。并將實驗的結(jié)果與大型高壓的天然氣水合物評價裝置的試驗結(jié)果進(jìn)行分析比較，確定本實驗裝置的相對誤差，從而能夠確定其實用價值。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年12月，中國石油大學(xué)（北京）第十批大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃立項項目結(jié)題評審?fù)ㄟ^； 2010年9月，北京市共建項目中期審核通過；
作品所處階段
- 實驗室階段 已經(jīng)完成了它的模型。此模型儀器可應(yīng)用于實驗室中的數(shù)據(jù)檢測。但還未對該作品進(jìn)行批量生產(chǎn)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 協(xié)議（暫無）
作品可展示的形式
- 模型、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 產(chǎn)品適應(yīng)范圍及技術(shù)優(yōu)勢： 該項目產(chǎn)品可以應(yīng)用于相關(guān)實驗室中的藥品評價。比起國內(nèi)的天然氣水合物抑制劑評價采用甲烷鋼瓶氣體為原料，利用高壓釜設(shè)備等大型的儀器，本項目建立的模擬評價裝置能夠利用類烴液體在常壓下模擬天然氣水合物的形成，操作簡便、用時較短，適于大量的水合物抑制劑的評價和篩選工作。預(yù)期能夠在天然氣水合物抑制劑研究方面節(jié)省大量的研究成本。 經(jīng)濟(jì)效益及推廣前景： 本項目研制的天然氣水合物抑制劑評價裝置原理及操作簡便，適用于批量天然氣抑制劑試樣的同時評價，實用價值高。國內(nèi)尚未見此類裝置的產(chǎn)品。如將該裝置生產(chǎn)成產(chǎn)品，應(yīng)該具有一定的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)天然氣水合物抑制劑評價采用甲烷鋼瓶氣體為原料，利用高壓釜設(shè)備等大型的儀器，其國產(chǎn)儀器價格在50－80萬元。但國內(nèi)配備的測試儀器很少，且評價時間長，效率低，不適應(yīng)大批量的樣品評價。 國外報道的有關(guān)專利文獻(xiàn)（US5491269，US7348415等），擬采用相對分子質(zhì)量相近的類烴液體 (四氫呋喃，THF)代替天然氣來模擬天然氣形成水合物的過程。但是為將該理論應(yīng)用的實際生產(chǎn)中。
