第10卷第3期 2010年6月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
盐水体系中环戊烷-甲烷水合物相平衡测定与模拟
闫忠元1，陈朝阳，李小森1，李清平，克凤
(1.中国科学院广州能源研究所可再生能源与天然气水合物重点实验室，广东广州510640：
2.中海石油中国有限公司北京研究中心，北京100027)
VoL10 No.3 June 2010
摘要：利用恒温搜索法测定了温度284.4~303.8K、NaCI质量浓度0~9.978%水溶液中环戊烷-甲烷水合物(II型)的相平衡条件。结果表明，该体系水合物相平衡压力远低于纯甲烷水合物，且随温度升高和盐度增大逐渐升高.在Vander Waals-Platteeuw等温吸附模型和Pitzer活度模型的基础上建立了环戊烷-甲烷水合物在盐水体系中的相平衡理论模型，模拟预测值与实验测定值的吻合度较好，平均相对误差为4.07%，能较好地预测盐水体系中环戊烷-甲烷水合物(I 型)的相平衡条件
关键词：环戊烷-甲烷水合物：相平衡；模型；盐水体系
中图分类号：TQ026 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)03-0476-06
物法天然气储运及油气工业水合物抑制的目的，其研究主要集中在环皮烷-甲烷的纯水或含表面活性剂的水落
天然气水合物(NaturalGasHydrate,NGH)因其巨大的资源潜力和全球环境效应受到越来越多的关注"]，经济、高效、安全的NGH开采技术是NGH资源开发利用的关键，目前提出的NGH开采方法主要有热激发法、降压法、化学剂法、CO,置换法等[2]，围绕如何提高热激发过程的加热效率，提出了电磁加热、微波加热、井下燃烧加热、利用海底地热等开采NGH的方法，这些开采方法各有其优点和局限性.陈朝阳等3根据海底高压和低温(4℃)的自然条件，首次提出一种利用水合物形成剂在海底形成水合物时的放热效应和排盐效应加热浓缩海水、制备热盐水应用于开米海底NGH的方法该方法的关键在于水合物形成剂的选择，其必须能在海底压力、较高温度(>298K)、较高盐度(>3.5%)的海水中快速生成水合物，且其在水中的溶解度小，水合物固体密度小于海水，便于回收与循环利用.
环戊烷(Cyclopentane，CP)在不需任何辅助气体的条件下，可在较高温度、较低压力下生成Ⅱ型水合物，有望满足水合物法海底原位制备热盐水的要求.Fan等[4] 测定了纯环戊烷及含富环戊烷的4组分混合气体水合物相平衡数据.Tohidi等[5,6]研究了环戊烷-甲烷水合物的形成条件，并与其他IⅡI型和H型水合物形成条件进行了对比.Sun等[7,8]以环戊烷为添加剂进行了天然气储运研究，结果表明加入环皮烷可显著降低甲烧水合物的生成压力，目前，关于环戊烷水合物的研究主要基于水合
液体系.本工作利用环戊烷-甲烷水合物形成温度高及其放热效应、排盐效应等特点进行水合物开采研究.而针对此要求的盐水体系中环皮烷一甲烷水合物相平衡尚无报道
目前I型水合物相平衡预测模型大致分为经验模型和统计热力学模型9，统计热力学模型因有具体物理意义而具有更好的延展性和更广的适用范围，近年来经验模型已逐步被更先进的统计热力学模型代替：本工作对环皮烷。甲烷水合物(II型)在不同浓度盐水体系中的相平衡条件进行了测定，并建立了相关模型对环戊烧一甲烷水合物(I1型)的相平衡条件进行预测
2实验 2.1实验装置
水合物相平衡实验在自行研制的气体水合物相平衡实验装置中(图1)进行，整个实验装置由反应釜、平衡缓冲釜、恒温水浴箱、压力、温度测量系统、数据采集系统、气体增压机、搅拌与体积调节装置等组成.反应釜由316不锈钢材料制造，带有2个透明视窗，最大反应容积为416mL，最大承受压力30MPa反应釜内压力测量采用MBS3000型号压力传感器，测量范围 0~40MPa，测量精度±0.02MPa.反应签内温度测量采用Pt1000型热电偶，测量精度为士0.05K平德缓冲签容积为1L，最大承受压力40MPa.反应釜和平衡缓冲
收稿日期；2010-0115，修图日期；201004-16
基金项目：国家白然科学基金资助项目(编号：50874098：20773133)：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(编号：2006AA09A209)：国家重点基
9006106006 省白然科学基金资助项目(编号：07301638)：中国科学院重大科研装备基金资助项目(编号：YZ200717)：广东省科技计划基金资助项目(编号： 2009B050600006)
作者简介：月忠元(1985-)，男，潮湖北省黄石市人，硕士研究生，化学工程专业；李小森，通讯联系人，Tel:020-87057037,E-mail:lixs@ms.giec.ac.cn 万方数据