MDEA对降低MEG循环的气体水合物热力学抑制作用外文翻译资料

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MDEA对降低MEG循环的气体水合物热力学抑制作用

Masoumeh Akhfash，dagger;Mosayyeb Arjmandi，dagger;Zachary M.Aman，dagger;John A.Boxall，和Eric F.May*dagger;^,

^gamma;西澳大利亚大学机械与化学工程学院流体科学与资源部，西澳大利亚克劳利斯特灵公路35号，邮编：6009

^gamma;雪佛龙能源技术有限公司，珀斯，西澳大利亚6000，澳大利亚

摘要：在天然气生产过程中，为了防止包合物天然气水合物的形成，常在井水中加入单乙二醇（MEG）。工业水下采气管道中防止水合物所需的MEG量减少将降低与天然气生产相关的成本。甲基二乙醇胺（MDEA）有时通过提高溶液的pH值来控制湿气流程中的腐蚀，通常会注入MEG。在需要水合物和腐蚀控制的系统中，通过MDEA抑制水合物可能是降低所需MEG注入速率的一个机会。然而，没有实验数据可用于量化MDEA在分离或存在MEG时作为水合物抑制剂的程度。在这项工作中，我们报告了20个水合物相界的测量，在存在MDEA（3-7 vol%）和MEG（0或20 vol%）的情况下，在具有超高纯度甲烷和

天然气混合物。结果表明，MDEA是一种水合物抑制剂，与MEG结合后，可提供额外的抑制作用。对于所研究的系统，MDEA作为水合物抑制剂的效果大约是MEG的一半。当20 vol%的MEG添加到水相中时，MDEA作为水合物抑制剂的作用减弱。然而，7 vol%的MDEA仍然导致水合物相界的平均温度变化为0.3K，这相当于通过将系统中的MEG量增加3%（即从20 vol%增加到20.6vol%的MEG）可达到的效果。

1.绪论

天然气水合物是结晶包涵体化合物，其中水分子笼围绕低分子量的分子（例如甲烷）。天然气水合物可以在20°C以下的温度下形成稳定的固态水相，适用于中等压力下的系统（例如，根据气相组成，gt;5 MPa）。长的海底回接装置中的水合物形成和堵塞是一个主要的流量保证风险，这些回接装置越来越多地用于从遥远的离岸水库开发和生产天然气。传统上，生产作业中的天然气水合物是通过注入热力学水合物抑制剂（这类抑制剂）来管理的，例如（单）乙二醇（MEG），它通过其OH基团与水分子形成氢键。这会降低给定压力下的水合物稳定温度，因为更少的水分子具有可形成水合物结构的氢键位置。出于经济和环境方面的原因，必须在加工厂回收和回收MEG。因此，减少水合物预防所需的MEG量将降低与MEG注入和再生的相关运营成本。^1213-5

酸性气体化合物（H2S或CO2）和采出天然气中的水会导致腐蚀问题。在这种情况下使用的一种常见的腐蚀控制技术称为“pH稳定”，即注入化学物质以提高液体水相的pH值。^6minus;12

这样做有助于在管道内表面形成碳酸铁或硫化物保护膜，抑制钢的腐蚀。11甲基二乙醇胺（MDEA）的水溶液通常用于提高天然气生产流程中地层水的pH值。.^8,13,14

如果至少有一种化学品能够抑制水合物的形成和腐蚀，则平行注入化学抑制剂以防止水合物的形成和腐蚀，提供了减少注入抑制剂总量的机会。据报道，用于天然气脱硫的烷醇胺还可抑制胺单元中的水合物形成。15 Burgazli等人16使用高压高压釜和线性极化电阻计评估了四种化学品对腐蚀速率和气体水合物形成的双重抑制作用。然而，尽管在工业实践中，MDEA以及MEG在控制腐蚀和水合物形成的天然气采气管线中的应用已经很成熟，据我们所知，目前还没有实验数据来测试MDEA是否也作为热力水合物抑制剂。

特刊：纪念肯·马什

收到日期：2017年1月23日

接收日期：2017年4月3日

出版日期：2017年4月17日

如果将MDEA添加到MEG水溶液中也能抑制水合物的稳定曲线，则可能有机会降低所需的MEG注入速率。本文给出了甲烷 水 MDEA（3和7 vol%）和多组分气体混合物 水 MDEA（7 vol%） MEG（0和20 vol%）系统在6-9MPa压力范围内的水合物离解数据。

表1。本实验所用材料清单

表2。本实验所用气体混合物的组成

2。实验部分

表1和表2列出了本工程所用试验材料的信息。乙二醇（99.8%）和N-甲基二乙醇胺（gt;99%）购自Sigma Aldrich。超高纯度甲烷（99.995%）和气体混合物（表2）由coregas提供。采用密理博Q净化系统，在实验室制备了电导率为0.23mu;s的去离子水。在每项试验中，在不确定度为plusmn;10 mg的电子分析天平上称取适当量的N-甲基二乙醇胺、乙二醇和去离子水，并将其混合，制成体积为～100 ml、所需浓度的水溶液。这些实验使用高压可视高压灭菌器（HPVA）装置（图1）。之前已经详细描述了HPVA装置，17-19，这里只给出了一个总结。它包括一个蓝宝石电池（内部25.4毫米

直径、高度150 mm、厚度6.4 mm；额定压力21.0 MPa），高压磁耦合混合轴（MRK Mini 100-50）连接到Visopak Rheo-57电机。电机能够产生高达1800转/分的混合速度，实际公差为plusmn;1转/分。单元的内容物由四叶片叶片和BA_E几何叶轮混合，以提供充分的混合，同时保持分层的气液界面。用不确定度分别为0.15和0.2 K的100Omega;铂电阻温度计（PRT）测量电池和槽的温度，同时用两个Omegadyne传感器（分别为0minus;34.5和0minus;17.3 MPa）监测电池和槽的压力，不确定度为0.01 MPa。在整个实验过程中，LabVIEW数据采集系统以30 s的间隔记录来自PRT、压力传感器和扭矩传感器（分辨率高达57 N cm，分辨率为0.04 N cm）的信号。将高压釜单元和气体歧管（额定12.0 MPa）浸入水-乙二醇浴中（体积比为1:1），该浴中包含一个连续运行以去除热量的ThermoFisher浸入式冷却器。浴缸装有一个1100W的电筒加热器，该加热器通过LabVIEW控制算法间歇激活，以保持电池温度在0.15K的公差范围内。

先前已详细描述了实验程序。20在每个实验中，用连续冲洗的甲苯、乙醇和丙酮彻底清洗细胞，干燥过夜，并装入水、MDEA和/或MEG。然后用目标气体（甲烷或气体混合物）在2.0兆帕下吹扫电池三次，然后加压至目标起始压力（6.0、7.0、8.0或9.0兆帕）；混合系统以1000转/分的速度与水合物区外的系统以293.15千帕的速度接合。将电池放置一整夜以确认无泄漏，然后冷却。以1 K/h的速率加热到277.15 K。电池在水合物稳定区内保持20 h，以确保水合物反应达到稳定状态，然后使用步进加热程序分离水合物：（i）根据多重冲击21计算，电池在1 K/h下加热到低于水合物平衡温度估计值3 K的点。s；（ii）然后以0.1 k/h将电池加热到每个温度步骤，直到系统通过水合物平衡点。通常，系统在每个步骤保持2-3小时，以达到稳态压力和温度；因此，每个相边界测量需要～3周完成。

图1。高压釜池简化图（左）和图片（右）。

表3。在存在和不存在MDEA和MEG的情况下测量水合物相界的试验矩阵

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