高压下甲烷中热力学水合物抑制剂甲醇分配的测量研究

《Energy & Fuels》：Measurements of Thermodynamic Hydrate Inhibitor Methanol Partitioning in Methane at High Pressures

本研究通过高压平衡流动系统和微流控系统，测定了不同甲烷浓度（90、95、97%）和温度（40℃）下甲烷、水和甲烷的相分配行为，发现实验数据与模拟结果及McGlashan和Williamson的文献数据一致，同时揭示了高压条件下甲烷分压随压力变化的规律。

　　

甲醇是 offshore 油气生产线上最常用的热力学水合物抑制剂（THI）之一。尽管其应用广泛，但由于测量技术的复杂性，关于甲醇在烃相中平衡分配的数据仍然非常有限。获得高精度的甲醇在烃相中分配数据对于多种原因都至关重要。首先，这些数据可以确保甲醇的用量足够，从而有效发挥其作为热力学水合物抑制剂的作用；甲醇只有在水相中存在时才能有效防止水合物的形成。其次，这些数据有助于避免向管线中注入过量的甲醇，因为过量的甲醇可能对管道造成腐蚀，进而降低管道的完整性。最后，这些数据还有助于避免下游处理过程中的问题——具体来说，送往下游处理的油气必须符合相关的甲醇浓度规范。如果甲醇浓度超出规范，承包商可能会受到罚款。在这项研究中，我们使用两种不同的实验装置（高压平衡流系统和微流控系统）测量了甲醇在气相中的分配情况。每种装置都有其优势：微流控系统能够实现可视化观察，从而可以观察到甲醇的初次析出过程，但其压力上限约为 11 MPa；而高压平衡流系统的压力上限较高（可达 34.5 MPa），这使得在高压力条件下进行测量成为可能，但目前相关数据较为匮乏。实验中，我们分别在不同甲醇浓度（90%、95% 和 97% 体积比）、40°C 的温度以及最高 34.5 MPa 的压力下进行了测量。在微流控系统中，通过气相色谱-质谱（GCMS）技术测定了甲醇、水和混合体系在首次出现液相时的平衡组成。实验结果表明，实际测得的甲醇、水和水的组成与模拟预测值一致。进一步分析还发现，在气相中，甲醇的浓度与 McGlashan 和 Williamson 报告的数据相符。同时，我们也使用高压平衡流系统进行了类似的研究，结果发现气相中水和甲醇的摩尔分数略高于模拟预测值，但甲醇的浓度仍与 McGlashan 和 Williamson 的数据一致。