水合物抑制剂是抑制天然气在开采、输送以及处理中形成水合物的
化学物质。
常见的热力学抑制剂有
醇类(如
乙二醇、甲醇)和电解质(如CaCl2)。向天然气中加入这类抑制剂后,可改变水溶液或水合物相的
化学位,从而使水合物的形成条件移向较低的温度或较高的压力范围。在天然气工业中多用甲醇和乙二醇作为抑制剂。
甲醇可用于任何操作温度。由于甲醇能较多地降低水合物形成温度,
沸点低,
蒸气压高,水溶液
凝固点低、粘度小,通常用于致冷过程或气候寒冷的场所。一般情况下
喷注的甲醇蒸发到气相中的部分不再回收,液相水溶液经蒸馏后可循环使用。是否循环使用需根据处理气量等具体情况经技术经济分析后确定。在许多情况下,回收液相甲醇是不经济的。若液相水溶液不回收,废液的处理将是个难题,需采用回注或焚烧等措施。为降低甲醇的液相损失,应尽量减少带入系统的游离水量。国外在制定商品天然气质量标准时,考虑到甲醇具有中等程度的毒性,已注意限制天然气中可能存在作为抑制剂注入的甲醇量。
乙二醇对动物有毒,较甲醇沸点高,蒸发损失小,一般可回收重复使用,适用于处理气量较大的井站和输送管线。乙二醇溶液粘度较大,在有
凝析油存在时,若温度过低,会造成分离困难,溶解和夹带损失增大,其溶解损失一般为0.12~0.72L/m凝析油,多数情况为0.25 L/m凝析油,在含硫凝析油系统中的溶解损失大约是不含硫系统的3倍。当操作温度低于-10℃时,不提倡使用
乙二醇。
传统的热力学抑制剂已使用多年,但由于抑制剂在水溶液中的浓度很高(10%~50%),用量较多。为了降低成本,不少学者力图开发一种可替代的、价格低廉且符合环保要求的新型水合物抑制剂即动力学抑制剂。
动力学抑制剂通过显著降低水合物的成核速率、延缓乃至阻止临界
晶核的生成、干扰水合物晶体的优先生长方向及影响水合物
晶体定向稳定性等方式来抑制水合物的生成。已发现了这种使用浓度低的
化学物质。
动力学抑制剂是一些水溶性或水
分散性的聚合物。它们在水合物成核和生长的初期中吸附在水合物颗粒的表面上,从而防止颗粒达到临界尺寸(在这种尺寸下,颗粒的生长在热力学上是有利的),或者使已达到临界尺寸的颗粒缓慢生长。
动力学抑制剂的抑制效果用
过冷度来表示。所谓过冷度就是管道等体系内实际操作温度低于该体系水合物形成温度之差值。已开发使用的动力学抑制剂的主要缺点是抑制效果有限。尽管至今报道过的动力学抑制剂在实验室内当过冷度为10℃时,可使水合物成核及晶体生长时间推迟2~3天,但现场试验所得到的过冷度则不超过7~8℃,相当于约15%~18%(w)的甲醇抑制剂的效果。