天然气组元低温粘度研究

Natural gas is one type of clean energy. The 13th Five-Year energy planning declares that the proportion of its consumption in 2020 should reach to 10%. Liquefied natural gas (LNG) is an important natural gas gathering and transportation mode. But the experimental and theoretical research on the viscosity of natural gas component is very deficient. This restricts the design and development of the natural gas liquefaction, storage and transportation and gasification equipment. In this project, the viscosity measurement equipment covering the LNG temperature range (110-230 K) will be designed. The experimental research will be carried out for the pure component of nature gas (methane, ethane, propane, butane, isobutene and nitrogen) and their mixtures in the LNG temperature range. A database will be established. The viscosity calculation model for the pure and binary mixture of nature gas component will be developed based on the Enskog model. The influence of molecular structure and interaction on viscosity will be explored. A multiple mixtures prediction model can be constructed based on this exploration. This project not only has important academic value for the experimental data acquisition and theoretical calculation of fluid viscosity in low temperature, but also has great practical value for the optimization of the natural gas liquefaction, storage and transportation and gasification equipment.

天然气作为一种清洁能源，我国能源发展“十三五”规划明确指出，2020年其消费比重力争达到10%。液化天然气是一种重要的天然气集输方式，但天然气组元低温粘度数据和理论研究不足，严重制约了天然气液化、储运和气化相关设备的精准设计。为此，本项目拟开展以下研究工作：研制液化天然气温区（110-230 K）粘度测量系统，对液化天然气组元（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷和氮）的纯质及典型混合物开展实验研究，获取高精度粘度实验数据，并建立相应数据库；开发适用于天然气组元纯质及二元混合物的Enskog粘度计算模型；探索分子结构及分子间作用对粘度的影响规律，构建多元混合物低温粘度预测模型。本项目研究不仅对低温流体粘度物性数据的获取及理论推算具有重要的学术意义，而且对天然气液化、储运和气化装置的关键部件优化具有明确的实用价值。

天然气是实现“碳中和”过程中最重要的过渡能源，HCs是HFCs的主要环保替代工质之一。天然气组元低温粘度数据和理论研究不足，严重制约了天然气液化、储运和气化相关设备的精准设计。为了改善这一现状，本项目：.（1）基于振动弦法自主研制了一套振动弦低温黏度测量装置。该装置的设计温区为120K~293K，温度、压力和黏度的测量标准不确定度分别为7.7 mK、0.0021 MPa和1.4%。为实现低温下相同温度不同压力条件下的黏度测量，发明了一种波纹管控压器，通过控制待测流体体积来控制其压力；研制了型式简洁的陶瓷固定结构，其安装便捷且对弦固定牢固可靠。.（2）基于振动弦低温黏度测量装置测量获得了乙烷及乙烷+丙烷二元混合物过冷液的黏度实验数据。对于所得乙烷+丙烷二元混合物过冷液黏度数据，未见相关报道。所得数据与已公布的实验数据和国际权威物性软件REFPROP的计算数据都呈现了非常好的一致性。.（3）建立了无需二元相互作用系数的通用型黏度预测模型，能够对天然气体系的纯质及混合物的黏度进行预测。仅依靠纯质的基本物性参数（摩尔质量、临界温度、临界体积、偏心因子和偶极矩）就能对混合物的黏度进行较好的预测，在温度范围三相点至450 K，压力范围0~40 MPa的区间内黏度计算精度优于4 %。该模型为纯质和混合物黏度提供一种较为精确且简便的计算方法。.共发表学术论文3篇，其中SCI源刊论文2篇，授权和申请国家发明专利1件。