环戊烷/HCFC141b-二氧化碳-水体系水合物相平衡实验研究

采用定容逐步加热法测定了环戊烷/HCFC141b-二氧化碳-水体系的相平衡数据。实验结果表明:环戊烷与HCFC141b添加剂均能有效促进二氧化碳水合物的生成,水合物生成压力明显大幅降低。当在低温时,HCFC141b更能降低二氧化碳水合物的相平衡压力,但是当温度高于288K时,环戊烷和HCFC141b对二氧化碳水合物相平衡压力的影响相类似。     

全可视化反应釜内二氧化碳水合物的生成分解特征

二氧化碳水合物封存技术已成为目前碳封存研究的热点。该技术中对于二氧化碳水合物的生成分解特征及其影响因素的研究是当前的重点和难点。本文设计了高压全透明双反应釜实验平台,以高纯度二氧化碳和去离子水作为研究对象,在17℃、7MPa的初始温压条件下,进行了二氧化碳水合物的初次和二次生成分解实验,并设置对照组对搅拌的影响进行了研究,而后与甲烷在相同条件下的实验进行对比。实验结果表明,搅拌会促进二氧化碳水合物的生成,在400r/min的转速条件下,缩短诱导时间可达40%,增大压降速率可达15%,形成更多且更致密厚实的水合物,并延缓了分解;多次生成可以减少水合物的诱导时间,但对于水合物生成的总量几乎没有影响。与甲烷水合物相比,二氧化碳水合物生成的量大且更难以分解,实验结果有利于二氧化碳的海洋水合物封存技术的开发应用。     

水合物法分离二氧化碳的研究现状

介绍了利用水合物法从火力发电厂排放的烟气和从整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）合成气中分离二氧化碳（CO₂）的研究及发展现状,包括水合物形成促进剂和添加剂的选择,水合物分离捕集工艺以及成本核算。TBAB和THF在研究中证明能有效地提高水合物形成速度、降低反应压力、提高CO₂的分离捕集效率。在此基础上,提出了不同的分离捕集工艺,这些工艺都是以水合物法分离为主,结合化学吸附法或者膜分离法而展开。通过与传统的化学吸附法的成本核算做比较,发现水合物法分离捕集每吨CO₂的成本约为USD 26,比化学吸附法要便宜约31%,并且随着水合物法研究的进一步深入,水合物法分离捕集CO₂的成本还可能进一步降低,显示了未来的工业应用中有光明的前景。     

高二氧化碳瓦斯水合物传热分解特性研究

为了探究煤体中高二氧化碳水合物的分解规律,根据Stefan热量传导方程和Clausius-Clapeyron方程,建立了开采煤层中水合物分解传热模型和高二氧化碳瓦斯水合物分解热计算模型;利用可视化水合物实验系统,测定了高二氧化碳瓦斯水合物相平衡参数;计算得出了高二氧化碳水合物的分解热并分析了影响水合物分解热的因素;通过设定条件,利用水合物分解传热模型得出了煤体中水合物分解规律,并分析了工作面温度、围岩温度对煤层中水合物分解速率的影响。计算结果表明,工作面温度对水合物分解影响较小,围岩温度对水合物的分解影响大。因此,通过对煤体中高二氧化碳瓦斯分区域水合固化,可以有效防止煤与瓦斯突出。     

高二氧化碳瓦斯水合物传热分解特性研究

为了探究煤体中高二氧化碳水合物的分解规律,根据Stefan热量传导方程和Clausius-Clapeyron方程,建立了开采煤层中水合物分解传热模型和高二氧化碳瓦斯水合物分解热计算模型;利用可视化水合物实验系统,测定了高二氧化碳瓦斯水合物相平衡参数;计算得出了高二氧化碳水合物的分解热并分析了影响水合物分解热的因素;通过设定条件,利用水合物分解传热模型得出了煤体中水合物分解规律,并分析了工作面温度、围岩温度对煤层中水合物分解速率的影响。计算结果表明,工作面温度对水合物分解影响较小,围岩温度对水合物的分解影响大。因此,通过对煤体中高二氧化碳瓦斯分区域水合固化,可以有效防止煤与瓦斯突出。     

二氧化碳水合物快速生成方法研究进展

气体水合物具有很多优点,却没有大规模的工业化利用,最主要的问题是生成二氧化碳水合物速率缓慢,阻碍了水合物法技术的应用,因此最大程度地提高其生成速率是气体水合物技术得以成功应用的关键。最常见快速生成二氧化碳水合物的方法是加入促进剂,而不同种类和浓度的促进剂对二氧化碳水合物生成速率的作用效果不同。故本文主要概述二氧化碳水合物快速生成的方法,从动力学促进剂、纳米流体以及离子促进剂进行分析, 分别总结了它们对水合物的生成机理。分析了十二烷基硫酸钠（SDS）、纳米石墨、氯化钠三者单独作用时及三者和不同促进剂复配时对二氧化碳水合物的诱导成核时间、生成速率、相平衡、表面张力等方面的影响。最后指出：单一的促进剂都存在最佳浓度,但其会随着不同温度、压力等多种因素的改变而改变,以及不同种类的促进剂复配时存在协同作用且生成效果比单一的好,揭示不同温度、不同压力时最适宜的单一促进剂对水合物生成影响的规律及找出最适宜提高水合物生成速率的促进剂是今后研究的重点方向。目前各种单一的及复配的促进剂对水合物的生成影响尚未形成完整的体系,需要进一步研究。     

埋存二氧化碳法置换天然气水合物研究进展及启示

埋存二氧化碳法置换天然气水合物在开发水合物新能源、降低二氧化碳排放方面具有独特优势,因此该方向成为二氧化碳埋存、天然气水合物开采方向的重要研究内容之一。在前人基础上,本文综述了埋存二氧化碳法置换天然气水合物在工程概念模式及实验模拟方面所取得最新进展。指出可以以南海北部陆坡、青海冻土水合物为目标,开展针对性研究,重点针对提高二氧化碳置换效率与风险评估问题等进行研究。     

添加剂对二氧化碳水合物生成特性的影响

二氧化碳气体是产生温室效应的主要原因,使用水合物法固定二氧化碳于海底有助于减少大气中的二氧化碳气体,减少温室效应,而且对环境不会造成污染,是目前国际上比较热门的研究课题。因此,二氧化碳水合物的生成特性、物理性质以及如何降低其相平衡点和加快生成速率是本课题应当研究的重点。通过试验研究了不同浓度下十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及SDS和SDBS复合添加对二氧化碳水合物相平衡点的影响。试验表明:在不同温度下,不同类型不同浓度的溶液下二氧化碳水合物的相平衡点是不同的,即使是同种类型溶液,其最适宜浓度也随温度有所变化。基于试验结果,简单分析了二氧化碳水合物的生成特性,总结了研究二氧化碳水合物特性的一些试验方法。     

添加水合物促进二氧化碳水合物生成的实验研究

水合物法分离、封存二氧化碳,是减少温室气体排放的有效方法之一。今在专门设计的水合物形成实验装置上,研究了二氧化碳水合物初始生成相平衡条件及其影响因素。分别在纯水中加入2.5%、6%和12.5%体积比的水合物晶块进行水合物的生成实验,发现当加入量为6%体积比以上时,不但可以缩短水合物初始形成时所需要的诱导时间,还可以大大降低过冷度,最低可使其在接近相平衡点的状态下生成水合物。而当加入量为2.5%体积比时,与未加入时相同,没有降低过冷度或缩短诱导时间的作用。本研究结果可用于缩短水合物生成时的诱导时间和降低装置的耐压极限,并提示为防止天然气管道中的水合物的重复堵塞问题,应尽可能彻底清除管道中的水合物残余物。     

水合物技术

介绍了水合物的形成,储量和结构,综述了水合物在海水淡化,溶液提浓,气体分离,天然气储驼和二氧化碳深海储藏等领域的研究现状。     

二氧化碳水合物动力学促进剂研究进展

利用水合物法捕获二氧化碳是当今世界的研究热点,但其应用受到了水合物的生成条件苛刻、生成速率缓慢等问题的限制,故需要利用特定促进剂来改善水合物法分离气体的性能。本文从动力学促进剂对二氧化碳水合物生成的影响效果和促进机理两个方面的研究进展进行了分析和介绍：在影响效果方面,主要阐述了不同类型动力学促进剂对水合物生成产生不同的影响以及在高浓度时对水合物生成产生的抑制作用,并分别分析了其原因;在促进机理方面,总结了国内外各学者的研究成果,并指出现有各种关于动力学促进剂促进机理的理论存在的不足。此外,还提出了未来关于二氧化碳水合物动力学促进剂的发展方向：一是着重研究动力学促进剂对水合物生成促进效果与其含有基团的关系;二是目前关于动力学促进剂促进水合物生成机理还没有统一定论,这可能是由于目前的研究主要集中在促进剂对水合物外部形态的改变而未探讨促进剂对水合物内部结构的改变,因此促进剂对水合物内部结构的改变上需进一步研究。     

一种高效复合型气体水合物抑制剂的研究

在油气运输管道中,气体水合物的形成会造成管道堵塞,给油气行业带来巨大的损失。为了抑制水合物的形成,文章以二氧化碳水合物为实验对象,在低温高压带视镜悬浮搅拌试验装置中,分别采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP),氯化钠以及这两者的复合液作为抑制剂进行实验。通过诱导时间和气体耗气量的比较,结果表明,单一的PVP能有效的延长气体水合物生成的诱导时间,单一的氯化钠能降低反应体系的耗气量,而由PVP与氯化钠复配得到的复合型抑制剂能延长反应的诱导时间和降低反应耗气量,是一种高效的气体水合物抑制剂。     

Mathematical model of formation of carbon dioxide hydrate upon injection of carbon dioxide into a methane hydrate stratum

A mathematical model of formation of carbon dioxide gas hydrate upon injection of warm carbon dioxide into a natural stratum saturated with methane and methane hydrate has been presented. The case when methane hydrate decomposes into gas and water on two frontal boundaries and the subsequent formation of carbon dioxide hydrate from carbon dioxide and water has been discussed. The regions where this mode is implemented depending on stratum permeability have been studied based on the pressure–temperature plane of the gas being injected into the stratum.     

四丁基溴化铵-二氧化碳-水体系半笼水合物相平衡数据的测定

水合物相平衡数据是利用水合物捕集二氧化碳的基础数据,利用定容逐步加热的方法测量了四丁基溴化铵-二氧化碳-水三元体系水合物的相平衡数据,实验测量的压力和温度分别为1.0-4.3 MPa,282.75-292.15 K,四丁基溴化铵水溶液的质量分数为5％ -30％.实验结果表明:在一定的温度条件下,与纯水中二氧化碳水合物形...     

初始压力对冰冻石英砂中CO2水合物生成特性的影响

利用冰冻石英砂模拟冻土水合物的赋存条件，研究了压力对二氧化碳水合物生成特性的影响，在300 mL高压水合物反应釜中于271 K下进行了多组CO2液化压力以上及以下的霰状冰粉包裹的石英砂中水合物生成实验。结果表明，充入的CO2未液化时，初始压力越大，水合反应速率越快，压力越早达稳定状态；充入压力达液化压力后，注入的CO2越多，水合反应速率越快。压力作为水合反应的驱动力，压力越高水合物生成越多，冰的最终转化率越高。采用CO2置换冻土区中甲烷水合物时，控制压力低于液化压力或注入过量的CO2，置换效果更好。     

Kinetics of formation of carbon dioxide clathrate hydrates

The new experimental apparatus capable of observing the clathrate hydrate formation kinetics was developed in this study. Experimental data on the kinetics of carbon dioxide hydrate formation were carefully measured. The experiments were carried out in a semi-batch stirred tank reactor with stirring rate of 500 rpm at three different temperatures between 275.2 and 279.2 K and at pressures ranging from 2.0 to 3.5 MPa. The kinetic model was adopted to predict the growth of hydrates with only one adjustable parameter which represented the rate constant for the hydrate particle growth. The model was based on the crystallization theory coupled with the two-film theory for gas absorption into the liquid phase. The model predictions matched the experimental data very well with the largest deviation of 7.18%, which is within experimental error range. This study is the first for the kinetic data of carbon dioxide hydrate formation and important in developing carbon dioxide fixation process using clathrate hydrate phenomenon.     

Decomposition of carbon dioxide hydrate in the samples of natural coal with different degrees of metamorphism

Methane and carbon dioxide hydrates are one of the possible forms in which these gases exist in natural coal (for more detailed discussion see Refs [1,2]). In this work, the decomposition of carbon dioxide hydrate in five samples of natural coal differing from each other in metamorphism degree was investigated experimentally. Carbon dioxide hydrate dispersed in coals was synthesized from water adsorbed in these coals. During a linear temperature rise in an autoclave with the coal + hydrate sample the hydrate decomposition manifests itself as a step of increase in gas pressure, accompanied by a decrease/stabilization of the temperature of coal sample. The dependencies of the amount of hydrate formed on initial coal humidity and on gas pressure during hydrate formation were studied. It was demonstrated that each coal sample is characterized by its own humidity threshold below which hydrate formation in natural coal is impossible. With an increase in gas pressure, the amount of water transformed into hydrate increases. For the studied coal samples, the decomposition of carbon dioxide hydrates proceeds within a definite temperature and pressure range, and this range is close to the curve of phase equilibrium for bulk hydrate.     

二氧化碳水合物导热和热扩散特性

热导率和热扩散率是天然气水合物资源开采关键性基础热物性数据,采用反应釜内壁衬有氟塑料材料,低过冷度,让水合物在反应釜内逐层生成的合成方法,获得可直接用于导热测试的二氧化碳水合物样品。采用瞬变平面热源法原位测试了温度264.68～282.04 K、压力1.5～3 MPa二氧化碳水合物热导率、热扩散率,并测试了二氧化碳水合物在268.05 K、0.6 MPa左右发生自保护效应过程中热导率、热扩散率,获得了晶态下和自保护效应过程中的二氧化碳水合物热导率、热扩散率变化特性。测试结果将为天然气水合物资源的开发利用提供基础数据和理论依据。