静止悬垂水滴形成甲烷水合物的生长动力学

在273.35～277.15 K,4.86～6.65 MPa条件下开展了静止悬垂水滴形成甲烷水合物的可视化实验,提出了气-液平衡时水滴表面CH_4气体溶解度的计算方法以及描述水滴表面水合物膜生长的动力学模型,预测了悬垂水滴形成甲烷水合物的生长时间。结果表明,悬垂水滴转化为水合物颗粒的时间随着系统压力的升高而缩短,随着系统温度的降低而减小。水滴越小,反应时间越短。水滴尺寸和CH_4的扩散阻力对水合反应的影响比系统压力、温度的影响大得多。CH_4在水合物膜中的扩散阻力是影响悬垂水滴转化为水合物的主要因素,进行喷雾反应釜设计时,须尽量消除扩散阻力的影响,加快气体水合物的合成速率。     

十二烷基硫酸钠(SDS)对甲烷水合物膜生长动力学的影响

采用水中悬浮单个气泡法测定了不同温度（273.4～279.4K）和压力（3.60～11.90MPa）下甲烷在含SDS水溶液中的水合物膜生长动力学数据,并应用Chen-Guo模型中的无因次Gibbs自由能差作为推动力（-△G/（RT））对实验数据进行关联,得到了一个较为简单的数学模型。由实验数据回归出不同SDS浓度下的甲烷水合物膜生长动力学的反应级数,并根据模型回归的参数和Arrhenius方程计算出甲烷水合物膜生长表观活化能及指前因子,同时也讨论了SDS对甲烷水合物膜生长速率的影响。     

TBAB水合物晶体生长过程的实验研究

通过对常压下9%(w) TBAB溶液降温生成水合物晶体的过程进行观察,以过冷度作为生长驱动力,研究了TBAB水合物晶体的生长特性. TBAB水合物刚形成时,晶体呈高透光度及规则柱体外形,随晶体继续生长逐渐变得不规则,透光度下降. 当恒温浴的过冷度分别为6.0, 8.1和9.6 K时,水合物晶体长度/宽度方向生长时间依次为183 min/140 min, 85 min/65 min, 70 min/37 min,同时反应前的等待时间即生成时间分别为83, 53和55 min. 生长时间和生成时间随过冷度增加逐渐降低,幅度逐渐减小,表明过冷度增加能有效减少水合反应时间,促进水合物的快速生成. 过冷度增加会增加TBAB水合物晶体成核数量,因此晶体与溶液的总体接触面积增加,有利于水合物的快速形成.     

近临界条件下乙烯水合物在甲醇水溶液中的生成行为研究

研究了近临界条件下乙烯水合物在甲醇水溶液中的生成行为,考察了温度、压力以及甲醇浓度对乙烯水合物生成行为的影响。实验结果表明在乙烯的近临界条件下,P-t曲线为一光滑的曲线,不易明确区分溶解阶段、成核阶段和生长阶段;随着初始压力的升高,水合物生成速率加快,且始末压差增大,水合物生成量增多;随着温度的降低,过冷度增大,促进水合物生长,压力下降速率增加,水合物生成量增多;甲醇水溶液浓度的增加,抑制了乙烯水合物的生成。     

超声波与表面活性剂协同影响水合物诱导期

引言 天然气水合物较长的诱导期[1]是限制天然气水合物储运技术发展的主要原因之一.加入表面活性剂促进水合物生成是其中一种方法[2-4].Zhong等[2]研究十二烷基硫酸钠(SDS)对诱导期的影响发现,当SDS浓度等于或大于临界胶束浓度(critical micelle concentration)时,诱导期最短.指出在加入SDS的系统中超声波对水合物的成核结晶没有明显的影响,但没有给出具体实验、解释和数据.而在HCFC-141b制冷剂水合物体系中引入超声波后诱导期明显缩短[5,6].本文通过设计建立一套超声波作用下天然气水合物生成实验装置,研究了超声波与表面活性剂SDS协同作用对天然气水合物反应诱导期等参数的影响.     

蒸馏水和自来水中悬浮气泡表面天然气水合物生长特性的实验研究

在275.2K条件下开展了静止悬浮气泡表面形成天然气水合物的可视化实验研究,分析探讨了水中杂质对天然气水合物的成核时间、生长时间和生长形态的影响。研究结果表明:蒸馏水和自来水对水合物的成核时间和生长时间影响不大,但是在蒸馏水中的悬浮气泡表面形成的水合物膜表面比较光滑致密,且易出现裂缝并重新生成水合物晶体;在自来水中由于杂质离子的存在,气泡表面水合物膜有许多窟窿无法生成水合物;添加表面活性剂的水溶液能显著缩短悬浮气泡表面形成水合物的成核时间和生长时间,提高了水合物的生成速率,且对水合物的生长形态也有很大的影响。在相同驱动力条件下,添加表面活性剂的水溶液中悬浮气泡表面形成的天然气水合物晶体颜色更加深暗,质地也更光滑致密。     

气液比对表面活性剂复配促进甲烷水合物生成影响

气液比作为影响天然气水合物快速、大量生成的关键因素,有必要对其深入研究。利用天然气水合物装置,设定初始压力为6 MPa,温度为275.15 K,研究了十二烷基硫酸钠(SDS)与烷基多糖苷(APG1214)复配溶液体系在不同气液比条件下对天然气水合物生成影响。结果表明,合理的选取气液比能增强水合物的储气能力以及生成速率,4.00为其最佳气液比,最终储气密度可达到110.2(V/V),实验初始气液比的大小会影响水合物的生成过程,增加气液比能增加水合物的生成速率。因此,合理地将表面活性剂复配以及选取气液比,可显著提高水合物生成速率与储气能力。     

甲烷水合物生成分解的实验研究

海底存在着大量可燃冰,1 m3可燃冰能够储存160 m3的天然气。因此,可燃冰的开采与利用可燃冰储存与运输天然气具有重要意义。在改变搅拌、过冷度及低浓度动力学抑制剂的条件下,对甲烷水合物生成量与生成速率进行了实验研究。将甲烷水合物进行升温分解,分析水合物分解时的压力变化情况。结果表明:搅拌对甲烷水合物生成的促进效果最好,其次是过冷度,最后是超低浓度动力学抑制剂;水合物生成的传质过程最终被阻碍,采取将水与天然气的上下位置交换的方法,可以生成更多水合物。水合物升温可以得到相平衡曲线;改变初始时刻压力,可以得到不同温度区间的相平衡曲线;降低水合物分解时的升温速度,可以得到更长温度区间的相平衡曲线。     

喷雾反应器中二氧化碳水合物的生长实验研究

在喷雾反应器中进行了CO2水合物生成实验,观察了CO2水合物的生长过程,以结晶过饱和度作为生长驱动力研究了CO2水合物的生长特性. 结果表明,CO2水合物的生成量随生长驱动力增加而增加;反应温度越低,CO2水合物的生长量越大. CO2水合物生长速率为0.531~9.53 mmol/s,与静态反应装置中一致,表明喷雾反应器促进CO2水合物快速生长的作用有待进一步提高. CO2水合物储气率较低,为14~24 m3/m3,主要原因是生长驱动力偏小,水合反应不完全.     

SDS溶液与APG溶液对天然气水合物生成的协同作用

天然气是一种潜力巨大的清洁能源,但是其工业化生成技术仍面临较大的困难。表面活性剂作为一种工业催化剂能对天然气水合物的生成有着明显的促进作用。为研究不同表面活性剂下天然气水合物生成特点,采用静态条件下天然气水合物的实验方法,对SDS表面活性剂溶液与APG表面活性剂溶液以及他们的混合溶液进行天然气水合物生成实验。结果表明:APG与SDS混合溶液中生成的天然气水合物稳定性介于纯SDS溶液中生成的天然气水合物和纯APG溶液中生成的天然气水合物之间;APG与SDS溶液的协同作用能够明显地改变溶液表面张力,并且3种溶液下水合物生成的动力学数据与3种溶液的表面张力数据有着类似的变化规律。