SDS和THF对水合物法捕集模拟烟气中CO2的影响

采用搅拌式反应釜水合物生成实验装置研究动力学促进剂十二烷基硫酸钠(SDS)和热力学促进剂四氢呋喃(THF)对水合物法捕集CO_2的影响,用摩尔分数为25%的CO_2和75%的N_2混合气模拟烟气,分别探究不同浓度的SDS和THF对分离效果的影响;在此基础上,研究了不同初始压力、反应温度对分离效果的影响。结果表明,SDS和THF的存在都能提高CO_2回收率,但同时会降低分离因子。设定初始温度为3.5℃,初始压力为9.2 MPa时,加入质量分数为0.01%的SDS溶液后,CO_2回收率较纯水中增大了4.3%,分离因子较纯水中降低了44.8%;设定初始温度为6.5℃,初始压力为3.7 MPa时,加入摩尔分数为0.5%的THF溶液后,CO_2回收率较纯水中增大了30.4%,分离因子较纯水中降低了72.8%。在实验条件下,适宜的SDS质量分数为0.01%～0.05%,THF摩尔分数为0.5%～2%,初始压力的增加可以有效缩短水合反应的诱导时间,增大储气密度、CO_2回收率和分离因子,降低温度能有效提高分离效果。     

SDS与THF对水合物法分离CO2+N2混合气的影响

水合物添加剂在一定程度上能够解决纯水体系下水合物分离混合气存在选择性低、水合速率不高和水合物生成条件苛刻等问题,为了系统地研究十二烷基硫酸钠（SDS）及四氢呋喃（THF）对水合物分离特性的影响,采用自行设计的水合物分离实验装置,分别进行了浓度为0、100 mg/kg、300 mg/kg、500 mg/kg、1 000 mg/kg的SDS溶液及摩尔分数为0、0.5%、1.0%、3.0% 的THF溶液体系下,水合物法分离摩尔分数为59%的CO₂和摩尔分数为41%的N₂混合气的实验。实验结果表明：SDS能够提高水合物的生成速率及储气密度,随着SDS浓度的增大,CO₂分离率与N₂损失率都呈现先增大后减小的趋势,分离因子呈现先减小后增大的趋势,在初始压力为5.0 MPa、温度为1.4 ℃的情况下,SDS浓度为0～100 mg/kg时水合物分离效果较佳;THF有效地降低了水合物的相平衡压力,THF本身生成Ⅱ型水合物并占据水合物的大孔穴,CO₂优先于N₂占据水合物的小孔穴,当初始压力为4.8 MPa、温度为1.4 ℃时,THF摩尔分数约为1.0%时能够较好地改善水合物的分离效果。     

石英介质中甲烷水合物生成特性的实验研究

在恒容条件下,实验研究了甲烷水合物在不同粒径的石英介质体系中的生成特性。在不同初始压力(9MPa、12MPa和15MPa)、不同水浴温度(3℃、5℃、7℃和9℃)以及不同粒径(2μm、5μm和229μm)的条件下,研究了以上各因素对水合物生成规律的影响。实验表明,在粒径为2μm石英介质中,水合物的生成速度较快;在生成初期,水合物生成时体系温度迅速上升,温度的升高受到水合物平衡生成温度的限制;随着水合物生成量的增大,生成过程开始受到传质过程的控制;水的转化率随着水浴温度的降低与初始生成压力的增大而增大,但增大的幅度并不显著。粒径229μm的石英砂中,水合物的生成速度与最终水的转化率均明显低于粒径为2μm与5μm时,水合物的生成受到传质过程控制。     

影响二氧化碳水合物生成特性的实验研究

在小型水合物反应装置上研究了纯水、四丁基溴化铵(TBAB)、四氢呋喃(THF)三种不同水合体系对二氧化碳水合物生成过程的诱导时间、气体消耗速率及反应最终压力等特性的影响。结果表明,设定温度在0℃～3℃范围内时四丁基溴化铵体系中生成水合物的诱导时间最长,受温度影响最大,而水合反应气体消耗速率最大;四氢呋喃体系中生成水合物的诱导时间最短,受温度影响最小,而水合反应气体消耗速率最小;四丁基溴化铵、四氢呋喃体系反应最终压力略高于纯水体系。较高温度范围内THF体系对水合物生成特性的影响明显优于其他两种。     

乙烯裂解气的水合物法分离实验研究

开发了一种水合物法分离乙烯裂解气的新技术，考察了在选择性热力学抑制剂THF下乙烯裂解气体系的气-水合物相平衡。在一定范围内改变体系的初始压力、温度和THF浓度，得到了各组分在气-水合物两相的摩尔分率和体系达到平衡时的压力。结果表明，通过加入选择性抑制剂，能使甲烷生成水合物，进入水合相，乙烷、乙烯则很难生成水合物而得到抑制，从而使C2组分在气相中得到富集，甲烷在水合物相得到富集，实现乙烯裂解气的分离；在初始压力为4．0MPa、温度为276．15K、THF浓度为8．01％（摩尔分数）的条件下，分离效果达到最佳。     

含低剂量抑制剂的四氢呋喃水合物生成过程

在-5℃以下和常压条件下,以四氢呋喃(THF)水溶液(THF与水质量比为21∶79)为基础,采用金相显微镜研究了THF水合物的生成过程。实验结果表明,含有0.5%(w)抑制剂VC-713时,在9.4℃过冷度下需要温度突降才能激发生成THF水合物;THF水合物生成时先呈条状或枝状晶枝,之后水合物在晶枝之间填充,最终在观察区域内THF水合物呈絮状;实验条件下THF水合物形成迅速,在75 s内全部生成;随着过冷度和晶核的增加,初期生成THF水合物的反应速率较慢,随后反应速率迅速加快;不含抑制剂VC-713时,THF水合物可在9.4℃过冷度下迅速生成,水合物晶枝出现后,迅速以已有晶枝为中心扩展至整个观察区域。     

环戊烷-氢气水合物形成过程研究

利用定容恒温法研究了两种体系(1)氢气-环戊烷-水混合液体系;(2)氢气-环戊烷水合物颗粒体系(两种体系中环戊烷与水的摩尔比均为1:17)在2.0℃、10～18 MPa下环戊烷-氢气水合物的形成特性,比较了两种体系中水合物的形成过程,并计算了储氢量(氢气在水合物中的质量分数)。实验结果表明,在上述条件下,不同体系中环戊烷-氧气水合物的形成速率不同,在氢气-环戊烷水合物颗粒体系中水合物的形成速率相对较快,且在同等条件下储氢量也大,最大储氢量为0.27%。两种体系中形成的环戊烷-氢气水合物的储氢量均随初始压力的升高而增加。最后分析了两种体系中环戊烷-氢气水合物的形成机理。     

TBAB水合物及其浆体导热系数

利用基于瞬态平面热源法的Hot Disk热常数分析仪,测量了270.55~303.15K温度范围内,TBAB初始质量分数为10%~40%的TBAB溶液、水合物及其浆体的导热系数。结果表明,不同于其他水合物所具有的玻璃体导热特性,TBAB水合物的导热系数与温度呈负相关;TBAB溶液和水合物浆体的导热系数随TBAB初始质量分数的增大而减小、随温度的升高而增大。     

THF+TBAB+SDS对含氧煤层气水合物生成促进的实验研究

由于生成条件比较温和、含气率较高、储存稳定、耗能低、再分解简单可控、水合物晶体仅包含水和甲烷的优点,水合物法已成为一种有吸引力的分离含氧煤层气的新方法。实验研究了THF+TBAB+SDS体系中煤层气水合物生成的热力学参数及诱导时间的变化规律,获得了相应的相平衡数据。结果表明:THF+TBAB+SDS对煤层气水合物生成的热力学促进作用明显好于单一组分添加剂;并且THF、TBAB混合后,对煤层气水合物生成热力学起主要促进作用的为THF;三种添加剂混合后,记忆效应对煤层气水合物生成诱导时间影响不明显。     

三醋酸甘油酯抑制水合物生成分子动力学模拟及实验研究

为防止海洋深水钻井过程中在管线中生成水合物堵塞管线和海底防喷器,需要应用高效的水合物抑制剂。利用NPT系综分子动力学模拟研究温度4℃、压力20 MPa的条件下,三醋酸甘油酯对sⅠ型水合物的分解过程,以及三醋酸甘油酯和NaCl的协同作用,并进行实验验证。分析表明,三醋酸甘油酯分子能够与水分子形成氢键,从而破坏水合物笼型结构;加入NaCl能降低水活度,从而破坏水合物稳定存在的平衡条件;水合物的分解主要在前50 ps内,三醋酸甘油酯与NaCl共同作用的水合物分子的扩散系数大于单独使用三醋酸甘油酯。在4℃、20 MPa实验条件下,0.5%三醋酸甘油酯的反应平衡压力为18.75 MPa;0.5%三醋酸甘油酯+10% NaCl反应平衡压力为18.91 MPa,验证了三醋酸甘油酯的水合物抑制性及三醋酸甘油酯与NaCl的协同效应。研究结果对研发新型超深水钻井液水合物抑制剂及配方有参考意义。      

添加剂对CO2水合物生成的影响

以水合物的方式分离/储存CO₂气体是一项具有挑战性的新技术。为了提高水合物的生成速率和储气密度，在小型可视化的水合物反应装置上实验研究了不同种类的添加剂对CO₂水合物生成特性的影响。结果表明，实验用有机硅系列添加剂可以有效降低气-水界面的表面张力，提高水合物的生成速率。CO₂水合物的生成量随着添加剂浓度的增大而增大，但当浓度高于0.1%以后，其生成量增长非常缓慢。单组分添加剂Silwet L-77效果最好，而单组分添加剂THF对CO₂水合物的生成没有任何改善，但将浓度为4%的THF和1%的Silwet L-77混合后却对水合物的生成起到了显著的改善效果，12 h内的气体压降可达到0.27 MPa，是纯水体系的10倍之多，照片显示有大量的水合物生成。研究结果对寻找适合于CO₂水合物快速生成的添加剂，为其应用于高效分离储存CO₂气体技术等方面提供了指导。     

结晶法制备天然气水合物实验研究

由于天然气水合物的生成过程与盐溶液结晶过程极为相似,采用饱和溶液提供第二相晶种代替水合物晶核自发形成的方式,首次提出了基于饱和溶液结晶法制备天然气水合物的方法,实验研究了饱和Na2SO4溶液、饱和MgSO4溶液、饱和NH4HCO3溶液、饱和CuSO4溶液四种饱和溶液对天然气水合物生成速度及储气量的影响。结果表明：饱和Na2SO4溶液中天然气水合物生成速度较快,平均为去离子水中水合物生成速度的11.8倍,最大瞬时生成速度为去离子水的386倍,储气量为去离子水的11倍;饱和MgSO4溶液中水合物平均生成速度为去离子水的20倍,最大瞬时生成速度为去离子水的165倍,储气量为去离子水的7.2倍;饱和NH4HCO3溶液中水合物的平均生成速度为去离子水的7.8倍,储气量为去离子水的10倍,饱和CuSO4溶液中水合物平均生成速度为去离子水的8.6倍,储气量为去离子水的6.7倍。采用饱和溶液结晶法后可以实现高效制备天然气水合物,可为天然气以水合物的形式运输储存提供理论指导。     

水合物法分离乙烯裂解气的相平衡研究

对水合物法分离乙烯裂解气的气固(水合物)相平衡进行了研究,考察了系统温度、系统压力、初始气液比对分离效果的影响。实验中考察的系统温度、系统压力和初始气液体积比范围分别为268.15~276.15K,4.0~5.0M Pa,140~200。实验结果表明,分离效果随系统温度的降低或系统压力的升高而改善;随初始气液体积比的降低也有一定程度的改善,但不明显。典型的裂解气经一次水合,C2+组分在原料气中的摩尔分数可由37.39%降至4.79%,经二次水合可进一步降到1.02%,显示出良好的工业应用前景。较佳的操作条件为:系统温度268.15K,系统压力5.0M Pa,初始气液体积比140。     

负载型铱催化剂催化氯代硝基苯选择性加氢

用等体积浸渍法制备了Ir/γ-Al2O3催化剂,以对氯硝基苯为底物,考察了催化剂的活化温度、反应温度、氢气压力、反应时间等条件对对氯硝基苯加氢反应的影响。实验结果表明,在120℃下活化1.0h得到的Ir/γ-Al2O3催化活性最高,在n(对氯硝基苯)∶n(Ir)=3 000、反应温度50℃、氢气压力0.5MPa、乙醇为溶剂的条件下反应2.5h,对氯硝基苯的转化率和对氯苯胺的选择性均达到100.0%。用该催化剂催化邻、间氯硝基苯加氢,当底物全部转化时,生成邻、间氯苯胺的选择性分别达到99.2%和100.0%,均没有检测到脱氯产物的生成。用该催化剂催化对氯硝基苯加氢反应,催化剂循环使用8次,反应时间延长至5h,对氯硝基苯完全转化,对氯苯胺的选择性仍高达98.2%。     

Vapor-hydrate phases equilibrium of (CH_4 C_2H_6) and (CH_4 C_2H_4) systems

Separation of the(C1 C2)hydrocarbon system is of importance in natural gas processing and ethylene production.However it is the bottleneck because of its high refrigeration energy consumption, and needs to be urgently addressed.The technology of separating gas mixtures by forming hydrate could be used to separate(C 1 C 2 )gas mixtures at around 0°C and has attracted increasing attention worldwide.In this paper,investigation of vapor-hydrate two-phase equilibrium was carried out for(C 1 C 2 )systems with and without tetrahydrofuran(THF).The compositions of vapor and hydrate phases under phase equilibrium were studied with model algorithm when structure I and structure II hydrates coexisted for the(methane ethane)system.The average deviation between the modeled and actual mole fractions of ethane in hydrate and vapor phases was 0.55%,and that of ethylene was 5.7%when THF was not added.The average deviation of the mole fraction of ethane in vapor phase was 11.46%and ethylene was 7.38%when THF was added.The test results showed that the proposed algorithm is practicable.     

环氧乙烷水溶液和CO_2合成碳酸乙烯酯

采用自行开发的NY-2催化剂,研究了环氧乙烷(EO)水溶液和CO2制备碳酸乙烯酯(EC)的反应性能。设计了正交实验以确定影响EO转化率和EC选择性的主要因素;探讨了溶剂EC用量、反应温度、反应压力、催化剂用量等因素对合成EC反应的影响。实验结果表明,n(H2O)∶n(EO)是影响EO转化率的最主要因素;温度和n(H2O)∶n(EO)是影响EC选择性的最主要因素;确定了采用NY-2催化剂、以EC为溶剂时,合成EC反应的最佳工艺条件:反应温度100～120℃,反应压力3.0～4.0MPa,催化剂质量分数2%,n(H2O)∶n(EO)=1∶2,n(EC)∶n(EO)=5。在此条件下,EO的转化率达到97%以上,EC的选择性达到93%左右。