表面活性剂对气体水合物生成诱导时间的作用机理

利用可视化水合物实验设备,研究了摩尔浓度均为1.0×10-3mol/L的3组溶液(T40、T40/T80(1∶1)、T40/T80(4∶1))体系中表面活性剂对气体水合物生成诱导时间的影响,运用直接观测法测定了水合物广义诱导时间,基于物质传递模型、水合物晶核生长模型及相平衡驱动力方程对实验结果进行了分析。结果表明:表面活性剂的增溶作用促使气体分子在溶液中过饱和,促进了体相-水合物晶体之间的物质传递,为气体水合物反应过程中主体分子(水)和客体分子(气体)的络合提供了驱动力;表面活性剂的自身结构特性及其水溶液的状态决定了其在超过临界胶束浓度(CMC)后胶束化,进而束缚气体分子并与水分子形成团簇,团簇的增多、胶束内空余空间的减少,使团簇互相碰撞接触的机会增多,促进了晶核形成;表面活性剂的增溶作用显著降低了被增溶物的化学势,使体系变得更加稳定,促进了水合物生成相平衡。比较表明:表面活性剂T40在促进水合物晶核生成、缩短诱导时间方面的作用显著。     

甲烷水合物储气实验研究

利用甲烷水合物储气的实验装置，对高纯度甲烷（甲烷的体积分数为99.9%)气体的水合物形成过程进行了初步的实验研究，获得了水合物形成过程的耗气速度、储气密度与水合物形成条件（压力、表面活性剂种类、水量）的关系。研究结果有利于水合物储存天然气技术的推广和应用，对实现水合物技术的开发、利用和进一步研究水合物形成动力学具有重要价值。     

"记忆效应"对瓦斯水合物生成诱导时间的影响

运用可视化水合物实验设备,进行两组不同实验体系中“记忆效应”对瓦斯水合物生成诱导时间的影响研究,利用数据采集系统得到5次实验过程的p-T参数,结合同步采集的视频资料对实验数据进行分析,结果表明:在含有水合物分解五面体环等残余结构的实验体系中,诱导时间缩短到平时的1/10~1/20.利用“记忆效应”的影响作用可以加速瓦斯水合物生长的动力学进程并改善其生成热力学条件.     

高吸水性聚合物对矿井瓦斯水合分离速率影响研究

为探究瓦斯快速水合分离新方法,利用高吸水性聚合物(SAP)饱和吸附四氢呋喃(THF)-十二烷基硫酸钠(SDS)复配溶液促进瓦斯水合物形成,通过高压可视化分离实验获得瓦斯水合过程压力-温度-时间曲线,结合水合物生长速率计算模型,确定出不同反应体系瓦斯水合物形成诱导时间和水合分离速率,分析SAP-瓦斯-水溶液体系的水合作用机理,建立了SAP促进水合物形成的机理假说模型,探讨了瓦斯与水分子在分离载体中的物质传递作用.结果表明:SAP使瓦斯气体与液体的接触面积由7.065cm2增到79.240cm2,提高了甲烷分子进入接触面机率;本文3组添加SAP的实验体系,其瓦斯水合物形成诱导时间较空白实验分别缩短了9,10和3min,瓦斯水合分离速率较空白实验分别提高了0.56,0.53和1.42cm3/min.     

促进水合物生成传质过程实验研究

研究在纯水(静态)、纯水(搅拌)、三种表面活性剂溶液(静态)和表面活性剂溶液(搅拌)体系下,水合物生成速率及储气量变化,并从传质角度进行理论分析。结果表明,纯水搅拌体系可有效提高水合物生成速率,但相比静态及搅拌表面活性剂溶液体系,对储气量改善不明显;表面活性剂能够促进水合物生成,这与其双亲性及能在金属表面发生吸附有关,随着表面活性剂HLB值增大,水合物生成速率提高,储气量降低;在表面活性剂溶液中添加搅拌可进一步提高水合物生成速率。     

天然气水合物形成条件与生长过程研究

测量并计算了合成天然气水合物的形成条件,结果表明,温度越高,水合物相平衡压力越高,而且压力的增加率越大．在水合物相平衡测量基础上利用水合物形成实验装置,在定压条件下对表面活性剂体系水合物的形成过程和水合物的储气质量进行了实验研究,实验结果表明,活性剂对水合物的形成具有显著的促进作用,提高了水合物的储气密度．在3．86MPa、274．05K条件下,天然气水合物的储气量达159．     

碳酸钙和SDS协同体系对甲烷水合物生成影响的特性研究

天然气水合物的储量决定其潜在的商业开发价值。结合海底沉积物成分及海底环境，在2 ℃和6.08 MPa的条件下研究碳酸钙作为多孔介质与十二烷基硫酸钠（SDS）的协同体系对甲烷水合物生成情况的影响，并对其进行机理分析。结果表明，二者协同体系的储气效果和储气速率均优于纯SDS溶液。碳酸钙的粒径变化会改变水合物的生成量和储气效果，其中1 mm碳酸钙的储气效果最优。协同体系极大地缩短了水合物的诱导期，加快了水合物成核速率。协同体系的促进效果体现在SDS的促进效果和碳酸钙表面特性和粒径改变的促进效果及吸附特性，打破了SDS的胶束作用和水合物的“固封”效应，增大了水合物在异相非均质环境中的生成速率，进而促进水合物的生成。因此，多孔介质与表面活性剂的协同体系可以明显地改善水合物生成速率和储气效果，为水合物快速生成技术提供了理论依据和研究方向。     

干水对瓦斯混合气水合分离动力学影响研究

利用正交实验法研究了干水中NaCl质量分数、气相疏水性二氧化硅质量分数、原料气摩尔分数配比对瓦斯混合气水合分离动力学的影响,结合瓦斯水合物生长速率计算模型,确定出不同反应体系瓦斯水合物形成诱导时间和生长速率.运用极差法和方差法对实验结果进行分析,结果表明:以诱导时间为目标参数,影响因素干水中NaCl质量分数、气相疏水性二氧化硅质量分数、原料气摩尔分数配比的极差值分别为17,5,9;以生长速率为目标参数,上述3个影响因素极差值为1.33,0.26,0.37;研究发现干水中NaCl质量分数是影响瓦斯水合分离动力学的关键因素;干水中NaCl质量分数为2%、气相疏水性二氧化硅质量分数5%、原料气摩尔分数配比G3工艺条件下,瓦斯水合物形成诱导时间最短,水合物生长速率最快.     

表面活性剂促进乙烯水合物的实验研究

选取绿色、 环保的生物型表面活性剂辛基葡糖苷作为乙烯水合物的生成促进剂进行实验研究, 并简 要探究了其促进机理。首先考察了辛基葡糖苷对乙烯水合物生成条件的影响; 其次考察了辛基葡糖苷对乙烯水合 物生成速率及储气量的影响; 最后利用 H y s y s考察了相平衡条件下乙烯的溶解性。结果表明, 与去离子水体系相 比, 辛基葡糖苷的加入在热力学上对乙烯水合物的影响不大; 在动力学上可显著降低乙烯水合物诱导时间, 生成速 率提升在3倍以上, 储气量的提升在5 0%左右, 其中2 8 3. 1 5K、 2. 2 0MP a下储气量达1 6 4. 7 1, 接近理论储气量; 相平 衡条件下, 乙烯在辛基葡糖苷溶液中的溶解量显著高于去离子水体系, 但远低于水合反应的消耗量。     

THF对低浓度瓦斯水合化分离热力学条件促进作用

利用可视化分离实验装置,测定了3种浓度(1,0.1和0.01 mol/L)四氢呋喃(THF)溶液中低浓度瓦斯水合化分离热力学参数,色谱分析了分离产物中CH4提纯浓度.对CH4-N2-O2-H2O体系水合物生成相平衡参数Chen-Guo模型计算值和本文实验值进行比较.结果表明:THF的添加有效改善了水合物形成热力学条件,例如17.70℃时,添加促进剂THF后水合物生成压力值降低了7.973 MPa;不同浓度THF溶液对瓦斯水合化分离熟力学条件的改善效果不同,所研究的3个浓度体系中,1 mol/L浓度的THF溶液促进效果最好.     

Effect of surfactant Tween on induction time of gas hydrate formation

Acceleration of gas hydrate formation is important in preventing coal and gas outbursts and is based on a hydration mechanism. It becomes therefore necessary to investigate the effect of surfactants, acting as accelerants for hydrate formation, on induction time. We experimented with three types of a Tween solution with equal concentrations of 0.001 mol/L (T40, T40/T80 (1:1), T40/T80 (4:1)). By means of visual experimental equipment, developed by us, we measured generalized induction time using a Direct Observation Method. The experimental data were analyzed combined with a mass transfer model and a hydrate crystal nuclei growth model. Our major conclusions are as follows: 1) solubilization of surfactants produces supersaturated gas molecules, which promotes the mass transfer from a bulk phase to hydrates and provides the driving force for the complexation between host molecules (water) and guest molecules in a gas hydrate formation process; 2) when the solution of the surfactant concentration exceeds the critical micelle concentration (CMC), the surfactant in an aqueous solution will transform to micelles. Most of the gas molecules are bound to form clusters with water molecules, which promotes the formation of crystal nuclei of gas hydrates; 3) the surfactant T40 proved to have more notable effects on the promotion of crystal nuclei formation and on shortening the induction time, compared with T40/T80 (1:1) and T40/T80 (4:1).     

LAD⁃40对甲烷水合物生成影响研究

甲烷水合物可以作为载体储存、运输天然气,但在自然条件下生成缓慢,需要提高甲烷水合物的生成速率。为此,考察了双性表面活性剂LAD⁃40（月桂酰两性基二乙酸二钠）质量分数（10～500 μg/g）对甲烷水合物生成的影响。结果表明,在压力一定的条件下,LAD⁃40质量分数为0～500 μg/g时,甲烷水合物成核温度变化微小,LAD⁃40未改善甲烷水合物生成热力学条件;LAD⁃40增大了气液接触面积,缩短了成核诱导时间,随着LAD⁃40质量分数的增加,甲烷水合物生成速率线性增加,而气体消耗量变化不大,但与纯水条件下的气体消耗量相比提高显著。     

油基体系下天然气水合物浆液流动实验研究

在多相流管输体系下,水合物浆液在流动过程中会遇到崎岖不平的地形地貌,此时采用倾斜管道显得尤为重要。因此,研究了天然气水合物浆液在倾斜管内的流动特性对堵塞管路的影响。在低温高压可视水合物实验环路上,开展了油基体系下油＋天然气的水合物堵管实验,探究了初始压力、初始流量等因素对天然气水合物浆液流动和堵管时间的影响。同时,利用实时在线颗粒测试仪,对水合物生成、流动及堵管过程中水合物颗粒的微观变化进行了分析。结果表明,随着初始压力增大,天然气水合物的诱导时间、生成时间和浆液流动时间均缩短,天然气水合物堵管趋势增大;随着初始流量增大,天然气水合物的诱导时间、生成时间和浆液流动时间均延长,天然气水合物堵管趋势减小。对水合物生成至堵管的过程以及堵塞机理进行了分析。对油基体系下天然气水合物堵塞管路的研究结果表明,在油基体系下可以通过减小初始压力、增大初始流量来有效地减小天然气水合物堵塞管路的概率。研究结果可为维持和保证天然气水合物在管道中的安全流动提供理论参考及依据。     

含表面活性剂的水合反应液表面张力的测定

为了明确阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、中性表面活性剂聚氧乙烯一聚氧丙烯一聚氧乙烯（P123）对气体水合物反应液表面张力影响规律,利用德国KRUSS公司生产的界面张力仪KII测定了其表面张力,考察了浓度、温度对水合反应液表面张力的影响,分析了影响机理。实验结果表明：3种表面活性剂均能降低气体水合物反应液表面张力,CTAB、P123、SDBS的CMC分别为300、500、700mg／kg。测试数据表明,CTAB（300mg／kg）降低水合反应液表面张力效果最优,表面张力的降幅最高达79％。实验结果为表面活性剂优选提供了科学依据。     

MgSO4与表面活性剂复配对水合物生成的影响

在自然条件下,天然气水合物多存在于海洋环境中.因此,研究盐水条件下水合物的形成及其基本性质很有必要.研究了低浓度的MgSO4与十二烷基硫酸钠(SDS)、烷基糖苷(APG)、十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)等不同表面活性剂复配对水合物生成的影响.在275.15 K、6 MPa的环境下,考察了水合物形成过程中压力和温度随时...