甲烷-四氢呋喃-水体系水合物生成动力学的实验和模型化研究

研究了透明鼓泡塔中含促进剂四氢呋喃（THF）体系中甲烷水合物的生成动力学.分别考察了进气速率、温度、压力、水合物体积分数对甲烷消耗速率的影响.根据Chen-Guo水合物生成机理,采用基础水合物生成反应的量纲1 Gibbs自由焓变-ΔG/RT作为反应的推动力,建立了水合物生成动力学模型,模型中考虑了体系温度、压力和气液接触比表面积的影响.把模型应用于甲烷气体消耗速率的计算,其模型预算结果与实验数据吻合良好,实验结果和反应动力学模型将有助于工业水合反应器的设计和操作条件的设定.     

介观尺度下甲烷水合物合成特性研究

为研究介观尺度下甲烷水合物的生成速率及储气量等特性,选用介孔分子筛SBA-15为多孔介质,并添加热力学促进剂THF、TBAB和表面活性剂SDS以提高水合反应速率。水合物生成实验在定容恒温条件下进行,压力选取2. 0 MPa和1. 8MPa,温度选取282. 15 K和279. 15 K。实验结果表明,在添加剂的共同作用下,介观尺度下水合物合成速率得到显著提高;反应过程中温度波动较小,最大为0. 6 K,表明其具有良好的传热性;在水合物储气量方面,实验中最大储气量达到45. 826 mmol(10 m L水),降温、增压能够提高水合物储气量;同时高压和低温能够有效地提高介观尺度下水合反应速率,最高生成速率达到2. 335 mmol/min;在促进水合物生成、提高水合物储气能力、加快水合物反应速率方面THF均优于TBAB。     

基于凝胶干水的水合物储甲烷实验研究

利用搅拌器通过高速剪切的方法制备了疏水性气相二氧化硅(HB-630):结冷胶:水的质量比为1:2:17的凝胶干水,用显微镜观察了其微观形貌,并用高压水合物反应装置对其进行了储甲烷实验研究。显微观察发现,凝胶干水粒径范围为10～150(?)m。储甲烷实验表明,在压力为7.98 MPa、温度为0.8℃左右甲烷能在6 min内与凝胶干水作用快速生成水合物,并且2 h内储甲烷量达到100(V/V),大大提高了水合物储甲烷速率和短时间内的储气量。通过5次循环储甲烷实验发现,凝胶干水储甲烷量随着循环次数的增加而降低。     

注乙二醇溶液分解甲烷水合物的实验研究

在甲烷水合物一维分解模拟系统上,进行了模拟注乙二醇溶液分解甲烷水合物的实验研究。使用甲烷气体与纯水在一定温度、压力条件下,在沉积物中合成水合物。通过以不同速率注入不同浓度的乙二醇溶液,研究了化学法分解水合物过程中甲烷气体和水生产规律。实验结果表明,水合物分解产出甲烷气体的过程主要分为4个阶段：初始注入段、化学剂稀释段、水合物分解段和残余气体产出段。整个分解过程中,水的生产速率几乎保持恒定。通过对实验结果的能量分析表明,本实验条件下分解综合效率在0.20～0.88之间,并且受注入速率和化学剂浓度影响。在恒定注入速率条件下,分解效率在化学剂质量分数为60%时达到最大值。     

鼓泡器中环戊烷-甲烷-盐水体系水合物的生成动力学

采用鼓泡装置研究了盐水体系中环戊烷（CP）-甲烷水合物的生成动力学,分别考察了进气速率、温度、压力对水合物生成速率和进气速率对气体转化率的影响。结果显示,提高进气速率、压力,降低温度均可提高水合物生成速率。但进气速率对气体转化率有影响,进气速率过大,单位时间内进入到反应器内的气体过多,气体还未参与反应便被排出,导致气体转化率反而减小。通过观察到的实验现象,分析环戊烷-甲烷水合物的生成过程,认为水合物晶体首先在环戊烷-水界面生成,并逐步向内部气相生长,最后水合物壳破裂,气泡逸出。水合物逐渐生长成粒状,并不断聚集在一起。     

甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程

利用恒压预冷法研究了不同反应物量(30.0,100.0g)、不同压力(2.50,3.50,4.50 MPa)、温度为6℃时无搅拌甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程.实验结果表明,水合物在此体系中的生成形态为浆状;CH4水合反应速率随压力升高而增大;当初始反应物量较少(30.0g)时,甲烷储气量(标准状态下水合物中甲烷与初始反应物的体积比)随压力升高而增大不明显(3.50 MPa时为3.0 mL/mL,4.50 MPa时为3.1 mL/mL),当初始反应物量较多(100.0g)时,甲烷储气量随压力升高反而降低(由2.50 MPa时的5.4 mL/mL变为4.50 MPa时的0.9 mL/mL);反应过程中可能同时生成了纯叔丁胺结构的Ⅵ型和甲烷/叔丁胺结构的Ⅱ型两种水合物,且Ⅵ型与Ⅱ型量比在反应后期比前期大;甲烷与浓度为9.3%(mol)的叔丁胺溶液生成的水合物中甲烷储气量较低(最高5.4 mL/mL).通过分析甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程,认为其可能包括反应分子接触聚集、水合物骨架形成和水合物晶体增长等3个步骤.     

热力法开采天然气水合物的模拟实验研究

在天然气水合物一维开采模拟系统上进行了模拟热力法开采天然气水合物的实验研究. 使用甲烷气体与NaCl溶液在一定温度和压力条件下形成水合物. 通过以不同速率注入不同温度的热水,研究了热力法开采水合物过程中含水合物沉积物的温度分布以及甲烷气体、水生产规律. 结果表明,在整个分解过程中,气体生产速率随时间增加而增加,直到达到最大值后开始下降,而水生产的速率几乎保持恒定. 通过对实验结果的能量分析表明,热力开采的能量效率在0.38~2.59之间. 注入热水的温度、速率以及沉积物中水合物的饱和度对热力法开采水合物的能量效率有重要影响.     

流动状态对甲烷水合物生成速率影响的研究

为了研究流动状态对甲烷在油包水乳液中降压形成水合物过程的影响,在温度为273.35 K,初始压力为6.80 MPa的条件下,进行了一系列不同搅拌速度下甲烷水合物的生成实验。实验结果表明,各组反应的水合物初始形成压力基本一致,诱导时间的长短无规律性。随着搅拌转速的增大,甲烷气体的吸收速度和水合物的生成速度均随之增大。但到达700 r/min后,搅拌转速的继续增加对吸收和水合过程的影响作用并不明显。     

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。     

撞击流反应器内快速生成甲烷水合物

为了快速制备甲烷水合物以利于天然气水合物法储运,在自行搭建的液相连续撞击流反应器内考察了纯水和纯水+十二烷基硫酸钠(SDS)2种体系中撞击强度、反应器内温度、初始压力对甲烷水合物快速生成的影响.实验结果表明:2种体系内撞击强度的增加可明显加快甲烷水合物的生成,在撞击强度为0.38、反应的前30 min,水合速率达到最大...     

高含水油包水乳液的水合物储气性能研究

油包水乳液是近年来新兴的一种水合强化材料,具有良好的水合储气潜力,但是为了保证乳液的稳定性,通常所用的油包水乳液含水量不超过50%。然而水合物的储气量与水含量密切相关,因此高含水的油包水乳液更具有应用前景。对含水量超过50%的油包水乳液进行了水合物的储甲烷研究,考察了乳化剂用量、初始压力及搅拌速率对储气性能的影响,最后考察了乳液的循环储气能力。结果表明：含水量超过55%后,含水量的增加会造成乳液液滴的增大,储气量的降低。乳液含水量为55%,复合乳化剂Span80 / Tween80（m_Tween80∶m_Span80=0.783∶1）用量5%（质量）（以水量为基准）的乳液最适合水合储气;初始压力的增加有利于水合储气性能的提高,但压力过高会造成水合物壳的快速形成,从而降低整体储气能力;适宜的搅拌速率有利于水合物的生成,过快或过慢都会引起水合速率的下降。本实验中最佳的乳液水合储气条件为：温度274.15 K、反应釜中气水体积比10∶1、甲烷初始压力6 MPa、搅拌速率700 r/min,在此条件下,储气量可达141.42 L 气/L 水。在此条件下进行循环储气实验证明该乳液具有良好的循环利用性,四次循环中储气量均在130 L 气/L 水以上。研究结果可为天然气储运以及含烃混合气分离提供技术参考。     

水合物法分离低浓度煤层气中的甲烷

向模拟煤层气(13.11vol% CH4+86.89vol% N2)中添加5.8mol%四氢呋喃(THF)?0.03mol%十二烷基硫酸钠(SDS)促进剂溶液分离提纯煤层气,考察了压力、温度、反应时间对气体消耗量、反应速率、分解气中甲烷浓度、甲烷回收率和甲烷分离因子的影响,采用色谱分析法分别测定了CH4在剩余气相和分解气相中的浓度。结果表明,压力增加,CH4回收率增大,CH4分离因子增大,CH4分离效果越好;温度是影响甲烷分离因子的关键因素,温度降低,氮气和甲烷竞争进入水合物晶体中,导致水合物相中甲烷浓度降低;温度升高有利于提高水合物对甲烷的选择性。甲烷回收效率最高可达98.65%,分离因子最大为14.83。随反应时间增加,分解气中CH4浓度升高。     

纳米SiO2反相泡沫法固化天然气技术研究

天然气水合物（NGH）是天然气与水在低温高压条件下形成的笼形物,亦称可燃冰。本文根据天然气水合物的生成机制,在实验室模拟天然气水合物的生成环境。实验主要通过将95％的水与5％的纳米SiO：制成泡沫,并在1．3℃条件下,将纯度为99．9999％的天然气充人到装有泡沫的密闭反应釜中,观察反应釜中压力的变化情况,并探究不同的充气压力对储气密度的影响。     

A型分子筛对甲烷水合物生成的影响

The porous medium has an important effect on hydrate formation. In this paper, the formation process and the gas storage capacity of the methane hydrate were investigated with A-type zeolite and Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) existing in the system. The results show that A-type zeolite can influence methane hydrate formation. At the temperature of 273.5 K and pressure of 8.3 MPa, the distilled water with A-type zeolite can form methane hydrate with gaseous methane in 12 hours. The formation process of the system with A-type zeolite was quite steady and the amount of A-type zeolite can influence the gas storage capacity significantly. The adding of A-type zeolite with 0.067 g•(g water)－1 into 2×10－3 g•g－1 SDS-water solution can increase the gas storage capacity, and the maxi-mum increase rate was 31%. Simultaneously the promotion effect on hydrate formation of 3A-type zeolite is much more obvious than that of 5A-type zeolite when the water adding amounts are 0.033 g•g－1 and 0.067 g•g－1 at the experimental conditions.     

Dissociation characteristics of methane hydrate using depressurization combined with thermal stimulation

Methane hydrate is considered as a potential energy source in the future due to its abundant reserves and high energy density. To investigate the influence of initial hydrate saturation, production pressure, and the temperature of thermal stimulation on gas production rate and cumulative gas production percentage, we conducted the methane hydrate dissociation experiments using depressurization, thermal stimulation and a combination of two methods in this study. It is found that when the gas production pressures are the same, the higher the hydrate initial saturation, the greater change in hydrate reservoir temperature. Therefore, it is easier to appear the phenomenon of icing and hydrate reformation when the hydrate saturation is higher. For example, the reservoir temperature dropped to below zero in depressurization process when the hydrate saturation was about 37%. However, the same phenomenon didn't appear as the saturation was about 12%. This may be due to more free gas in the reservoir with hydrate saturated of 37%. We also find that the temperature variation of reservoir can be reduced effectively by combination of depressurization and thermal stimulation method. And the average gas production rate is highest with combined method in the experiments. When the pressure of gas production is 2 MPa, compared with depressurization, the average of gas production can increase 54% when the combined method is used. The efficiency of gas production is very low when thermal stimulation was used alone. When the temperature of thermal stimulation is 11 °C, the average rate of gas production in the experiment of thermal stimulation is less than 1/3 of that in the experiment of the combined method.     

泡沫铜强化甲烷水合物生成动力学实验研究

提高水合物生成速率和储气密度对天然气水合物技术应用非常重要。将三种孔密度的泡沫铜（CF）分别浸入十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中构建水合储气强化体系,在高压静态反应釜中研究泡沫金属对甲烷水合物生成动力学特性。实验结果表明,泡沫铜骨架能为水合物生成提供充足的结晶点,同时可作为水合物生长过程水合热迁移的“高速公路”。甲烷水合物在SDS/CF体系中可快速生成,最大水合储气速率分布在19.24~21.04 mmol·mol^-1·min^-1之间,其中添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量最高（139 mmol·mol^-1）,且达到最大储气量90%所用时间最短（10.1 min）。在6.0~8.0 MPa压力下,相比SDS溶液,添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量提高了8.8%~35.6%,储气速率提高了4.7%~40.4%;特别在压力为5.0 MPa时,该孔密度SDS/CF体系储气量甚至比SDS溶液增加13倍,储气速率增加16倍。     

甲烷水合物分解实验

在体积10 L的静态反应器中研究了水合物分解动力学,考察了储存温度和水合物量等因素对水合物分解的影响。实验结果表明,水合物在273.15 K以下时存在一种异常的自我保护效应,其在268.05 K时分解速度最慢;而水合物的储运压力与储罐中的水合物量有关,当储罐容积一定时,分解压力随着储罐中水合物量的增加而增加,但水合物的分解百分比随着水合物量的增加而减少;最后提出了在一定压力下储运水合物的方法。以期为水合物法固态储存气体技术的工业化应用提供实验数据和理论依据。     

Enhance hydrates formation with stainless steel fiber for high capacity methane storage

In order to realize efficient gas storage of hydrate, stainless steel fiber (SSF) was added to 0.03% (mass) sodium dodecyl sulfate (SDS) solution for gas storage experiment. SSF can not only improve the problem that hydration heat cannot be removed effectively in the hydration process, but also improve gas storage speed and gas storage by increasing hydrate nucleation sites. Under the experimental conditions (273.2 K, 5-9 MPa), the peaks of temperature rise in SDS + SSF systems were found to become much smaller than those in SDS systems. The maximum gas storage rate and the maximum methane uptake of SSF + SDS system reached 9.89-24.90 cm³·g^-1·min^-1 and 178.65-200.89 cm³·(g H₂O)^-1, respectively. Compared with the surfactant SDS solution without SSF, they increased by 10.47%-33.22% and 9.16%-25.36%, respectively. The effect of SSF length on gas storage performance was studied. Due to the continuous thermal conduction network, longer SSF showed a higher gas storage capacity and methane uptake rate compared with shorter SSF. At the same time, compared with other metal fillers, SSF + SDS not only had excellent gas storage performance, but also the amount of SSF (0.1 g·ml^-1) was only 7.6% of foamed aluminum, and the volume gas storage density was increased by 145.4%. The use of stainless steel fiber made the best use of the thermal conductivity of metal, reduced the amount of metal used, and improved the volume density and mass density of gas storage.     

煤层气水合物定容生成实验研究

为了有效利用与回收直接排放的大量抽放瓦斯,提出了利用水合物技术处理与储运的新方法,根据气体成分确立了水合物生成的温度与压力条件,通过对气体进行初始压力为9.5 MPa的定容法实验,研究了含表面活性剂下水合物生成过程中温度-压力与CH4转化率的变化规律。实验结果表明,水合反应的进行应保持一定的反应驱动力,根据不同温度下反应驱动力进而确定最佳反应条件,同时反应过程中CH4能被有效提取,但要进行高效生产,应进行多级水合分离技术以提高产率。