二氧化碳水合物促进剂的研究进展

综述了二氧化碳水合物促进剂的种类、促进效果的评价方法、研究现状以及促进机理等,并对其未来研究提出了建议。     

添加剂对二氧化碳水合物形成的影响研究进展

本文介绍了二氧化碳水合物的基本特性,根据二氧化碳水合物的形成机理,提出了几种促进二氧化碳水合物形成的方法。具体分析了不同添加剂对二氧化碳水合物形成过程的影响,阐述了一些添加剂在缩短诱导时间、提高生成速率、降低相平衡条件中取得的研究成果。     

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。     

气体水合物高效生成、分离与储存一体化技术研究

基于水合物的固体天然气(solidified natural gas, SNG)技术为天然气储存提供了一种新型、高效途径,但水合物的高压生成环境限制了其分离与储存,进而制约了水合物的连续制备,而强化水合物的生长动力学,实现水合物高效生成、分离与储存是该技术应用的关键。提出了一种新型螺旋搅拌反应装置,实现了水合物生成、分离与储存一体化,并通过乳液聚合法制备了—SO₃^-@PSNS与—COO^-@PSNS两种纳米促进剂,强化了后期水合物生长动力学,进而实现了水合物高效制备。研究表明,在较温和条件下(5 MPa,275.15 K,30 r/min),纳米促进剂与螺旋搅拌协同作用大幅强化了水合效率,在—SO₃^-@PSNS与—COO^-@PSNS体系,水合物诱导时间分别为1.59和6.48 min,水合物储气量高达128.38 m³/m³,且与—COO^-@PSNS相比,—SO₃     

促进剂体系中二氧化碳水合物常压分解

目前,水合物法捕获二氧化碳时,都会添加不同的形成促进剂。而这些促进剂对后期二氧化碳水合物运输条件、封存条件的影响还未可知,因此本文对比研究了纯冰粉体系、单一促进剂体系和复配体系中CO₂水合物的稳定性,促进剂分别选用0.24g/L十二烷基酸钠（SDS）、0.288g/L四丁基溴化铵（TBAB）、5g/L纳米石墨（GN）及0.33g/L NaCl 4种促进剂。在常压、274.65K条件下利用定压分解方法研究不同体系中CO₂水合物的分解动力学特性。结果表明：单一促进剂体系中CO₂水合物的稳定性由强到弱的顺序为SDS>TBAB>GN≈纯冰粉>NaCl,并且SDS能够延长CO₂水合物分解时间,其平均分解速率相对于纯冰粉体系分别减少了29.6%、15.8%及18.5% 。在复配促进剂体系中TBAB+NaCl中水合物稳定性最强,TBAB占主导作用,NaCl＋GN中水合物稳定性最弱,NaCl占主导作用。此外文章还分析了促进剂体系中CO₂水合物稳定性提高的作用机理,主要与促进剂本身的性质有关。     

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。     

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。     

笼型水合物膜分离和捕获二氧化碳研究进展

开发一种低碳、高效的分离和捕获二氧化碳方法一直是缓解温室效应的关键技术。本文首先比较了现有的5种碳捕获技术,发现相较于化学吸收、深冷分离和变压吸附,水合物法和膜分离技术具有绿色环保、操作简单的优势。随后,本文以水合物法为切入点,阐述了其分离机理和强化手段。为进一步研究更加有效的新技术,通过利用水合物法的技术优势,结合膜分离的结构,提出一种更加具有发展潜力的水合物膜分离技术。然后,根据水合物膜的成膜方式将水合物膜技术分为第一、二、三代,并重点分析了每代水合物膜技术的改进手段。最后指出未来第三代水合物膜分离技术应从以下3个方面寻求突破与创新:探索合适膜载体材料;寻找合适的添加剂;优化温度、压力、流速水合分离条件。     

水合物法储存乙烯实验研究

提出了以水合物法储运乙烯,选用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)作为乙烯水合物的生成促进剂进行实验研究,考察了SDS对乙烯水合物生成的促进作用以及乙烯水合物在低温下的热稳定性。结果表明:SDS对乙烯水合物的生成速率和储气密度都有较大提高,对其促进原因进行了初步分析;实验测定乙烯水合物在263～269K的分解平衡压力范围是0.244～0.460MPa,在263～271K进行常压分解时,其分解率随温度升高而升高,在温度低于267K时,乙烯水合物的平衡分解率将降到23.7％以下,其中263K的分解率为5.6％。     

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。     

Prediction of carbon dioxide gas hydrate formation conditions in aqueous electrolyte solutions

A methodology for predicting the incipient equilibrium conditions for carbon dioxide gas hydrates in the presence of electrolytes such as NaCl, KCl and CaCl₂ is presented. The method utilizes the statistical thermodynamics model of van der Waals and Platteeuw (1959) to describe the solid hydrate phase. Three different models were examined for the representation of the liquid phase: Chen and Evans (1986), Zuo and Guo (1991), and Aasberg-Petersen et al. (1991). It was found that the model of Zuo and Guo (1991) gave the best results for predicting incipient CO₂ gas hydrate conditions in aqueous single salt solutions. The model was then extended for prediction of CO₂ gas hydrates in mixed salts solutions. The predictions agree very well with experimental data.     

煤焦二氧化碳气化反应活性影响因素研究现状

煤二氧化碳气化反应是一种煤清洁利用的手段,其关键是提高反应活性。综述了原煤性质、热解过程、反应温度与压力、催化剂,以及二氧化碳气速、煤焦的粒度等因素对反应活性的影响,并对煤焦气化技术进行了展望。     

水合物存在条件下CH_4和CO_2在溶液中溶解度计算

实验测定了在不同温度、压力条件下,水合物存在时CO2和CH4在水溶液中的溶解度。将Chen-Guo水合物模型和拓展的P-T状态方程应用到水合物存在条件下CH4和CO2在溶液中的溶解度计算,对于V-Lw-H三相条件下CH4和CO2在液相中的溶解度取得了较高的计算精度。本文将vander Waals-Platteeuw模型和拓展的P-T状态方程结合,建立了用于计算高于三相平衡压力条件下CH4和CO2在液相中溶解度的模型。考察了系统压力对CH4和CO2在液相中溶解度的影响。结果表明,压力增加会显著影响CH4和CO2在其溶液中的溶解度。模型基于两点假设经过改进后具有较高的计算精度,能够用于水合物存在条件下CH4和CO2在液相中溶解度的计算。     

季铵盐类化合物水合分离烟道气中CO2的实验研究

利用季铵盐类化合物[四丁基溴化铵（TBAB）、四丁基氟化铵（TBAF）]作为热力学促进剂对CO₂（9.06%,摩尔分数）+N₂（90.94%,摩尔分数）混合气体进行水合分离实验。结果表明：在279.15 K、2.0 MPa下,0.293% TBAF溶液中,CO₂能够在水合物相中富集到37.73%（摩尔分数）,分离因子13.23,回收率28.44%。TBAF对CO₂的富集程度和分离效果要优于TBAB。同时将实验结果与文献中季铵盐类化合物以及同样实验条件下四氢呋喃（THF）水合分离实验结果进行比较,发现本实验的分离效果要低于文献中CO₂-N₂-TBAB体系,分离因子高于同样实验条件下CO₂-N₂-THF体系,但回收率低于CO₂-N₂-THF体系。     

间歇流下二氧化碳水合物生成形态与堵塞机理

为明确二氧化碳水合物在间歇流条件下的生成形态与堵塞机理,采用高压可视实验环路进行了气团流及段塞流体系下的二氧化碳水合物的生成实验,分析了气团流与段塞流下二氧化碳水合物生成及堵塞形态图像。结果表明：气团流下水合物主要生成位置为管道顶部,以持续增长的水合物层的形式逐步减小环路流通面积,最终导致堵塞;段塞流下水合物在液相及管道顶部均有大量生成,但受制于大流量的冲刷,顶部水合物层无法长期存在,破碎落入液相主体中,导致液相主体黏度上升,流动阻力增大,流速下降,进而为液相中絮状水合物的并聚成块提供条件,液相中水合物的不断聚集是段塞流下水合物堵管的主要原因。此外,段塞流下生成的中空水合物球体是一种特殊的水合物形态,这类水合物多形成于液塞区与液膜区交界处。由于其内包裹着气体,故而会浮于液相空间上部,也会受扰动而破碎成片状水合物,但都无法在顶部空间聚集紧实形成致密水合层。     

Extraction of methane hydrate energy by carbon dioxide injection-key challenges and a paradigm shift

Significant effort including field work has been devoted to develop a natural gas extraction technology from natural gas hydrate reservoirs through the injection of carbon dioxide. Natural gas hydrate is practically methane hydrate. The hypothesis is that carbon dioxide will be stored as hydrate owing to its favorable stability conditions compared to methane hydrate. Although the dynamics of the CO₂/CH₄ exchange process are not entirely understood it is established that the exchange process is feasible. The extent is limited but even if the CH₄ recovery is optimized there is a need for a CH₄/CO₂ separation plant to enable a complete cyclic sequence of CO₂ capture, injection and CH₄ recovery. In this paper we propose an alternative paradigm to the Inject (CO₂)/Exchange with (CH₄)/Recover (CH₄) one namely Recover (CH₄) first and then Inject (CO₂) for Storage.     

CO与CO2甲烷化反应研究进展

介绍了甲烷化反应的催化剂,尤其是Ni基催化剂的研究进展,综述了助剂、载体以及制备方法对甲烷化催化剂催化性能的影响,不同催化剂上CO和CO2甲烷化反应过程的机理。