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。     

CO2-N2-TBAB和CO2-N2-THF体系的水合物平衡生成条件

利用等温压力搜索法测定了CO2-N2-TBAB与CO2-N2-THF体系的水合物平衡生成压力. 实验的压力范围为0.69~14.55 MPa,温度范围为275.75~288.15 K. 结果表明,TBAB与THF均可作为添加剂有效降低气体水合物的平衡生成压力. 在较低的药剂浓度下,CO2-N2-TBAB的水合物平衡生成压力低于CO2-N2-THF体系. 在较高的浓度下,两种体系的水合物平衡生成压力没有明显差别.     

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。     

温度对多孔介质中甲烷水合物生成过程的影响

采用自行设计的实验装置,分别进行了0℃以上(274.7 K)、0℃附近(272.8±0.5 K)和0℃以下(267.4 K)3种不同温度下,在20～40日石英砂中甲烷水合物的生成实验.结果表明甲烷水合物在0℃以上生成比较快;在0℃附近储气量大,水合物在整个砂层中的分布比较均匀.针对实验结果,本文提出了水合物在三种不同温度下的生成机理.     

多孔介质下水合物形成实验研究

为了研究在石英砂和粉末状碳酸钙体系下天然气水合物的形成情况,利用KDSD-Ⅲ型水合物生成实验装置在初始压力6 MPa、温度275.15 K条件下,研究了2种体系下天然气水合物的形成问题.结果 表明:对于石英砂体系,石英砂粒径越大,水合物储气密度越高;对于粉末状碳酸钙体系,相比于纯水溶液,水合物形成速率较快,但是水合物储...     

天然烟浸滤液水合物法储甲烷动力学研究

水合物法储存天然气被公认为是一种极具潜力的高效储气技术。如何加速水合物生成,又能保证水合促进材料绿色环保,是水合固气技术实用化的关键。本文利用天然烟丝和烟末浸泡滤液在8.0 MPa和274.2 K的实验条件下进行静态水合储甲烷实验,研究甲烷水合物在烟滤液中的生成动力学特性。实验结果表明,水-烟质量比(液固比)为5～100的滤液与表面活性剂溶液性质相似,其表面张力比纯水下降36.7%～47.5%,甲烷水合物在该天然活性溶液中能快速生成。烟丝滤液中活性物含量明显低于烟末滤液,低液固比时,烟丝溶液有更高的水合储气量和储气速率;高液固比时,烟末滤液则表现出更优的水合储气性能,尤其在液固比为50时,烟末滤液中水合物储气量高达118.5 mmol·mol^-1,储气速率达2.98 mmol·mol^-1·min^-1。     

干水固化甲烷过程及反应特性研究

利用天然气水合物合成实验系统,采用5%纳米SiO2与纯净水配制的干水和纯甲烷为原料,获得了水合物生成过程中温度、压力、反应速率以及最终的储气密度之间的关系。通过以温度和压力值作为变量进行实验结果表明：在高压条件下,反应温度接近0℃,反应的速率较快,生成的水合物中甲烷含量也较高。在低温条件下,压力接近8 MPa时,干水固化甲烷效果较好。     

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-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.     

丁二酸二异辛酯磺酸钠对甲烷水合物生长动力学特性的影响

通过改变添加量（600mg/L、900mg/L、1200mg/L）、过冷度（3.5℃、5.5℃、7.5℃）以及压力（4.90MPa、6.0MPa、7.31MPa）的方式,考察了在静态体系下绿色促进剂丁二酸二异辛酯磺酸钠（AOT）对甲烷水合物生长动力学特性的影响。实验结果表明,3种浓度下AOT均能够有效缩短诱导时间,并且浓度越大,诱导时间越小（1200mg/L时为0.21h）,但储气量随着添加量的增加,先增大后减小,最终确定最佳添加量为900mg/L,水合物储气量为55.76m³/m³;另外,过冷度越大,实验压力越高,水合物成核速度越快,诱导时间越短,耗气速率越高。当过冷度为7.5℃时,诱导时间最小为0.31h,耗气速率最大为0.275mol/h,储气量最大为63.95m³/m³;但压力过大,釜内气液界面会快速生成水合物层,阻碍水合物继续生成,导致水合物储气量减少为46.84m³/m³。所以,在静态体系下,合理选择促进剂的浓度和驱动力的大小,可显著促进水合物生成。     

饱和溶液对天然气水合物影响的实验研究

水合物生成速度及储气量严重制约着天然气以水合物形式储运的发展。为提高其生成速度及储气量,采用饱和溶液提供晶种代替水合物晶核自发形成的方式,研究了不同饱和度CuSO_4溶液、MgSO_4溶液及去离子水在8.45MPa,温度分别为3,5,8℃条件下对天然气水合物生成速度及储气量的影响。由结果可知:饱和溶液可以促进天然气水合物生成。相同实验条件下,CuSO_4饱和溶液生成水合物的储气量是去离子水的7倍,MgSO_4饱和溶液生成水合物的储气量是去离子水的7.2倍,水合物在饱和溶液中的生成速度也明显提高。饱和溶液中天然气水合物生成的初始阶段主要受饱和溶液结晶作用影响,降低温度可以改变水合物的平衡压力,影响水合物的平均生成速度,但对水合物初期的生成速度影响不大。     

13X分子筛耦合四丁基溴化铵促进剂作用下CO2/H2水合物形成动力学

水合物法捕集CO₂技术因其清洁环保、工艺简单等优点成为研究热点。但气液传热传质速度慢导致的形成速率慢、储气能力低等关键问题亟待解决。利用13X分子筛耦合四丁基溴化铵（TBAB）促进剂在279.15～280.65K、3.0～6.0MPa研究了CO₂/H₂（39.8% CO₂/60.2% H₂）水合物的形成过程的压降曲线和气体消耗量,并对比分析了TBAB浓度、压力对其促进效果的影响。实验结果表明,与采用搅拌方式的TBAB/CO₂/H₂水合物形成过程相比,13X分子筛可显著提高TBAB/CO₂/H₂水合物的压降速率和气体消耗量。在279.15K、3.0MPa,随着TBAB溶液浓度增大,CO₂/H₂水合物形成过程的气体消耗量先增大后减小;而当温压条件为280.65K、3.0MPa时,气体消耗量随耦合促进剂中TBAB浓度变化仍遵循类似规律。此外,13X分子筛耦合TBAB促进剂对CO₂/H₂水合物压降速率和气体消耗量的影响随着实验压力升高而升高。     

水合物法分离合成气实验研究

分别测定了煤气化合成气在纯水以及两种不同浓度(6%(mol)和5%(mol)的四氢呋喃(THF)水溶液中的水合物生成条件,实验结果表明THF的加入可以大大降低合成气生成水合物的压力,使合成气能够在较低的压力下通过生成水合物的方法得到分离,同时也为该分离方法应用于实际工业装置提供了可行性。研究还成功地将Chen-Guo水合物热力学模型应用到含有一氧化碳气体的水合物生成条件的预测,并对合成气在纯水中不同温度下生成水合物的压力进行了计算,与本次实验值比较,得到平均误差为8.64%,肯定了实验结果的准确性。在此基础上,选定在5%(mol)THF水溶液中,气液比为100:1,反应压力为5MPa(绝)的条件下,分别进行反应温度为279.15K、281.15K、283.15K、284.15K和285.15K的水合物法分离合成气实验,提浓其中的氢气和一氧化碳。实验结果表明,284.15K时,氢气的回收率达到79.8%,氢气和一氧化碳的总回收率为76.0%,分离后二者总的体积百分含量由原料气中的88%提高到93%,分离效果较为满意。     

TBAB对压缩式循环制备CO2水合物的相平衡影响

采用水冷压缩式CO_2水合物蓄冷实验台,研究了不同TBAB质量分数下CO_2水合物的相平衡特性,绘制出不同TBAB质量分数下压力随温度的变化曲线。经过分析发现:与纯水溶液相比,在相同的温度下,TBAB可以降低CO_2水合物的相平衡压力,且随着TBAB质量分数的增加,相平衡条件越趋向于低压高温,然而这种作用的幅度不断减小:当温度为282 K时,TBAB质量分数为5%,10%,15%的溶液相平衡压力分别相对于纯水溶液降低了2.1,2.8,2.9 MPa。以Chen-Guo模型为基础,提出了一个新的相平衡模型,这一模型考虑到了水的相变以及TBAB的添加生成半笼型水合物等因素,使其更接近本系统的水合物生成时的真实状态,改进后的水合物相平衡模型与实验数据的误差最高有8.03%,证明了此模型有一定的参考价值。     

甲烷水合物生成和分解的实验研究

利用水合物法实现对天然气的工业储运,需要提高水合物的储气量并解决水合物的分解速度问题。为此,文章研究了在十二烷基硫酸钠(SDS)体系中,甲烷水合物的储气量和在冰点以下的常压分解规律。研究发现,SDS浓度为650 mg/L时甲烷水合物储气量达到最高值,约为170 V/V。分解温度为268.2~272.2 K区域内,甲烷水合物的分解速率随温度的降低而降低;在268.2 K时,甲烷水合物分解速率最低。     

低温常压条件下水合物法储存甲烷的实验研究

利用水合物法实现对天然气的工业储运,需要提高水合物的储气量并解决水合物的分解速度问题。为此,文章研究了在十二烷基硫酸钠（SDS）体系中,甲烷水合物的储气量和在冰点以下的常压分解规律。研究发现,SDS浓度为650 mg/L时甲烷水合物储气量达到最高值,约为170 V/V。分解温度为268.2~272.2 K区域内,甲烷水合物的分解速率随温度的降低而降低;在268.2 K时,甲烷水合物分解速率最低。     

烷基多糖苷对甲烷水合物生成影响

烷基多糖苷(APG)是一种高效能、无毒性的非离子表面活性剂,它被广泛应用,尤其在水合物领域的研究更具有重要意义。通过实验,在改变质量浓度、初始压力、碳链长度3个条件下,分别研究了APG对甲烷水合物生成的影响。结果表明:合理地选取APG溶液的质量浓度可以有效地提高水合物的生成速率与储气密度,1 500 mg/L的溶液体系效果最佳,最终储气密度(体积分数)可达到138. 17;实验初始压力与最终储气密度存在着一定的线性规律,压力增大,最终的储气密度也随之增大;碳链的长度会影响水合物的生成过程,增加碳链长度可以提高水合物生成速率。因此,合理地选择表面活性剂的碳链长度、种类、质量浓度以及初始压力,可明显提高水合物生成速率与储气能力。     

玉米棒+四氢呋喃对IGCC合成气水合物生成动力学的影响

为了明确玉米棒颗粒与四氢呋喃(THF)对整体煤气化联合循环(IGCC)合成气气体水合物生成的协同作用,在温度276.15K、初始压力为6.0MPa的静态反应条件下,通过实验研究了玉米棒颗粒+THF溶液体系中气体水合物的生成动力学过程,并确定了不同THF浓度溶液条件下水合物的生成诱导时间、气体消耗量、CO₂分离效率及水合物的晶体结构。实验结果表明:玉米棒的存在会延长实验的稳定时间,且其压降幅度相较于不含玉米棒颗粒的体系更高;无论是否含玉米棒颗粒,诱导时间均在180s以内,且随着THF浓度上升到摩尔分数4.0%和5.6%,二者的诱导时间变得非常接近;玉米棒颗粒存在时,THF溶液的浓度越大,气体消耗量达到最终气体消耗量90%的时间则越短,且在相同THF浓度下,其所获得的气体消耗量和CO₂分离效率普遍比纯THF溶液体系高,这意味着玉米棒颗粒的存在提高了THF溶液对CO₂的分离效果。同时,微观结构分析表明无论是否含有玉米棒颗粒,THF溶液体系中所生成的IGCC合成气气体水合物的结构均为sⅡ型,纯水体系中生成的IGCC合成气气体水合...     

多孔介质与SDS复配体系中天然气水合物生成过程分析

天然气水合物巨大的储量和本身高储气量的特点,决定了其在能源和工业领域的重要作用。自然界中水合物赋存于沉积层多孔介质的孔隙中,因而研究其在多孔介质条件下的基础物性和快速生成,对水合物的工业应用具有重要意义。为此,本文采用了不同粒径的多孔氧化铝颗粒和实心二氧化硅颗粒,并将其与十二烷基硫酸钠(SDS)溶液进行复配,研究该体系中275.15K和7MPa条件下水合物的生成情况。结果表明:多孔介质与SDS复配体系中生成水合物的储气量大于纯SDS溶液中,二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒分别在促进水合物成核和提升储气量方面效果显著;实验条件下颗粒粒径对于水合物生成的压降过程和相平衡条件影响不大;实验所处p H条件下,氧化铝表面会因为水解带正电,二氧化硅表面则会在极化和水合作用的共同影响下带负电,带电表面和SDS的相互作用能够促进水合物的生成;多孔介质孔隙产生的毛细作用力及其对体系传热条件的改善有助于水合物的贴壁生成。因此可以认为多孔介质与表面活性剂复配体系对水合物生成的促进效果明显,并且将多孔材料作为水合物生成的基质是一种提高储气量的有效方法。     

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.