多壁碳纳米管对CH_4-CO_2-TBAB水合物的促进作用

碳纳米管具有良好的传热能力,能够迅速转移出水合物生成过程中产生的热量。同时碳纳米管巨大比表面积能为水合物提供更多的成核位点。因此,碳纳米管被广泛应用在水合物技术中以解决水合物生成较慢的问题。本文研究了多壁碳纳米管对CH_4-CO_2-TBAB水合物生成过程的影响。研究表明,在生成水合物的混合气体体系中加入多壁碳纳米管,不同浓度的多壁碳纳米管的存在对混合气体水合物的相平衡曲线均没有影响;但能显著降低生成水合物所需要的诱导时间,且随着碳纳米管浓度的增加,诱导时间逐渐变短;并且生成水合物的气体消耗量增加,并且碳纳米管浓度越大,气体消耗量越大。这说明碳纳米管的加入能增加水合物体系的储气能力。     

化学添加剂对水合物生成和储气的影响

为了研究促进剂对水合物生成的影响,采用自行设计的水合物反应系统,通过恒温定容实验,研究了四氢呋喃(THF)和十二烷基硫酸钠(SDS)对二氧化碳水合物生成的影响。并在实时测量水合物生成过程中系统的温度、压力的基础上,计算得出水合物的生成速率、储气量及表观水合数。结果表明,适宜浓度的SDS能促进气体在液相的溶解,提高水合物的生长速率和储气密度;单独添加THF对水合物生成过程促进效果并不明显;SDS和THF复合添加剂共同作用对水合物促进效果最显著。     

表面活性剂促进CO_2水合物生成的实验及动力学模型

采用自行设计的水合物生成实验系统,在静态条件下,在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)体系中进行了CO2水合物生成的实验。考察了表面活性剂浓度对CO2水合物生成的影响;建立了CO2水合物生成动力学模型;分析了表面活性剂对CO2水合物生成促进作用机理。实验结果表明,SDBS和SDS均能缩短CO2水合物生成的诱导时间、提高生长速率和储气密度;SDBS比SDS具有更好的CO2水合物生成促进效果,两种添加剂的最佳用量分别为0.5,0.3 g/L;建立的CO2水合物生成动力学模型能对水合物生成过程进行准确预测。     

天然气水合物生成促进因素的研究进展

概述了天然气水合物生成过程中的影响因素,如添加剂(包括表面活性剂、纳米颗粒等)、气体组分及外场等,对水合物生成的影响。添加剂中的表面活性剂能促进水合物的生成,但低浓度的表面活性剂对水合物的生成热力学行为无影响;纳米颗粒通过加快水合物晶体结构的生长来促进水合物的生成。气体组分中除N2外,丙烷和H2S等其他气体对水合物的生成有明显的促进作用。外场中的磁场能提高水合率,扩展水合物的生长区域,利于水合物的生成;而有关电场、超声波及微波对水合物生成的作用,相关研究还较少,将是未来需要重点关注的领域。     

含蔗糖体系CO_2水合物生成与分解

采用蔗糖作为抑制剂,利用可视化高压反应釜实验装置,研究了不同含量的蔗糖溶液体系对CO_2水合物生成和分解过程的影响,并分析了体系中由于蔗糖的存在对CO_2水合物的生成起到抑制作用、分解起到促进作用的微观机理。实验结果表明,25%(w)蔗糖溶液体系抑制生成效果最佳,生成水合物的CO_2气体消耗量相比蒸馏水体系降低了68.76%;5%(w)的蔗糖溶液体系对水合物的分解促进效果最佳,CO_2生成速率曲线峰值最大,相比蒸馏水体系增长了82%,水合物分解反应活化能为70.48 kJ/mol。蔗糖抑制水合物生成和促进分解的微观机理主要是由于蔗糖分子的多羟基结构影响水分子间氢键的作用,阻碍形成水合物结构及减少解构所需的能量。     

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天然气水合物是一种由气体（主要是甲烷）和水组成的冰状固态化合物。通过对溶液中水合物的生成实验和冰转化为水合物的机理进行总结与分析，得出影响冰转化为水合物的因素。提出用含气率作为评价反应进行程度的指标。针对冰转化为水合物的影响因素，采用正交实验的方法对实验方案进行了设计，建立了正交实验表并进行了实验。实验结果表明，压力越高越有利于水合物的生成，但实验温度和搅拌速率则存在着一个促进水合物生成的最佳值。     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力、温度及冰粒大小等的影响,并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用。研究结果表明,压力越高,温度越低,冰粒越小越有利于水合物的生成,并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成。文中还得出衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应进行时间的关系曲线。     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力、温度及冰粒大小等的影响,并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用.研究结果表明,压力越高,温度越低,冰粒越小越有利于水合物的生成,并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成.文中还得出衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应进行时间的关系曲线.     

表面活性剂对天然气水合物合成影响的实验研究

为研究钻井液化学成分对天然气水合物的影响作用,利用天然气水合物人工合成实验系统进行了天然气水合物的人工合成实验.在天然气水合物的合成过程中,分别对天然气-水溶液体系中加入表面活性剂(Sodium Dodccyl Sulfate)与未加入表面活性剂时水合物的生成时间、生成温度、生成压力及表面活性剂的浓度等对生成过程的影响进行了实验.在加入表面活性剂的天然气-水溶液体系中,由于表面活性剂的存在加速了气体和水溶液体系的接触面,从而加速了水合物的生成、降低了水合物的生成压力、提高了相同条件下的生成温度,即表面活性剂的存在改变了天然气水合物的生成条件,而且增加了水合物中的含气率.因此,表面活性剂用于配置钻井液有利于保持天然气水合物井的井壁稳定.     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力,温度及冰粒大小等的影响,并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用,研究结果表明,压力越高,温度越低,冰粒越小越有利于水合物的生成,并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成,文中还得出衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应时间时间的关系曲线。     

氧化石墨烯作为新型促进剂加速CO_2水合物生成实验

为了解决气体水合物生成速率慢、储气密度低、生成条件苛刻等难题,利用高压反应釜生成实验装置,探究了添加质量浓度为0.2 g/L的氧化石墨烯对CO_2水合物生成的诱导时间、气体消耗量及CO_2水合物相平衡压力的影响,揭示了温度和压力的变化规律,与去离子水中CO_2水合物生成实验进行了比较并分析了其促进机理。结果表明:①氧化石墨烯具有动力学促进和热力学促进的双重作用,能够加快CO_2水合物体系的传热传质效率,促进气体溶解,提高成核速率和气体消耗量,降低相平衡压力;②与去离子水相比,氧化石墨烯体系下CO_2水合物生成诱导时间缩短了74%~85%;③温度为6℃时,随着初始压力的不同氧化石墨烯均能提高气体消耗量,在4 MPa时气体消耗量增长幅度最大,达17.2%,提高了水合物储气密度;④氧化石墨烯降低CO_2水合物相平衡压力的最大降幅为20%。结论认为,该新型促进剂能够提高CO_2水合物的生成速率和储气密度。     

添加剂影响水合物溶液表面张力的实验研究

气体水合物具有独特的物化性质,可以开发一系列高新应用技术。但是面临着生成速率慢、生成条件高、实际储气密度较理论值过低这一首要技术瓶颈,所有应用技术还停留在实验室研究阶段,当前最紧要的是研究水合物生成促进技术。实验采用CTAB、P123、[HMIPS]Ss几种新型添加剂作为水合物溶液的添加剂,测试不同温度、不同浓度下添加剂对水合物溶液表面张力的影响,以此判断这几类添加剂对水合物生成促进作用与表面张力的定量关系。研究发现其中降低表面张力效果最好的为300mg／kgCTAB,然后依次为500mg／kgP123、300mg／kg[HMIPS]Ss。此研究为今后促进水合物生成研究提供了理论及数据支持。     

石英砂介质中CO_2水合物形成影响研究

二氧化碳水合物的形成对二氧化碳地下固态封存和二氧化碳置换开采甲烷水合物有着重要的指导意义。在设计的水合物实验装置上,研究了不同初始压力、不同水合物形成温度和不同石英砂粒径条件下对二氧化碳水合物的诱导时间、生成速度等特性的影响。结果表明,水合物的生成量随着初始实验压力的增大和生成温度的降低而增大,基本不受石英砂粒径的影响;水合物平均生成速度随着初始实验压力降低、水合物生成温度降低和石英砂粒径增大而变慢;诱导时间随着初始压力的降低和石英砂粒径的增加而明显变长;若初始实验压力较高,导致二氧化碳在生成水合物前发生液化现象,则水合物生成诱导时间不明显,同时水合物平均生成速度也较慢。     

流量对高含水体系CO_2水合物生成过程的影响

为了确定适宜的输送条件、保障管路的流动安全,在高压水合物循环实验环路装置上进行了高含水体系下CO_2水合物生成的实验,研究了管输流量对CO_2水合物生成及堵塞过程中诱导时间和压差等的影响。实验结果表明,在CO_2水合物大量生成前,流动引起的剪切作用能够很好地抑制CO_2水合物晶核的聚集,CO_2水合物大量生成时水合物颗粒会在短时间内快速形成并聚集在一起。体系流量对CO_2水合物生成诱导时间的影响可能存在临界值,流量高于临界值时,诱导时间缩短速率变大;低于临界值时,诱导时间缩短速率较小;水合物瞬时生成量在临界值附近最大。恒压高含水体系下CO_2水合物在大量生成至堵塞的过程中受流量的影响较小。     

PAM-AA水凝胶体系中甲烷水合物生成过程的实验研究

作为储量巨大的清洁能源和应用广泛的工业原料,天然气水合物越来越多地受到学者和工业界的关注。实验研究了含聚丙烯酰胺-丙烯酸（PAM-AA）盐溶液中甲烷水合物在反应釜中的生成过程,揭示了PAM-AA水凝胶体系对生成甲烷水合物的作用。结果表明:2 ℃、8 MPa时,水凝胶体系促进甲烷水合物生成;2 ℃、4.5 MPa时,水凝胶体系抑制甲烷水合物生成;PAM-AA水凝胶体系能够扰乱甲烷水合物的正常生成,表现为缩短甲烷水合物大量生成的时间（促进）和阻碍气液间的传质（抑制）;实验生成的甲烷水合物形态分为两种,即疏松且含有大量孔隙或坚硬且致密,分别对应抑制/促进甲烷水合物生成的体系。通过探究PAM-AA水凝胶体系中甲烷水合物的生成过程,能够为工业领域内甲烷水合物的生成、防治、储存和运输提供借鉴。     

1-甲基咪唑离子液体促进CO_2水合物生成实验探究

为解决水合物法捕获封存CO2技术中水合物反应生成速率慢、储气密度低等难题,自主合成了一种含有表面活性基团的1-甲基咪唑类离子液体水合物促进剂,探究其对CO2水合物的生成促进作用。采用高压磁动力搅拌反应釜,在静态和搅拌体系下,研究了在合成的离子液体的水溶液中CO2水合物的反应速率、反应时间、气体消耗量及其对水合物生成过程的影响,并与SDBS进行对比分析,阐述了促进剂对水合物生成促进的动力学机理。实验结果表明,1-甲基咪唑离子液体可缩短诱导时间,提高水合物生成速率和储气量,其最佳反应浓度为0.1g/L,远低于SDBS对应的0.7g/L,且促进效果比SDBS好,6℃时,CO2水合物的反应生成速率提高了12.5%。     

深水钻井液中水合物抑制剂的优化

深水钻井遇到的重大潜在危险因素之一是浅层气所引起的气体水合物问题。气体水合物稳定存在于低温、高压条件下,如果在深水钻井管线中生成,会造成气管、导管、隔水管和海底防喷器等的严重堵塞,且不易解除,从而危及工程人员和钻井平台的安全。利用新研制的天然气水合物抑制性评价模拟实验装置,初步探索了搅拌条件、膨润土含量及钻井液添加剂对气体水合物生成的影响规律。研究表明,搅拌和膨润土的存在可以促进水合物的生成,而多数钻井液添加剂则对水合物的生成有一定抑制作用。研究了常用水合物抑制剂作用效果,实验表明,动力学抑制剂不能完全抑制水合物的生成,其最佳加量为1.5%;热力学抑制剂虽能最终抑制水合物的生成,但加量较大,NaCl抑制效果好于乙二醇;动力学与热力学抑制剂复配具有很好的协同作用。在实验基础上优选了适合于3 000 m水深的深水钻井液用水合物抑制剂配方。     

水合物促进剂的研究进展

气体水合物是被认为一种能够更好进行气体运输与存储的介质,水合物在节能和环保方面有着很大的优势。为促进水合物更好的适应将来的工业应用,在水合物形成过程中添加一定的促进剂受到越来越多的关注。本文总结了近年水合物生成促进剂的研究,包括促进剂对水合物生成热力学及动力学的影响,温度和压力对水合物生成的影响,促进剂的复配及促进剂在混合气体水合分离中的应用。     

海域水合物藏样品实验室制备及生成特性

实际海域水合物藏样品不易获取，其资源化开采仍需大量室内基础实验作为支撑。为实现代表性水合物藏样品的精确制备，实验室研制了一套天然气水合物三维模拟装置，采用多次注水的方式对目标样品中气、水和水合物饱和度及生成后体系的温压条件进行控制，分析了甲烷水合物生成过程中系统内压力、温度及电阻率等参数的变化特性。结果表明，多次注水的方式可有效控制样品中各相饱和度；驱动压力及过冷度较大时难以观察到水合物生成诱导期的存在；在周围水浴良好的传热作用下，水合物生成放热引起的温升现象可能会被消除；电阻率的变化显示水合物在多孔介质中生成可能存在“爬壁效应”，而影响电阻率的因素较多，或难以用于准确评估多孔介质中水合物的生成过程。此外，初始气液比增大可促进水合物生成速率增大。     

复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件影响的实验研究及动力学模型建立

基于水合物法储存分离二氧化碳具有较广阔的应用前景,通过实验研究了复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件的影响,选用十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及两者的混合溶液作为实验用溶液,研究发现当采用浓度为265mg/L的SDS和SDBS质量比为1:1的复合添加剂溶液时,二氧化碳水合物的相平衡点最低,最易生成,此时的溶液体系能很好的促进水合物生成,而且比单一的SDS溶液或者SDBS溶液体系下水合物的生成条件都有所降低。建立了考虑复合添加剂促进作用的新型水合物生成动力学模型。