四丁基溴化铵水合物浆液浓度电导率法在线测定

四丁基溴化铵(TBAB)水合物浆液浓度快速测定对TBAB水合物形成分解动力学研究和水合物浆液生产过程控制具有重要作用。通过在线电导率测定,本文研究了温度、TBAB浓度、TBAB水合物固含量对TBAB水合物浆液电导率的影响,建立了电导率法快速测定TBAB水合物浆液中溶液浓度及TBAB水合物固含量的方法,并提出了一种工业TBAB水合物浆液制备过程中溶液浓度和水合物固含量在线取样定量测量方案。研究结果表明:TBAB溶液电导率随溶液温度升高线性增大,随TBAB水合物固含量的增大而减小;TBAB解离度随浓度增大而减小,低浓度时(摩尔分数0.54%),溶液电导率随浓度增大线性增加,高浓度时,因TBAB解离度显著减小,溶液电导率增长缓慢,出现一个最高值;实验所得的TBAB水合物浆液固含量和TBAB溶液浓度计算经验公式,与实际浓度之间最大相对误差约9.0%,结果较可靠。     

水合物法分离烟气(CO2/N2)中CO2的实验研究

利用四丁基溴化铵(TBAB)作为促进剂进行了水合物法分离烟气(CO2/N2)的实验研究.结果表明较高TBAB浓度下生成的水合物较多,其中包含更多的未填充气体的纯TBAB水合物;解析气中的CO2含量受到气体消耗率及实验初始压力的影响;TBAB浓度、实验温度在实验条件范围内对解析气中的CO2含量影响并不明显.CO2摩尔分数为17.4%的CO2/N2混合气通过_二级水合物/膜分离流程可回收到CO2摩尔分数为95.0%的解析气.     

甲烷在四丁基溴化铵和辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷复配溶液中的相平衡条件研究

水合物法回收混空煤层气中的甲烷具有清洁高效和操作安全的优势。为了探究四丁基溴化铵（TBAB）和辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷（OGP）两种促进剂的协同作用,完成了TBAB+OGP复配溶液中甲烷水的合物相平衡实验。结果表明,TBAB显著降低了甲烷水合物的生成压力,但是OGP的引入减弱了TBAB的热力学促进作用。其削弱作用随着OGP和TBAB浓度的增加而增加,随着温度的升高而降低。该研究为水合物法回收煤层气提供基础实验数据并指导后续的方案设计。     

TBAB水溶液体系中半笼型水合物的相平衡预测模型

四丁基溴化铵(TBAB)是一种广泛使用的水合物促进剂,可以显著降低水合反应的形成条件。针对TBAB水溶液中离子与溶剂间较强的相互作用力,采用电解质NRTL方程确定液相组分的活度系数,结合含TBAB水合物的晶体结构特征和Chen-Guo水合物模型,建立了TBAB水溶液体系中水合物形成热力学条件的预测模型。与TBAB质量分数为5%～60%的221个实验数据点进行对比分析,结果显示温度平均相对误差为0.112%,预测值与实验数据具有较好的一致性。通过关联混合电解质体系下盐-溶剂间的交互作用参数,该模型还可进一步扩展到TBAB+NaCl复合盐体系下水合物相平衡条件的预测。在TBAB质量分数范围为5%～20%、NaCl质量分数为3.5%～10%的复合盐溶液体系中,CO₂形成半笼型水合物的相平衡条件的实验值与预测值的温度偏差范围为0.01～1.17 K,二者比较吻合。本模型可以为水合物法气体分离、气体储运等技术的实际应用和工艺包开发提供理论基础。     

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。     

过冷壁面液滴中四丁基溴化铵水合物生成的可视化研究

使用高速摄影技术对2 μl液滴中四丁基溴化铵（TBAB）水合物晶体的成核与生长进行了实验研究。对不同过冷度与不同浓度（10%,20%,30%,质量分数）的液滴中TBAB水合物晶体的生长特性进行了分析并建立了相应的数学模型,推导出TBAB水合物形成活化能E_a为-14.99 kJ/mol。研究结果表明,通过以液滴滴落过冷固体表面的方式可以有效缩短水合物成核的诱导时间,促进水合物的快速生成。为解决水合物在工业中大规模应用的难题提供了新方法。     

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。     

水合物浆体在水平细管中的流动相变换热

实验测量了质量分数为0~19.2%的TBAB水合物浆体在恒热流条件下在小管径内流动时的流动传热特性。利用数值计算获得管内浆体的沿程温度分布,在此基础上得到水合物浆体在小管径内的强制对流传热特性。结果表明加热功率对小管径管道中的浆体传热特性有较大影响;在层流状态下,流速对传热系数的影响相比紊流时要小。在实验数据基础上总结出了TBAB水合物浆体在小管径管内的对流换热经验关联式。     

水合物浆体在水平细管中的流动相变换热

实验测量了质量分数为0~19.2%的TBAB水合物浆体在恒热流条件下在小管径内流动时的流动传热特性。利用数值计算获得管内浆体的沿程温度分布,在此基础上得到水合物浆体在小管径内的强制对流传热特性。结果表明加热功率对小管径管道中的浆体传热特性有较大影响;在层流状态下,流速对传热系数的影响相比紊流时要小。在实验数据基础上总结出了TBAB水合物浆体在小管径管内的对流换热经验关联式。     

超声波悬浮TBAB溶液液滴表面半笼型水合物生长过程研究

利用超声波悬浮技术将四丁基溴化铵(TBAB)溶液液滴悬浮，观测了不同TBAB质量分数(15%、20%、25%)时的水合物生长过程，并与悬挂液滴进行了对比。实验发现，超声波悬浮的液滴处于快速旋转状态，液滴呈扁球状，水合物生长速率较快，但当液滴中含有气泡时生成水合物的诱导时间延长。总结出超声波悬浮状态下TBAB水合物生长方式可以分为两大类：由内而外，由外而内。由外而内又可以分为单平顶式、双平顶式和包裹式。建立悬浮液滴和悬挂液滴的传热模型，通过对比发现，超声波可以加快悬浮液滴的传热效率，加速水合物的生成和生长。该实验为观测水合物生长提供了一种新的方法。     

新型促进剂对二氧化碳水合物形成效果的研究

通过水合物相平衡观察法确定TBAB能与CO_2形成半茏状结构的水合物,极大程度地改善CO_2气体形成水合物的相平衡条件.摩尔分数为0.29%的TBAB(四丁基溴化铵)不仅能大幅度地降低CO_2形成水合物的压力至0.66MPa,而且能缩短形成CO_2水合物的诱导时间至30 min以内,高效地提高CO_2水合的效率.实验表明,体积分数17%的CO_2混合气体在0.29m01%的TBAB溶液中形成水合物,经过一级分离后的CO_2体积分数为60%,二级分离后的体积分数可以达到95%以上.     

四丁基溴化铵-四氢呋喃系蓄冷水合物

基于二元工质水合物相对单一工质水合物在蓄冷特性方面的优越性,在水合物客体组分总质量分数为31.4%的条件下,实验研究了四丁基溴化铵(TBAB)-四氢呋喃(THF)混合水合物蓄冷特性. 通过改变TBAB-THF组分配比,考察了水合物的诱导时间、近似相变温度、蓄冷面积及释冷面积的变化. 结果表明,TBAB-THF系中TBAB浓度减少使诱导时间增长、温度突变点降低、近似相变温度降低,从而减小了水合物在生长阶段的蓄冷面积,缩短了分解阶段的分解完成时间;TBAB浓度在25.7%~27.4%时,相变温度在6.3~8.0℃之间,与空调冷冻水相近,且释冷面积相对其他浓度较高,可作为蓄冷空调的良好介质.     

不同浓度TBAB半笼型水合物法分离沼气中CO_2过程的研究

沼气是含CO_2和CH4的混合气,它的利用需要去除杂质CO_2。四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物法分离CO_2是一种新型分离技术。研究了在不同TBAB水溶液浓度体系中,摩尔比为50:50的CH4/CO_2混合气水合物在277 K和5 MPa条件下的生成过程及CO_2的分离效果。结果表明,当TBAB水溶液质量浓度为0.79%和1.57%时,水合物生成过程存在"二次生成"现象。当TBAB的浓度为0.79%和2.91%时,气体消耗量为0.42 mol,大于其它的TBAB水溶液浓度条件下体系的气体消耗量。综合得出,CO_2分离效果并非与TBAB水溶液浓度呈比例,而是存在一个最佳的TBAB浓度最适宜CO_2气体的分离。在实验条件下,当TBAB水溶液质量浓度为1.57%时,有效反应时间最短且CO_2分离效果最好。     

不同季铵盐作用下的CO2水合物相平衡

CO₂气体水合物形成热力学性质是实施海水淡化、沼气纯化、碳捕集和封存、能源利用、天然气储存等技术的关键。采用恒容温度搜索法,在温度272.75~294.35 K,压力0.35~4.50 MPa的范围内,探究了四种季铵盐促进剂对CO₂气体水合物相平衡的影响。结果表明,相同条件下,季铵盐作用下CO₂水合物的相平衡温度由高到低分别为：四丁基氟化铵（TBAF）>四丁基溴化铵（TBAB）>四丁基氯化铵（TBAC）>苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。基于Clausius-Clapeyron方程,计算了不同体系的相变潜热,探讨了其对水合物稳定性的影响。可以看出,水合物的相平衡压力对数与温度倒数呈线性关系,其中,TBAF、TBAB作用下的CO₂水合物相变潜热相接近且明显高于其他季铵盐,说明其促进效果最好,所对应的水合物生成条件也最为温和。利用Chen-Guo模型,结合PR状态方程和改进Joshi经验活度模型,分别计算了TBAF、TBAB、TBAC和TEBAC作用下CO₂水合物热力学相平衡数据,计算结果与实验数据吻合良好,最大平均相对误差为7.50%。     

TBAB水合物晶体生长过程的实验研究

通过对常压下9%(w) TBAB溶液降温生成水合物晶体的过程进行观察,以过冷度作为生长驱动力,研究了TBAB水合物晶体的生长特性. TBAB水合物刚形成时,晶体呈高透光度及规则柱体外形,随晶体继续生长逐渐变得不规则,透光度下降. 当恒温浴的过冷度分别为6.0, 8.1和9.6 K时,水合物晶体长度/宽度方向生长时间依次为183 min/140 min, 85 min/65 min, 70 min/37 min,同时反应前的等待时间即生成时间分别为83, 53和55 min. 生长时间和生成时间随过冷度增加逐渐降低,幅度逐渐减小,表明过冷度增加能有效减少水合反应时间,促进水合物的快速生成. 过冷度增加会增加TBAB水合物晶体成核数量,因此晶体与溶液的总体接触面积增加,有利于水合物的快速形成.     

水合法回收炼厂气中氢气的模型研究

开发了一种含水合物相的闪蒸模型,该模型可以应用于水合法回收炼厂气中氢气过程的模拟计算。其中,气相的逸度计算采用PR状态方程,TBAB电解质溶液逸度的计算采用MPT状态方程,水合物相逸度的计算采用Chen-Guo模型。采用正割迭代法进行含水合物相的气-液-水合物三相闪蒸计算,此算法计算简单。通过模拟计算,考察了TBAB浓度、气液比、压力、以及温度对分离效果和关键组分回收率的影响,从而为工业生产选择操作条件提供依据。     

小通道内TBAB溶液水合物生成实验研究

小通道内TBAB(四丁基溴化铵)水合物晶体微观生成过程研究对水合物浆体安全流动和堵塞机理研究具有参考意义。文中选用内径为3 mm的石英管作为测试管道,利用工业显微镜对在小管道中形成的水合物晶体进行观察和记录,分析了在同一过冷度下(Δt=17℃)质量分数和流量对TBAB水合物形貌、生长速率及堵塞时间的影响。结果表明:在过冷度相同时水合物形貌主要受溶液质量分数影响,水合物晶体的致密度和透光度随质量分数的增加而增大;质量分数增加到25%后,质量分数的增加对水合物生长速率不再有明显的促进作用;受管径限制,径向方向水合物生长速率会先降低再趋于平稳;流动时所产生的剪切力使得水合物晶核剥落形成新的成核点,流量的增加大大缩短了水合物成核时间和堵塞时间。     

置换法开采天然气水合物的实验研究

在模拟海底多孔介质的实验条件下,研究了质量分数同为0.05%的不同种类的添加剂SDS、THF、TBAB对CO2置换天然气水合物的影响,与纯水体系的对比发现,在此质量分数下TBAB置换率最高,SDS次之,THF置换率低于纯水。同时研究了质量分数分别为0.05%和0.03%的SDS添加剂对置换速率的影响。研究了在模拟海底盐度的情况下,置换反应受到阻碍的原因。     

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。     

TBAB和CP双添加剂水合物法分离烟气中的CO2

在四正丁基溴化铵（TBAB）和环戊烷（CP）双添加剂体系下进行了一级水合物法分离烟气中CO2的研究。对比了纯体系和双添加剂体系对水合物生成过程及分离效果的影响。获得了合适的操作条件（温度276.15 K,压力2.0～3.3 MPa）、初始液气比（0.78）、添加剂浓度（CP体积分数为0.6%）。在合适条件下,双添加剂体系相比纯TBAB体系水合过程的载气量达至1.5～2.0倍,剩余气相中CO2摩尔分数由17%降至7%,去除率由40%～50%上升到60%～70%。实验表明,双添加剂体系在水合物法CO2分离技术的分离效果及节能方面存在潜力,为工业化水合物法净化烟气提供了参考和标准。