气体水合物相变热研究进展

气体水合物作为一种特殊的相变材料,在形成与分解过程中会发生相态改变并伴随着相变热的变化。本文从气体水合物相变热的测定和应用两个方面对气体水合物相变热的研究现状进行了综述。对比分析了两种确定气体水合物相变热的方法,两种方法分别为差示扫描量热仪(DSC)实验直接测定法和基于相平衡的Clausius-Clapeyron方程间接计算法。综述了气体水合物相变热的应用研究现状,尤其是在空调蓄冷技术中的应用,其中气体水合物空调蓄冷技术从蓄冷工质和蓄冷装置两个方面进行了阐述。指出了气体水合物相变热应用研究中的重点和难点,为气体水合物相变热应用的进一步发展提供参考。     

气体水合物在空调蓄冷中的应用研究进展

介绍了国内外近几年气体水合物蓄冷技术应用研究进展.从节能与环保角度出发,分析了气体水合物作为新型蓄冷工质在空调蓄冷中应用的必要性.从气体水合物相平衡热力学、结晶动力学、数值模拟以及蓄冷装置等方面阐述了气体水合物在空调蓄冷中应用的可行性,为气体水合物蓄冷技术尽快走向实用化提出了研究重点.     

气体水合物分解动力学研究现状

对气体水合物分解动力学研究现状进行了文献综述,总结了对气体水合物分解动力学的基础研究和应用研究. 基础研究着眼于气体水合物本征分解动力学研究和传热、传质对分解的影响. 应用研究主要介绍了针对天然气储运技术、多孔介质和地层水合物开采的气体水合物分解动力学研究,并展望了未来气体水合物分解动力学的研究方向.     

水合物利用技术应用进展

过去的几十年中,对于水合物的研究不单单集中在抑制天然气水合物的生成上,基于水合物的生成利用技术也得到了广泛的研究。基于水合物的生成利用技术是环保和可持续的新技术,利用不同气体生成水合物相平衡条件的差异,可用于气体分离、置换开采。由于水合物具有较高的气体浓度,可用于气体的存储。利用水合物较高的化解潜热,可将其用于蓄冷。本文综述了国内外水合物技术的研究应用现状,分析了水合物技术在气体分离与存储、溶液浓缩分离、蓄冷、二氧化碳（CO₂）置换开采等领域有前景的研究方向。但是其水合反应速率慢、生成压力高、后期分离困难,极大地限制了水合物利用技术的工业应用。展望了水合物技术未来的研究发展方向,开发安全、高效和环保的水合物促进剂,开发高效水合物反应设备,开发连续水合物工艺,以便早日实现工业应用。     

气体水合物的研究和应用现状

气体水合物的研究已经成为人们关注的焦点,其无论是作为能源资源还是基于水合物的应用技术研究,都对人类的发展具有重要意义。本文从气体水合物的相平衡热力学、生成动力学、分解动力学、天然气水合物资源勘探开发、管道水合物的预防和抑制、基于水合物的应用技术开发等方面,综述水合物的研究现状,并对未来气体水合物的研究和发展方向进行了展望。认为多孔体系水合物相平衡、水合物的快速生成机理、沉积物中水合物的分解动力学、水合物抑制机理、地层水合物结构和物性等将是今后气体水合物研究迫切需要解决的技术瓶颈。     

添加剂强化制冷剂气体水合物生成研究进展

简要介绍了制冷剂气体水合物作为蓄冷工质的优点及生成过程。对于制冷剂气体水合物普遍存在生成速度慢的问题,通过添加剂来强化体系传质传热,可显著提高制冷剂气体水合物的生成速度,对推动制冷剂气体水合物的工业应用具有重要的现实意义。综述了国内外利用添加剂强化制冷剂气体水合物生成的研究现状,指出多种添加剂联用将是制冷剂气体水合物快速生成的较佳选择,最后总结了制冷剂气体水合物研究中存在的不足。     

机械扰动强化气体水合物快速生成研究进展

气体水合物技术在天然气固态储运、CO₂捕获与封存等领域具有广阔的应用前景。高效快速制备水合物是水合物应用技术产业化的关键技术之一。从成核机理、相平衡、传热和传质等角度简述了气体水合物快速生成机理,回顾了常见的搅拌、喷淋和鼓泡等机械扰动强化气体水合物快速生成方法的基本原理和特性。依据强化传质传热领域内的新进展,进一步阐述了新型机械扰动强化气体水合物快速生成方法的基本原理和特性,重点综述了流化床、超声波、超重力、撞击流等技术的研究进展。从耗气率、水合物生成速率、总能耗、气体转化率等角度分析评价了各种机械扰动强化气体水合物快速生成方法的优缺点。总体来说,目前各种机械扰动强化气体水合物生成技术仍处于实验室阶段,传统的搅拌、喷淋和鼓泡强化技术生成速率较低;新型的流化床、超声波、超重力和撞击流等技术也存在各种不同的缺点,有待进一步优化改进。同时指出探究微观成核机理、开发新型易固液分离的气体水合物生成系统以及构建水合物反应器评价体系等是未来气体水合物快速生成相关研究中需要进一步解决的问题。     

添加剂强化制冷剂气体水合物生成研究进展

简要介绍了制冷剂气体水合物作为蓄冷工质的优点及生成过程。对于制冷剂气体水合物普遍存在生成速度慢的问题,通过添加剂来强化体系传质传热,可显著提高制冷剂气体水合物的生成速度,对推动制冷剂气体水合物的工业应用具有重要的现实意义。综述了国内外利用添加剂强化制冷剂气体水合物生成的研究现状,指出多种添加剂联用将是制冷剂气体水合物快速生成的较佳选择,最后总结了制冷剂气体水合物研究中存在的不足。     

蓄冷空调及气体水合物蓄冷技术

从蓄冷空调的应用背景出发,简述了蓄冷空调技术的发展与现状,并在此基础上详细介绍了气体水合物蓄冷技术,从气体水合物蓄冷工质的选择、气体水合物结晶\熔解特性改善及气体水合物蓄冷装置设计3个方面对目前的研究现状进行了描述,最后提出了一些今后应该重点展开的研究方向     

煤层气提纯的实验研究

为解决当前煤层气开采利用率低且煤层气中氧气和氮气含量较高影响其应用的问题,在对气体水合物生产原理及不同气体所形成水合物稳定性分析的基础上,基于气体水合物方法提纯煤层气设计了实验装置、实验方法和实验过程,重点研究不同浓度TBAC水溶液对煤层气气体水合物相平衡条件和动力性,为后续煤层提纯的实践应用提供指导。     

降低“固封”对甲烷水合物生成的影响

随着天然气的大量使用,其储存、运输及调峰越来越重要。天然气水合物在常压状态下具有高储存比,适合应用于天然气的储存、运输及调峰过程中。因此,对天然气水合物的生成研究具有重要意义。本文研究了如何大量生成水合物并保证水合物具有较高储气率的方法。在含聚乙烯吡络烷酮[PVP(K90)]的溶液中,改变PVP(K90)的质量分数、搅拌器的转速与搅拌器的类型,研究甲烷水合物生成量与水合物储气率的变化。结果表明,添加一定低质量分数的PVP(K90)和增加搅拌速度,均可以延迟水合物层的"固封"作用,增加水合物的生成量。在PVP(K90)质量分数高于2%时,生成水合物的密封性降低,水合物"固封"作用被破坏,但是水合物储气率较低。采用不同形式的搅拌杆,在旋转过程中形成空心圆柱,破坏水合物层的"固封"作用,搅拌杆附近的甲烷与水合物晶核被输送到溶液底部,增加了水合物的生成量,而且水合物的储气率较高。在水合物生成过程中,存在水合物微粒多次聚结的现象,使甲烷的消耗量迅速增加。     

促进天然气水合物形成的影响因素分析

天然气水合物(NGH)工业化生产中面临的主要问题是天然气水合物的合成速率较低。天然气水合物的生成反应为相间界面反应,任何影响气液相之间传质或传热的操作均可以增加天然气水合物的生成速率。结合影响天然气水合物形成的特点,从改善相平衡条件、增加气水接触面积和增加天然气的溶解度三方面介绍了促进天然气水合物形成的办法,并分析了各自的优缺点。     

天然气水化物生成条件研究

在一定的温度和压力条件下,含水天然气可生成白色致密的结晶固体,称为天然气水化物(NGH natural gas hydrate)。天然气水化物的局部积累将减少输气管道的横截面积,限制管线中天然气的流量,降低输气量。本论文对天然气水化物的生成条件和机理进行了分析,从水化物的生成机理入手,详细了剖析了水化物生成的原因,对天然气水化物的生成条件做了全面的介绍,同时给出了较为全面的水化物生成条件预测模型。     

天然气水合物浆体流变性与安全流动边界研究进展

水合物安全流动技术作为一种新型的天然气运输管理方法具有广阔的发展前景,本文在综述国内外天然气水合物安全流动研究的基础上,分析了管道流动天然气水合物生成机理、特点和对油气管道的不利影响以及现有水合物安全流动研究存在的问题,包括实验管道长度较短、着重流动规律的研究而缺乏对流动边界的拓展等。进而对国内外天然气水合物低剂量抑制剂(low dosage hydrate inhibitor,LDHI)在保障天然气水合物安全流动、拓展天然气水合物安全流动边界以及螺旋流携带研究进行了总结评述;随后提出了利用螺旋流悬浮输送技术保障天然气水合物安全流动、拓展流动边界的新型方法。结合实验结果分析表明:螺旋流动从宏观上改变水合物浆体流动特点、有效提高水合物浆液的输送浓度并可拓展水合物安全流动边界。     

天然气水合物开发可能导致的风险

天然气水合物,也被称为"可燃冰",具高能量密度,燃烧污染小,分布广泛,储量大,可成为传统的化石能源代替能源。从对天然气水合物的概述入手,论述了海域天然气水合物开发对海洋石油工程,大气环境和海洋生物产生的以及潜在的影响,陆域冻土带天然气水合物开发对环境可能产生的影响,以及天然气水合物和环境的相互影响。     

液态二氧化碳置换整形甲烷水合物过程特性

通过可视化水合物反应装置和影像设备,研究了注入液态CO2分解CH4水合物同时原位生成气体水合物并保持整块水合物结构稳定的完整过程,验证了水合物分解和生成同时进行的第二类原位置换过程的可行性. 通过控制压力实现在CO2?CH4混合水合物四相区(水合物?水?液相?气相)的CH4置换过程,得到富CH4气体产物. 通过分析气相色谱和测定产气量得到CH4产气特性和CO2对CH4水合物的置换率. 结果表明,低压有利于获得较优的置换效果,4.5 MPa下的置换过程较5 MPa时产气量提高14.6%,甲烷水合物置换率提高13.7%.     

高压低温下H2O-H2O2-CO2三元体系CO2气体水合物的分解动力学

研究了非纯水体系H2O-H2O2-CO2中CO2气体水合物分解的动力学,测定了高压低温条件下CO2气体水合物分解过程的液相组成. 依据实验数据建立了CO2气体水合物分解动力学模型,模型计算值与实验值吻合良好. 确定了3个温度下气体水合物分解的速率常数,计算得出CO2气体水合物分解的活化能为97.17 kJ/mol.     

天然气水合物开采方法的数值模拟研究进展

天然气水合物具有含气量高、污染低、储量大等优点,但存在埋藏深、导热性差等问题。介绍了国内外天然气水合物开采技术的研究和应用进展,概述了传统天然气水合物开采方法的优缺点,指出天然气水合物开采难度大的普遍问题,分析其原因为天然气水合物开采效率低、能耗高、风险大,以及天然气水合物开采背景与该产业链发展水平不相匹配等。在此基础上提出了利用数值模拟技术对海底和冻土层下的天然气水合物开采进行研究,并叙述了数值模拟技术在天然气水合物开采领域的发展现状,利用该方法便捷、经济、高效的特点,最终形成天然气水合物开采方法与数值模拟技术相结合的新型开采理念。     

Improving the gas recovery and separation efficiency of a hydrate-based gas separation

Efficient gas recovery and separation in a hydrate-based system was investigated for a model gaseous mixture of R22 and nitrogen. The formed hydrate settled in the recovery vessel; excess water was recycled and the hydrate was subsequently decomposed by releasing pressure from the vessel. The gas uptake rate of R22 gas from the vapor phase and the gas recovery rate from the hydrate were determined from hydrate formation and decomposition, respectively. The gas recovery rate of R22 gas gradually increased with time. On the contrary, the nitrogen gas recovery rate was a maximum in the initial stage of hydrate decomposition. A high separation factor (S.F.) was achieved by first separating the N₂-rich gas generated during initial hydrate decomposition. An efficient hydrate-based gas separation and recovery process is proposed.     

Phase behavior and structure transition of the mixed methane and nitrogen hydrates

Pure methane and nitrogen form structure I and II hydrate, respectively, and therefore the structure type of mixed gas hydrate was found to largely depend on their relative gas composition. In addition to the structural difference of size and shape, each hydrate structure shows different capacity to store the guest molecules. In this study, we investigated phase and structural behaviors according to the composition of methane+nitrogen gas mixture. Three-phase (H-Lw-V) equilibria of solid hydrate, water-rich liquid and vapor phase containing 25.24 mol%, 28.51 mol%, 31.23 mol% and 40.39 mol% of methane were determined at various temperatures (in the range from 273.30 K to 285.05 K) and pressures (from 8.325 MPa to 20.700 MPa). 13C solid-state NMR spectroscopy and powder XRD method were performed to identify the formed structure of hydrate samples. The experimental results showed that gas hydrate of the methane+nitrogen mixture changes its structure from sI to sII between 25.24 mol% and 28.51 mol% of methane concentration. These results of phase behavior and structure identification for the mixed gas hydrates are expected to be very helpful in evaluating the feasibility of exploitation of methane gas from natural gas hydrate and the separation process using gas hydrate as a storage-media