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。     

人造海水中不同的多孔介质内甲烷水合物生成特性研究

结合海底水合物沉积成藏特征,发现水合物易在海底沉积物中生成,且还有类似表面活性剂的催化酶存在。结合以上因素,实验将人造海水和十二烷基硫酸钠(SDS)溶液进行混合,研究了碳酸钙和二氧化硅作为多孔介质时甲烷水合物的生成情况。研究表明:(1)多孔介质体系较无多孔介质体系实验剩余压力更低,水合物的储气密度和储气速率更大,其中1 mm碳酸钙的促进效果最优;(2)多孔介质表面特性和粒径变化均会改变水合物的储气效果,同种粒径下,碳酸钙促进效果优于二氧化硅;(3)人造海水中的低浓度盐类通过离子交换和破坏SDS胶束团的作用,对水合物储气效果的促进优于纯SDS溶液;(4)三者的协同体系可以有效地缩短水合物的诱导期,为探究海底水合物成因和水合物快速生成技术的应用提供了参考。     

SDS与THF对水合物法分离CO2+N2混合气的影响

水合物添加剂在一定程度上能够解决纯水体系下水合物分离混合气存在选择性低、水合速率不高和水合物生成条件苛刻等问题,为了系统地研究十二烷基硫酸钠（SDS）及四氢呋喃（THF）对水合物分离特性的影响,采用自行设计的水合物分离实验装置,分别进行了浓度为0、100 mg/kg、300 mg/kg、500 mg/kg、1 000 mg/kg的SDS溶液及摩尔分数为0、0.5%、1.0%、3.0% 的THF溶液体系下,水合物法分离摩尔分数为59%的CO₂和摩尔分数为41%的N₂混合气的实验。实验结果表明：SDS能够提高水合物的生成速率及储气密度,随着SDS浓度的增大,CO₂分离率与N₂损失率都呈现先增大后减小的趋势,分离因子呈现先减小后增大的趋势,在初始压力为5.0 MPa、温度为1.4 ℃的情况下,SDS浓度为0～100 mg/kg时水合物分离效果较佳;THF有效地降低了水合物的相平衡压力,THF本身生成Ⅱ型水合物并占据水合物的大孔穴,CO₂优先于N₂占据水合物的小孔穴,当初始压力为4.8 MPa、温度为1.4 ℃时,THF摩尔分数约为1.0%时能够较好地改善水合物的分离效果。     

含低剂量抑制剂的四氢呋喃水合物生成过程

在-5℃以下和常压条件下,以四氢呋喃(THF)水溶液(THF与水质量比为21∶79)为基础,采用金相显微镜研究了THF水合物的生成过程。实验结果表明,含有0.5%(w)抑制剂VC-713时,在9.4℃过冷度下需要温度突降才能激发生成THF水合物;THF水合物生成时先呈条状或枝状晶枝,之后水合物在晶枝之间填充,最终在观察区域内THF水合物呈絮状;实验条件下THF水合物形成迅速,在75 s内全部生成;随着过冷度和晶核的增加,初期生成THF水合物的反应速率较慢,随后反应速率迅速加快;不含抑制剂VC-713时,THF水合物可在9.4℃过冷度下迅速生成,水合物晶枝出现后,迅速以已有晶枝为中心扩展至整个观察区域。     

影响二氧化碳水合物生成特性的实验研究

在小型水合物反应装置上研究了纯水、四丁基溴化铵(TBAB)、四氢呋喃(THF)三种不同水合体系对二氧化碳水合物生成过程的诱导时间、气体消耗速率及反应最终压力等特性的影响。结果表明,设定温度在0℃～3℃范围内时四丁基溴化铵体系中生成水合物的诱导时间最长,受温度影响最大,而水合反应气体消耗速率最大;四氢呋喃体系中生成水合物的诱导时间最短,受温度影响最小,而水合反应气体消耗速率最小;四丁基溴化铵、四氢呋喃体系反应最终压力略高于纯水体系。较高温度范围内THF体系对水合物生成特性的影响明显优于其他两种。     

活性炭+THF溶液体系中CO2水合物生成特性研究

水合物法捕集CO₂具有储气量大、生成条件温和等显著优点，应用前景广阔。提高水合物生成速率和CO₂气体消耗量是该方法需解决的关键问题。在活性炭+THF溶液体系中开展了CO₂水合物生成特性研究，探究了THF溶液浓度(物质的量分数，下同)、THF溶液饱和度对CO₂气体消耗量的影响，并通过可视显微实验研究了活性炭+THF溶液体系中CO₂水合物的生长形貌特征。研究结果表明，相比于THF溶液浓度为5.56%的体系，活性炭+THF溶液体系(THF溶液浓度为5.56%、溶液饱和度为100%)的CO₂气体消耗量增加了59%；当THF溶液饱和度为100%时，提高THF溶液浓度可以有效促进水合物生长，在THF溶液浓度为5.56%的条件下，CO₂气体消耗量达到总CO₂气体消耗量90%所需的时间(t90)最短(106.67 min)。活性炭+THF溶液体系中的CO₂水合反应由气体吸附和水合物生长两个阶段组成，水合物最...     

SDS和THF对水合物法捕集模拟烟气中CO2的影响

采用搅拌式反应釜水合物生成实验装置研究动力学促进剂十二烷基硫酸钠(SDS)和热力学促进剂四氢呋喃(THF)对水合物法捕集CO_2的影响,用摩尔分数为25%的CO_2和75%的N_2混合气模拟烟气,分别探究不同浓度的SDS和THF对分离效果的影响;在此基础上,研究了不同初始压力、反应温度对分离效果的影响。结果表明,SDS和THF的存在都能提高CO_2回收率,但同时会降低分离因子。设定初始温度为3.5℃,初始压力为9.2 MPa时,加入质量分数为0.01%的SDS溶液后,CO_2回收率较纯水中增大了4.3%,分离因子较纯水中降低了44.8%;设定初始温度为6.5℃,初始压力为3.7 MPa时,加入摩尔分数为0.5%的THF溶液后,CO_2回收率较纯水中增大了30.4%,分离因子较纯水中降低了72.8%。在实验条件下,适宜的SDS质量分数为0.01%～0.05%,THF摩尔分数为0.5%～2%,初始压力的增加可以有效缩短水合反应的诱导时间,增大储气密度、CO_2回收率和分离因子,降低温度能有效提高分离效果。     

THF+TBAB+SDS对含氧煤层气水合物生成促进的实验研究

由于生成条件比较温和、含气率较高、储存稳定、耗能低、再分解简单可控、水合物晶体仅包含水和甲烷的优点,水合物法已成为一种有吸引力的分离含氧煤层气的新方法。实验研究了THF+TBAB+SDS体系中煤层气水合物生成的热力学参数及诱导时间的变化规律,获得了相应的相平衡数据。结果表明:THF+TBAB+SDS对煤层气水合物生成的热力学促进作用明显好于单一组分添加剂;并且THF、TBAB混合后,对煤层气水合物生成热力学起主要促进作用的为THF;三种添加剂混合后,记忆效应对煤层气水合物生成诱导时间影响不明显。     

多孔介质与SDS复配对甲烷水合物生成的影响

采用不同质量的氢氧化铝、氢氧化锌、氢氧化铁和氢氧化铜颗粒模拟多孔介质环境,并与十二烷基硫酸钠(SDS)进行复配,考察了该体系在275 k和6 MPa的条件下天然气水合物的情况。结果表明:在该体系中,随着多孔介质质量的增加,体系的渗透率增大,导致了该体系中水合物的耗气量和储气密度随之增长;两性氢氧化物在SDS溶液中便面会产生带点电荷,吸引着SDS活性集团,促进了水合物的生成;SDS的加入降低了溶液的界面表面张力,增强了气液两相间的接触,有助于水合物的生成。因此多孔介质与表面活性剂复配体系能够促进水合物的生成,并且提高多孔材料的渗透率能有效提高储气量。     

~(13)C固体核磁共振法测定CH_4-THF二元水合物的微观结构特征

认识天然气水合物的微观结构特征对于研究其形成机理和储运技术具有重要的意义。为此,采用~(13)C固体核磁共振(SSNMR)技术分析了四氢呋喃(THF)水合物和CH_4—THF二元水合物的笼型结构特征,确定了后者的结构类型和客体分子分布特征,并获得了后者客体分子的笼占有率和水合指数。实验结果表明:①纯THF水合物的2个共振谱峰的化学位移分别为668.3和δ26.1,其THF分子填充在Ⅱ型水合物大笼(5~(12)6~4)中;②CH_4—THF二元水合物和纯THF水合物一样,同为Ⅱ型结构,其THF分子仅填充在大笼(5~(12)6~4)中,笼占有率为0.994 8,而CH_4分子仅占据小笼(5~(12)),笼占有率较低,仅为0.482 5;③由于CH_4分子填充率较低,二元水合物的水合指数为8.67,明显大干理想值(5.67),水合物储气量较小;④CH_4—THF二元水合物中客体分子笼占有率的大小与水合物的生成条件(温度、压力)及制备方法(反应状态、时间等)有关,改变水合物的形成条件,在一定程度上可以调节笼型水合物客体分子的笼占有率,从而提高水合物的储气密度。     

喷射方式下表面活性剂对水合物生成实验研究

气体水合物的高效快速生成是利用水合物方式储运相关气体的关键。水合物的生成受气体组成成分、反应温度与压力、水-气接触方式和添加剂等诸多因素的控制。这些因素制约着水合物的生成结构类型、反应速度和含气量等物理化学性质。从结晶的过程考核气体水合物的生成包括溶解、成核与晶体生长3个阶段，其中成核过程是控制水合物生长的关键因素，一旦成核水合物即可在临界晶核母体上快速生成。为此，利用高压水合物生成装置,在喷射方式下添加表面活性剂进行了不同压力、温度下天然气水合物生成的实验，测定了纯水与添加剂溶液中天然气水合物的生成过程及其特性。通过实验数据与结果分析,得出表面活性剂SDS不但可以加快天然气水合物生成速度，同时还可提高其含气量，并初步分析了喷射方式下表面活性剂促进水合物生长的机理。这些研究对解决实际生产问题具有指导意义，并将促进气体水合物储运应用技术的发展。     

Kinetics of (TBAF + CO2) semi-clathrate hydrate formation in the presence and absence of SDS

In this communication, the impacts of adding SDS (sodium dodecyl sulfate), TBAF (tetra-n-butylammonium fluoride) and the mixture of SDS + TBAF on the main kinetic parameters of CO₂ hydrate formation (induction time, the quantity and rate of gas uptake, and storage capacity) were investigated. The tests were performed under stirring conditions at T = 5 ℃ and P = 3.8 MPa in a 169 cm³ batch reactor. The results show that adding SDS with a concentration of 400 ppm, TBAF with a concentration of 1–5 wt%, and the mixture of SDS + TBAF, would increase the storage capacity of CO₂ hydrate and the quantity of gas uptake, and decrease the induction time of hydrate formation process. The addition of 5 wt% of TBAF and 400 ppm of SDS would increase the CO₂ hydrate storage capacity by 86.1% and 81.6%, respectively, compared to pure water. Investigation of the impact of SDS, TBAF and their mixture on the rate of gas uptake indicates that the mixture of SDS + TBAF does not have a significant effect on the rate of gas uptake during hydrate formation process.     

Natural gas hydrate formation dynamics in a diesel water-in-oil emulsion system

Abstract

Although gas hydrate is an excellent clean fuel and energy storage form, its natural generation rate is very slow. The key to accelerate the industrialization is to find an appropriate promotion method. In this paper, Span80 and Tween80 were used to study the rapid formation technology of hydrate in diesel water-in-oil emulsion at 275.15 K and 7?MPa. Firstly, hydrate formation in different water cut systems was studied. Results show that hydrate with higher water cut has a faster formation rate and a higher gas storage density, and the system has the shortest induction time with a 40% water cut. The addition of PEG400 and SDS to the original emulsion system resulted in higher gas densities and denser hydrates. Moreover, the addition of emulsifier can reduce the interfacial energy and form a stable interface membrane. Gas storage density also reflects the same phenomenon. Finally, the double electron layer structure formed by different charged ions can also make the emulsion system more stable and promote hydrate formation. Hydrate can be rapidly formed in the diesel water-in-oil emulsion system, which has a great reference value for the future hydrate storage and transportation.     

Experimental study and modeling of the kinetics of gas hydrate formation for acetylene,ethylene, propane and propylene in the presence and absence of SDS

The kinetics of hydrate formation of the hydrocarbons acetylene, ethylene, propane, and propylene were investigated using a fully stirred batch reactor. In relation to hydrate formation, a kinetic model was used to determine the induction time, the rate of hydrate formation, the apparent hydration rate constant, water-to-hydrate conversion associated with hydrate growth as well the storage capacity. This was done for all gases investigated in this study. Experiments were performed in the temperature and pressure ranges of (273.7–280.0) K and (0.5–4.12) MPa, respectively. Furthermore, the effect of sodium dodecyl sulfate (SDS) on the gas hydrate formation rate was examined. A substantial growth in the hydrate nucleation rate was observed in the presence of SDS.     

低温下水合物促进剂SDS及SDBS溶液表面张力研究

由于阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）能够降低气液界面张力,增大气体溶解度,从而起到促进水合物生成的作用.通过实验室考察SDS和SDBS的表面张力在低温条件下的变化规律,并测定最低表面张力时对应浓度.     

结晶法制备天然气水合物实验研究

由于天然气水合物的生成过程与盐溶液结晶过程极为相似,采用饱和溶液提供第二相晶种代替水合物晶核自发形成的方式,首次提出了基于饱和溶液结晶法制备天然气水合物的方法,实验研究了饱和Na2SO4溶液、饱和MgSO4溶液、饱和NH4HCO3溶液、饱和CuSO4溶液四种饱和溶液对天然气水合物生成速度及储气量的影响。结果表明：饱和Na2SO4溶液中天然气水合物生成速度较快,平均为去离子水中水合物生成速度的11.8倍,最大瞬时生成速度为去离子水的386倍,储气量为去离子水的11倍;饱和MgSO4溶液中水合物平均生成速度为去离子水的20倍,最大瞬时生成速度为去离子水的165倍,储气量为去离子水的7.2倍;饱和NH4HCO3溶液中水合物的平均生成速度为去离子水的7.8倍,储气量为去离子水的10倍,饱和CuSO4溶液中水合物平均生成速度为去离子水的8.6倍,储气量为去离子水的6.7倍。采用饱和溶液结晶法后可以实现高效制备天然气水合物,可为天然气以水合物的形式运输储存提供理论指导。     

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。     

超低浓度羟丙基胍胶压裂液体系的研制及在苏里格气田的应用

天然气水合物(NGH)储量巨大,是新世纪的一种重要能源,研究NGH的开发、运输储存和利用具有极其重要的意义。介绍了NGH技术现状概况、生产工艺、储存和运输方法,并对NGH与液化天然气(LNG)技术进行了对比分析,认为与其他天然气储运技术相比,天然气水合物是一种高效、经济和安全储运方式。并对其应用前景进行了展望。     

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。