天然气水合物生成历程研究和抑制剂效果考察

利用RC1e量热反应仪,采用在线分析技术,对四氢呋喃水合物形成的历程行为进行了研究。结果显示：四氢呋喃同水构成的二组分体系形成历经成核诱导、成核和生长过程,过程中温度和热量的变化,可以确定成核点。利用自行设计制造的天然气水合物模拟生成装置考察了添加抑制剂对水合物形成过程的影响。通过对比添加热力学抑制剂和动力学抑制剂条件下水合物的生成情况,得出普遍情况下热力学抑制剂可以将水合物的生成时间延缓3～5 h,而动力学抑制剂则在降低80%用量的情况下将水合物的生成时间延缓10 h以上。最后结合实验结果,对两种抑制剂的抑制机理进行了分析和预测。     

添加剂对静态条件下HCFC-141b水合物生成的促进作用

本文针对静态条件下水合物形成诱导时间长、生长缓慢、随机性大的问题,实验研究了静态系统中HCFC-141b(R141b)制冷剂水合物的生成促进技术以及表面活性剂SDS、Cu丝对HCFC-141b水合物形成的促进作用。研究结果表明SDS和Cu丝可大幅缩短HCFC-141b水合物形成诱导时间,促进静态条件下水合物的快速生成。实验发现SDS+Cu丝促进体系中的SDS添加量存在最佳质量浓度,SDS的最佳质量浓度为0.1%,在此条件下水合物形成平均诱导时间约为1.3 h,水合物生成重复性好,生成的水合物密实。     

表面剂对HCFC141b的静态水合反应的作用

为了实现静态下水合物的快速生成,以促进水合技术的应用,通过同时添加NdFeB合金与十二烷基硫酸钠(SDS),在静态下成功实现了HCFC141b的快速水合反应.文章着重分析了SDS对此水合过程中诱导时间以及水合物的生长区域的影响,通过假定与分析,认为SDS会抑制水合反应的成核过程,但是会促进成核后的水合物生长过程,而NdFeB合金则能够强烈促进成核过程,两者配合实现了快速的水合反应;并提出了选择表面活性剂的一些定性的限制.     

活性炭对THF水合物储氢特性影响的实验研究

该实验利用高压水合物实验研究装置,在恒容条件下,研究了温度为1℃、压力分别为6.4 MPa、7.4MPa和8.4 MPa、四氢呋喃(简称THF)摩尔浓度为5.0％时,活性炭对THF水合物储氢特性的影响.研究结果表明,不加活性炭时的平均诱导时间为333 min,加活性炭时的平均诱导时间为250 min,所以活性炭可以在高...     

带引射循环的HFC134a气体水合物蓄冷实验研究

气体水合物蓄冷是一种安全高效的、适用于空调工况的蓄能技术,为加快HFC134a气体水合物的生成速度,采用一种新型引射器装置来增强反应物混合和扰动.通过对有引射循环与无引射循环两种不同蓄冷工况的实验对比,证实了引射比对成核过冷度和成核引导时间有应变关系,当引射比范围在0.3～0.4之间时,引射循环能有效减小成核过冷度1.5℃,水合物生成时间缩短20～30min,最佳引射比与形成气体水合物的物质质量比接近.水的初始状态对成核过冷度和成核时间有明显影响,形成过水合物的水再次生成水合物的成核时间缩短6～8min,成核过冷度减少1～2℃.     

新型蓄冷工质——异丁烷水合物生成特性的实验研究

为探讨新型蓄冷工质--异丁烷水合物快速牛成的影响因素,利用自行设计的小型搅拌式水合物制备系统,在定容法实验条件下,比较不同水量、搅拌速率、初始冷媒温度、水样条件下水合物的生成特性.实验结果表明:水量为200mL时,有着较大的气液空间比,利于水合物的生成;适当的搅拌速率增加扰动,有效改善气一水体系传质力,利于水合物生成,但搅拌速率过大易使水合物分解;初始冷媒温度越低,过冷度越大,水合物生成量越多;历史水具有"记忆效应",诱导时间最短;相对于历史水和蒸馏水,水合物在自来水中总生成量不多.     

针翅换热管对蓄冷用气体水合物生长过程的强化

为了促进蓄冷过程中气体水合物在换热管外的生长，对比研究了冰、THF和HCFC141b气体水合物在光管和针翅管外生长的过冷度、诱导时间和生长速度。研究表明，相对于光管，针翅管对冰、THF气体水合物和HCFC141b气体水合物的生长过程均具有良好的强化作用（减小过冷度、缩短诱导时间和加快生长速率）。对于针翅管本身来说，内外双翅式针翅管比外翅式针翅管可以更大幅度地强化生长过程。     

促进剂对气体水合物增长期内生长速率的影响

气体水合物是一种新型空调蓄冷介质,但由于诱导期长、过冷度大和生长缓慢的问题限制了其工程应用。本文采用均相成核方法,研究促进剂对水合物增长期内的生长速率的影响。实验研究无促进剂和添加了质量浓度为0.1%的十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、四丁基溴化铵(TBAB)、四氢呋喃(THF)和全氟烷基醚醇铵盐型阴离子Intechem-01(FC-01)的样品在3℃下HCFC-141b水合物增长期内的生长情况。结果表明:在水合物增长期内,热力学促进剂TBAB、THF对水合物生长速率提高作用较小,而动力学促进剂表面活性剂SDS、SDBS和FC-01明显提高生长速率,其中FC-01效果最佳;分析表面活性剂混合液的液滴尺寸,FC-01对HCFC-141b的分散及稳定性最好,液滴平均尺寸稳定在约350 nm,这也说明对客体材料分散及稳定性优异的动力学促进剂能显著提高水合物增长期内生长速率。     

气体水合物蓄冷主要影响因素实验研究

在一台可视化蓄冷槽容积达0.16m3的蓄冷实验系统上进行了HCFC-141b水合物蓄冷实验研究.结果表明:促晶扰动在水合物生成中至关重要,即使在较高温度,只要连续促晶水合物也能生成;冷媒流量越大,冷媒温度越低,水合物越容易生成,蓄冷量也越大;喷淋作用和反应历史的作用对水合物结晶温度和蓄冷量影响不大.     

进气方式影响CO2水合物喷雾合成的实验研究

为探讨进气方式对二氧化碳水合物生成特性的影响,利用自行设计的喷雾强化水合物制备实验系统,分析和比较连续式进气和振荡进气两种进气方式下喷雾合成水合物的耗气量和反应釜内温度的变化,研究其生成特性。实验结果表明:采用振荡进气方式,相对连续进气方式,单位时间内耗气量更多,生成的水合物速率更快。该方式下可以产生较大的驱动力,这种气体间变化性的扰动,使得水合物快速生长。在前期溶解阶段,适当调节进气阀门,加大进气速率,利于水合物生长。     

气体水合物结晶引导时间和结晶区域的实验研究

本文对制冷剂HFC152a,HFC134a,HCFC141b所形成的单一气体水合物和混合气体水合物在不同外部条件下的结晶引导时间和结晶区域进行了实验研究,实验表明,气体水合物的结晶引导时间在水浴温度在3度到4度之间时,变化最大,在这个温度范围内,水浴温度每降低1度,引导时间缩短了约10分钟,水浴温度降到3度以下时。引导时间变化比较平缓,致冷剂的比份为20％＝25％之间时,引导时间变化最大,比份每降低一个百分点,引导时间约减小1分钟,同时实验研究了水合物的结晶区域,发现扰动速度是影响水合物结晶成核的一个重要因素,扰动速度只有超过200rpm时,结晶才有可能发生。     

静态条件下氨基酸对HCFC-141b水合物生成的促进

为了促进水合物在静态条件下快速生成,选择含有疏水脂肪异丁基侧链的L-亮氨酸来研究其对HCFC-141b水合物生成的促进效果.研究结果表明添加适量的L-亮氨酸可大幅度缩短HCFC-141b水合物形成诱导时间,提高水合物生成的稳定性.添加质量浓度1.5wt％的L-亮氨酸促进效果最好,水合物生成平均诱导时间为70 min,诱...     

环戊烷水合物生长过程实验研究

实验研究了环戊烷水合物形成过程,实验结果表明水合物相变过程包含降温、晶核诱导、水合物快速生长和水合物缓慢生长几个过程,其中晶核形成诱导期和生长期呈现出随机性的特点。水合物的形成首先出现水-环戊烷的的界面处,并向下生长。在水合物形成的最后阶段,水合物沿着铜管爬升生长,充满整个蓄冷器。     

锰及其硅化物在Si(100)表面的反应外延生长

采用超高真空分子束外延-扫描隧道显微镜(UHVMBE-STM)系统研究了不同温度下锰及其硅化物在Si(100)-2 ×1重构表面上的外延生长情况.实验结果表明当生长过程中衬底温度控制在室温到135℃时,生成大小基本一致的锰纳米团簇;当衬底温度达到210℃时锰与硅开始发生反应,形成硅化物,并有纳米线结构出现;当衬底温度达到330℃时,纳米线完全被棒状物或不规则的三维岛状硅化物取代.随着沉积时衬底温度升高,生成物的成核密度与生长温度的关系与经典的二维岛成核理论相符合.     

表面活性剂促进气体水合物生成的研究

天然气水合物被公认为21世纪的重要后续能源,其生成与压力、温度、气水接触面积以及添加剂等因素有关。文章概述了表面活性剂的基本性质,并从改变反应液的表面张力、形成胶束、改变水合物形貌等方面总结了表面活性剂对促进水合物生成的影响,提出了其促进水合物生成的机理。对于未来的研究,我们不仅要观察水合物的形态,也要从水合物膜的内部结构分析表面活性剂对水合物的生成影响,为水合物生成机理形成统一的认识和气体水合物进一步发展提供参考。     

纳米碳管强化水合物导热的研究

实验研究了不同温度（258．15K～270．15K）、不同纳米碳管含量（0．1wt％～10wt％）以及有无分散剂十二烷基硫酸钠（Sodium Dodecyl Sulfate，SDS）情况下四氢呋喃（Tetrahydrafuran，THF）水合物的导热系数。结果表明：THF水合物的导热系数随纳米碳管含量的增加而显著增加，纳米碳管的加入并没有改变THF水合物导热系数随温度的玻璃体变化特性。在纳米碳管质量分数一定时，随着温度的升高，THF水合物导热系数增大的速率越来越快。对于含纳米碳管的THF水合物，不加分散剂时的导热系数比加分散剂的导热系数低，但高于纯THF水合物的导热系数。     

纳米流体中CO_2水合物生成特性实验研究

在自行设计的小型气体水合物反应装置上进行了纳米流体中CO2水合物生成特性的实验研究,探讨了纳米粒子的种类、粒径和质量分数对CO2水合物生成特性的影响。研究发现,与纯水相比,纳米粒子Cu O和Si O2增加了CO2耗气量,但延长了气体水合物生成的诱导时间。金属纳米粒子Cu和金属氧化物纳米粒子Al2O3对CO2水合物生成的诱导时间和耗气量有明显改善。对不同粒径的Al2O3纳米粒子对气体水合物生成特性的研究发现,30 nm的Al2O3纳米流体对水合物生成特性影响最大。与纯水相比,0.1%-30 nm-Al2O3纳米流体中水合物生成的诱导时间缩短了76.9%,耗气量增加了23.2%。CO2水合物耗气量随着Cu粒子质量分数的增加先增加后减少。最后进行了纳米粒子对CO2水合物生成特性的影响的理论分析。     

3A型分子筛对四氢呋喃水合物分解的影响

在常压下，将粉碎并筛分后的成型3A分子筛粉加入四氢呋喃-水（二者质量比为19：81）体系中，然后将体系温度从室温降低到零下5度，等水合物形成后将体系温度回升，用显微镜观察四氢呋喃水合物的生成及分解过程，并与未加3A分子筛的体系进行比较。结果发现，THF水合物的分解过程可以分为大概2个阶段，即客体分子脱离区和晶体分解区；同时，3A分子筛的加入能够显著降低四氢呋喃水合物的分解温度，降低的幅度约为0．6℃。     

超疏水铜网的制备及其在油水分离中的应用

将铜网浸渍于一定浓度的氯化铜和硫代硫酸钠的混合液中反应一定时间,从而在铜网表面构筑了微米级颗粒粗糙表面,并用一定浓度的正十二硫醇对其进行疏水修饰,制备出了具有超疏水特性的铜网。并探讨了浸渍温度、浸渍时间、浸渍液配比、修饰浓度、修饰时间对铜网疏水性的影响。在浸渍温度50℃,浸渍时间4h,浸渍液配比1∶1,修饰浓度10mmol/L,修饰时间10min的条件下得到了疏水性最好的铜网。用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、接触角测量仪对所制备的铜网表面形貌、化学组成、疏水性能进行了表征,并用4种油水混合物探究了所制备铜网的分离效果。结果表明,所制备的铜网具有超疏水性,接触角可达154°,并且成功应用于不同油水混合物的分离,分离效率均在96%以上。     

雾流强化CO_2水合物形成特性实验研究

基于雾流强化技术,在喷雾反应器中进行了CO_2水合物生成特性的实验研究,探讨了反应釜内温度、压力和夹套内冷却液温度以及缓冲气罐的使用等对CO_2水合物生成特性的影响。研究发现,与在静态条件下生成CO_2水合物相比,雾流强化过程中的压降幅度更大,CO_2水合物生成速率更快。喷雾法将水以喷雾的形式送入气体,使水颗粒与气体的接触程度明显提高。实验结果表明,在相同工况下,增置缓冲气罐时,CO_2水合物生成结束时间是20 min左右,而未使用缓冲气罐的是40 min左右。缓冲气罐的稳流稳压作用使CO_2气体均匀、稳定地进入雾化系统,增强雾化效果,使水合物生成速率提高一倍。研究结果为CO_2水合物的生成特性分析和工程应用提供了重要参考依据。