SDS与AEP的复配体系下天然气水合物生成分析

在天然气水合物储运技术的运用中,添加表面活性剂是一种被广泛应用的高效促进水合物形成的方法,其中表面活性剂的复配体系对天然气水合物生成的促进影响也是一个重要的研究方向。针对天然气水合物的大量快速制备,在初始压力7 MPa和2℃恒温条件下采用不同质量浓度的十二烷基硫酸钠（SDS）和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯（AEP）进行复配,观察不同质量浓度的复配体系对天然气水合物生成速率以及吸气量的影响。结果表明：在AEP溶液中,最终吸气量随着溶液质量浓度的增加而增加;但是由于壁垒效应的存在,阻碍了气体进一步溶解进入溶液中,延缓了水合物的生成,使得AEP溶液中水合物的生长速率与最终吸气量要低于SDS溶液;在SDS与AEP共同作用下,复配体系下水合物的生成速率与吸气量要大于单一体系下水合物的生成速率与吸气量。     

二氧化碳水合物快速生成方法研究进展

气体水合物具有很多优点,却没有大规模的工业化利用,最主要的问题是生成二氧化碳水合物速率缓慢,阻碍了水合物法技术的应用,因此最大程度地提高其生成速率是气体水合物技术得以成功应用的关键。最常见快速生成二氧化碳水合物的方法是加入促进剂,而不同种类和浓度的促进剂对二氧化碳水合物生成速率的作用效果不同。故本文主要概述二氧化碳水合物快速生成的方法,从动力学促进剂、纳米流体以及离子促进剂进行分析, 分别总结了它们对水合物的生成机理。分析了十二烷基硫酸钠（SDS）、纳米石墨、氯化钠三者单独作用时及三者和不同促进剂复配时对二氧化碳水合物的诱导成核时间、生成速率、相平衡、表面张力等方面的影响。最后指出：单一的促进剂都存在最佳浓度,但其会随着不同温度、压力等多种因素的改变而改变,以及不同种类的促进剂复配时存在协同作用且生成效果比单一的好,揭示不同温度、不同压力时最适宜的单一促进剂对水合物生成影响的规律及找出最适宜提高水合物生成速率的促进剂是今后研究的重点方向。目前各种单一的及复配的促进剂对水合物的生成影响尚未形成完整的体系,需要进一步研究。     

表面活性剂对甲烷水合物生成影响研究进展

由于甲烷水合物在自然条件下的生成存在着诱导期时间过长,晶体生长速率过慢等问题,导致其工业化制备受阻,在分析了众多促进水合物生成的研究后,综述了表面活性剂作为高效促生成化学试剂,其复配使用和与多孔介质的协同作用对甲烷水合物生成的影响,并分析了胶束的产生对甲烷水合物生成的促进因素,完整地归纳了表面活性剂溶液中水合物生成的动力学模型。最后提出,表面活性剂分子的结构性质与其在溶液中发生的复杂电化学行为对甲烷水合物生成的影响还需进一步的证明与探讨;表面活性剂分子间的相互作用是否存在着提高表面活性剂活性强度仍需作进一步研究。     

多孔介质与SDS复配体系中天然气水合物生成过程分析

天然气水合物巨大的储量和本身高储气量的特点,决定了其在能源和工业领域的重要作用。自然界中水合物赋存于沉积层多孔介质的孔隙中,因而研究其在多孔介质条件下的基础物性和快速生成,对水合物的工业应用具有重要意义。为此,本文采用了不同粒径的多孔氧化铝颗粒和实心二氧化硅颗粒,并将其与十二烷基硫酸钠(SDS)溶液进行复配,研究该体系中275.15K和7MPa条件下水合物的生成情况。结果表明:多孔介质与SDS复配体系中生成水合物的储气量大于纯SDS溶液中,二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒分别在促进水合物成核和提升储气量方面效果显著;实验条件下颗粒粒径对于水合物生成的压降过程和相平衡条件影响不大;实验所处p H条件下,氧化铝表面会因为水解带正电,二氧化硅表面则会在极化和水合作用的共同影响下带负电,带电表面和SDS的相互作用能够促进水合物的生成;多孔介质孔隙产生的毛细作用力及其对体系传热条件的改善有助于水合物的贴壁生成。因此可以认为多孔介质与表面活性剂复配体系对水合物生成的促进效果明显,并且将多孔材料作为水合物生成的基质是一种提高储气量的有效方法。     

SDS溶液与APG溶液对天然气水合物生成的协同作用

天然气是一种潜力巨大的清洁能源,但是其工业化生成技术仍面临较大的困难。表面活性剂作为一种工业催化剂能对天然气水合物的生成有着明显的促进作用。为研究不同表面活性剂下天然气水合物生成特点,采用静态条件下天然气水合物的实验方法,对SDS表面活性剂溶液与APG表面活性剂溶液以及他们的混合溶液进行天然气水合物生成实验。结果表明:APG与SDS混合溶液中生成的天然气水合物稳定性介于纯SDS溶液中生成的天然气水合物和纯APG溶液中生成的天然气水合物之间;APG与SDS溶液的协同作用能够明显地改变溶液表面张力,并且3种溶液下水合物生成的动力学数据与3种溶液的表面张力数据有着类似的变化规律。     

阳-阴离子表面活性剂复配对褐煤疏水改性效果的研究

对不同配比下阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)和阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)复配溶液的性质进行了测量与计算,并测定了褐煤吸附复配表面活性剂后的润湿热值、水分复吸率值、红外光谱和Zeta电位值。结果表明:复配表面活性剂在降低表面张力的效能和效率方面均表现出协同作用,且通过润湿热值和水分复吸率值可以看出,对比单一表面活性剂,褐煤吸附复配表面活性剂后润湿热值与水分复吸率值都有明显的降低;通过红外光谱和Zeta电位值证明了复配表面活性剂对褐煤的作用效果和方式。表面活性剂复配体系相比相应的单一表面活性剂对于褐煤的疏水改性效果表现出明显的协同作用。     

表面活性剂在叶面肥中的应用与进展（续完）

4　表面活性剂复配与协同效应一种表面活性剂与另一种表面活性剂或者无机物、有机物、高聚物进行复配后 ,其溶液物理化学性质会发生明显的变化 ,表面活性优于单一组分的活性 ,这种现象称为表面活性剂的协同效应( Synergism) ,或增效作用、复合效应。表面活性剂复配后的协同效应主要表现在降低表面张力的效率、能力以及形成胶团能力等三方面。复配表面活性剂通常比单一表面活性剂具有更高的表面活性 ,其性质甚至是原组分本身不具有的 ,明显提高了表面活性剂的利用价值 ,因此 ,在实际应用中 ,很少使用单一的种类 ,一般选择根据不同目的复配而…     

静态条件下表面活性剂促进HCFC–141b水合物生成

为了研究不同类型表面活性剂对HCFC–141b (CH3CCl2F)水合物生成的影响,在静态条件下研究了脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO–9)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)和吐温80(Tween80) 3种表面活性剂对HCFC–141b水合物形成诱导时间、生成速率和蓄冷量的影响。结果表明过冷度越大,越有利于水合物的生成。AEO–9、AES和Tween80的最佳添加量分别为w=2.5%、0.1%和2%,在0.2℃实验条件下对应的HCFC–141b水合物生成诱导时间分别为63、67和89 min,该条件下HCFC–141b水合物的蓄冷量分别为167.74、122.47和202.73 kJ×kg~(-1),水合物平均生成速率分别为3.97、2.70和4.12 kJ×kg~(-1)min~(-1)。AEO–9有利于HCFC–141b水合物成核,Tween80更有利于水合物生长和提高蓄冷密度。非离子表面活性剂AEO–9和Tween80促进HCFC–141b水合物生成机理主要是胶束理论,而阴离子表面活性剂AES对HCFC–141b水合物形成促进主要是吸附作用,AEO–9和Tween80对HCFC–141b水合物生成的促进作用比AES好。     

气液比对表面活性剂复配促进甲烷水合物生成影响

气液比作为影响天然气水合物快速、大量生成的关键因素,有必要对其深入研究。利用天然气水合物装置,设定初始压力为6 MPa,温度为275.15 K,研究了十二烷基硫酸钠(SDS)与烷基多糖苷(APG1214)复配溶液体系在不同气液比条件下对天然气水合物生成影响。结果表明,合理的选取气液比能增强水合物的储气能力以及生成速率,4.00为其最佳气液比,最终储气密度可达到110.2(V/V),实验初始气液比的大小会影响水合物的生成过程,增加气液比能增加水合物的生成速率。因此,合理地将表面活性剂复配以及选取气液比,可显著提高水合物生成速率与储气能力。     

煤层气水合化的基础研究

自行设计制造了一套可用于煤层气水合物生成与分解的可视化实验系统,利用该实验系统研究了阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和多孔介质煤对煤层气水合物生成的影响,进行了煤层气水合物生成相平衡参数和分解热力学方面的研究。结果表明:表面活性剂的加入促进了水合物的生长,但水合物的生成情况与表面活性剂的种类和浓度有关;表面活性剂的加入有效地改变了水合物生成的热力学条件;水合物分解过程所需热量较多,证实了利用煤层气水合化技术预防煤矿煤与瓦斯突出以及进行煤层气固化储运的可行性。     

促进天然气水合物生成因素的研究进展

介绍了几种促进天然气水合物形成的方法,综合阐述了吸附材料、添加表面活性剂、构造多孔结构、外加磁场、水合物记忆效应等方法对水合物生成的影响。通过分析不同促进天然气水合物生成方法的特点,如:纳米材料可以加快传热传质、增大气液接触面积,使用表面活性剂可以减小水分子表面张力、增大气体溶解率,盐类离子和合适的表面活性剂搭配使用可以促进水合物晶核形成,微波等外加磁场可以加快晶核形成等,为进一步研究天然气水合物开发和生成提供理论基础。     

促进天然气水合物生成因素的研究进展

介绍了几种促进天然气水合物形成的方法,综合阐述了吸附材料、添加表面活性剂、构造多孔结构、外加磁场、水合物记忆效应等方法对水合物生成的影响。通过分析不同促进天然气水合物生成方法的特点,如:纳米材料可以加快传热传质、增大气液接触面积,使用表面活性剂可以减小水分子表面张力、增大气体溶解率,盐类离子和合适的表面活性剂搭配使用可以促进水合物晶核形成,微波等外加磁场可以加快晶核形成等,为进一步研究天然气水合物开发和生成提供理论基础。     

水合物形成促进剂研究进展

添加促进剂是高效制备水合物的研究热点,促进剂及其添加量对水合物生成效果至关重要。本文主要从热力学促进剂和动力学促进剂两大类型进行分析：总结了可溶水相热力学促进剂和不可溶水相热力学促进剂的浓度对水合物形成相平衡的影响;从表面活性剂、纳米粒子和相变材料等添加剂,阐述了动力学促进剂添加量对水合物生成诱导时间、储气量和生成速率等方面的影响。促进剂都存在最佳浓度的添加量,并且不同类型促进剂复配更有利于水合物生成。目前添加促进剂后水合物形成机理的研究大多从宏观现象推测,部分学者通过拉曼光谱、X射线衍射和显微观察探索分析促进剂对水合物形成的微观影响,这方面研究有待于进一步开展。添加量作为水合物形成促进剂的重要指标,研究者应得到水合物形成促进剂的最佳浓度与所研究对象的关联性。     

柴油低温流动改进剂复配研究

本实验采用抚顺石油二厂催化裂化柴油为研究对象，合成不同降凝剂以及降凝剂与表面活性剂的复配物，考察其对柴油冷滤点的影响。结果表明：柴油低温流动改进剂的复配物可使柴油冷滤点明显降低，最多可下降9℃。将表面活性剂同降凝剂复配以后，复配物的降滤效果明显提高。实验中还发现一些非离子表面活性剂可降低柴油冷滤点，查看其结构发现这些非离子表面活性剂具有降凝剂的特征结构，可以认为它们是柴油低温流动改进剂。     

协同效应对复配体系表面化学性能及聚集体的影响

将N-月桂酰基谷氨酸钠(SLG)分别与十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)和十二烷基甜菜碱(BS-12)以不同比例混合,研究不同类型表面活性剂之间的相互作用对表面化学性能和形成胶束的影响。通过规则溶液理论研究了不同摩尔比的复配体系的表面化学性质,使用激光光散射表征复配体系的胶束分布和平均流体力学半径,使用荧光探针法测量复配体系的微极性和胶束聚集数。结果表明,两个复配体系均表现出全面增效的协同作用,均在SLG摩尔分数x=50%时表现出最佳协同效应,并且阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂之间具有更强的作用力。SLG/DTAC复配体系在10倍cmc下趋向于产生单一稳定且小于单一组分的聚集体,SLG/BS-12复配体系在10倍cmc下形成棒状胶束,胶束大小分布较宽。     

基于植物提取液活性成分分析的水合物阻聚剂研制

针对深海三相混输中极易发生水合物堵塞及现有阻聚剂配方研制存在一定盲目性的问题,通过对有水合物防聚作用的一种植物提取液进行初步分析评价,确定其活性部位,借助傅里叶红外（FTIR）和气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对该活性部位进行官能团分析及物质鉴定,以分析出的物质复配高效、环保的水合物阻聚剂。在高压全透明蓝宝石反应釜中进行水合物防聚评价实验,发现此植物提取液的活性部位主要分布在它的乙酸乙酯相段中。而从该部位鉴定出的物质大多为增塑剂、乳化剂、稳定剂及表面活性剂制备原料之类的物质。通过购买相应市售标准品进行实验发现,各物质均具有部分水合物防聚效果,而它们的混合物水合物防聚效果更佳,可以直接作为一种有效、低廉、环保的水合物复配阻聚剂使用。     

多元表面活性剂复配的分子热力学模型研究

表面活性剂在实际工业生产中有着广泛应用,一般多为多种表面活性剂的复配体系,利用不同组分的特性,使得复配体系具有比单一表面活性剂更优越的性能,而多元表面活性剂复配机理仍不是很清楚。采用实验与理论模型相结合的方法,研究混合表面活性剂各组分间的协同效应。首先以Flory-Huggins理论为基础,推导了多元表面活性剂体系的分子热力学模型,通过二元系实验数据关联出两两相互作用参数,可对多元体系临界胶束浓度(cmc)与混合表面活性剂胶束相组成进行预测,三元表面活性剂复配体系模型计算结果与实验值吻合较好。     

复配表面活性剂对复合驱油体系性能影响研究

通过对α-烯烃磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐和复配型等4种表面活性剂配制复合驱油体系的界面张力和黏度性质进行评价,重点对复配型表面活性剂配制复合驱油体系的界面张力和驱油效果进行了系统评价。结果表明,当碱的质量分数为0.3%~0.9%、表面活性剂的质量分数为0.1%~0.3%时,复配型表面活性剂配制复合驱油体系的界面张力可以达到10-3mN/m数量级,且具有达到超低界面张力所需质量分数低和范围宽等特点。物理模拟实验表明,复配型表面活性剂配制三元复合体系的增油效果较单一类型表面活性剂配制三元复合体系的好,采收率增加1.46%(体积分数)。在此基础上,对复配表面活性剂超低界面张力的作用机理进行了理论分析。     

表面活性剂吸附对促进甲烷水合物生成效果的影响

基于表面活性剂固-液界面吸附理论,在无搅拌条件下研究了十二烷基硫酸钠(SDS)、脂肪醇聚乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇聚乙烯醚(AEO)3种表面活性剂在不锈钢反应釜中对甲烷水合物生成的促进效果。结果表明:水合物的生成形态与表面活性剂吸附金属表面形态有良好的对应关系;SDS与AES在金属表面的吸附作用可使水合物成核速率提高,成核位置增多。由于AEO不能在金属壁面发生吸附,导致对水合物生成促进效果降低,在浓度为300 mg·L~(-1)的SDS、AES和AEO溶液中,水合物储气密度及平均储气速率分别为131.4、128.3、12.3(体积比)和5.8、7.6、0.07 mmol·min~(-1);逐步提高SDS溶液浓度(80~1200 mg·L~(-1))和AES溶液浓度(60~1350 mg·L~(-1)),水合物储气密度首先增大然后减小,储气速率线性增大。因此,合理选择表面活性剂种类及浓度,可显著促进水合物生成。     

基于化学亲和力模型的水合物生成动力学

水合物生成促进及动力学模型是水合物利用技术的关键问题。本文回顾了水合物生成促进技术的发展,实验研究了氧化石墨烯（GO）与十二烷基硫酸钠（SDS）复配促进剂体系下CO₂水合物的生成动力学,揭示了不同浓度对水合物生成时间、耗气的影响规律。研究结果表明,在GO与SDS复配体系下,CO₂水合物生成速度加快,诱导时间和生成时间缩短,耗气量增大。得出最佳复配浓度为0.005%GO+0.2%SDS,与纯水和单一0.005%GO体系相比,水合物的生成时间分别缩短69.7%和12.2%,耗气量提高11.24%和3.2%。建立了该体系下CO₂水合物生成化学亲和力模型,并从模型角度研究了GO与SDS复配比例、温度和压力对化学亲和力模型参数的影响。利用Matlab对模型编程计算并与实验结果进行了对比分析,吻合很好。通过研究认为,化学亲和力模型可准确预测复配体系水合物的生成。