鼠李糖脂与多孔介质对天然气水合物生成影响

天然气水合物在甲烷储运方面具有巨大的发展潜力。研究了生物型表面活性剂鼠李糖脂与多孔的铜和二氧化硅粒子介质在275.15 K和6 MPa的条件下对水合物生成的影响。结果表明,随着鼠李糖脂溶液浓度的增大,储气密度呈现逐渐下降的趋势,100 mg/L的鼠李糖脂溶液效果最佳,储气密度可达104.3 V_g/V_w,但具有较长的诱导时间,多孔介质的加入显著降低了水合物生成过程的诱导时间,二氧化硅颗粒中观察不到诱导期的存在,储气密度增加至106.2 V_g/V_w,而铜颗粒却降低了水合物的储气密度。因此,合理选择鼠李糖脂溶液的浓度和多孔介质的种类可提高水合物的生成速率和储气密度。     

多孔介质中甲烷水合物生成的排盐效应及其影响因素

利用不同粒径的多孔介质模拟了海洋天然气水合物的生成过程,测定了孔隙水中主要离子质量浓度的变化.研究结果表明,甲烷水合物的生成过程使周围沉积物孔隙水中离子质量浓度发生异常.水合物生成引起的排盐效应主要取决于耗气量.耗气量越大,生成水合物的量越大,排盐效应也就越强,但孔隙水溶液中不同离子质量浓度的变化并不一致.高频振动大大加快了反应速度;粗颗粒(粒径大于125μm)沉积物对水合物生成速度影响不大,而细颗粒(粒径小于74μm)沉积物则明显阻碍水合物的生成.压力对排盐效应的影响体现在反应时间上.在相同反应条件下,反应时间与过冷温度呈幂函数关系.     

冰点以下多孔介质中CO2水合物生成特性的实验研究

多孔介质对CO2水合物的生成过程具有明显的影响。为了研究冰点以下多孔介质中CO2水合物的生成特性,利用1.8L的高压水合反应釜研究了粒径分别为380 μm、500 μm和700 μm的多孔介质中CO2水合物的生成过程。结果表明：多孔介质对冰点以下CO2水合物的生成过程产生重要的影响。与粒径分别为500 μm和700 μm的多孔介质体系相比,粒径为380 μm的多孔介质中CO2水合物的平均生成速率和储气量分别达到了0.01614 mol/h和65.094 L/L。研究结果还表明,当多孔介质粒径在380 μm到700 μm之间时,多孔介质粒径越小,多孔介质中水合物生成过程的平均生成速率和储气量就越大。     

多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

基于实际海洋水合物资源的赋存状态及温度、压力条件,在人工多孔介质中物理模拟海底水合物稳定带的水合物藏进行了水合物的形成与分解的实验研究。分析甲烷水合物在多孔介质中的形成与降压开采过程,揭示了其温度、压力和产气速率的变化规律。采用逐步降压的方法测定了多孔介质中水合物在特定温度下最小分解推动力,比较了不同降压模式下的累计产气量。结果表明,水合物形成过程中通过不断注水保持系统压力,甲烷可完全生成水合物,最终水合物藏中仅有水和水合物两相;实验条件下水合物的分解主要受压差影响,压差越大,分解速率越大,累计产气量越高;在一定温度下水合物的分解需有一个最小推动力。比较不同降压模式发现,累计产气量只与压差有关,而与降压模式无关。     

多孔介质和化学剂体系中甲烷水合物相平衡预测

 综合考虑不同种类的电解质、醇和多孔介质对甲烷水合物相平衡条件的影响,对实验室原有的纯水体系下甲烷水合物的相平衡计算模型进行了扩展,扩展后的模型可以计算电解质、醇和多孔介质或它们的混合体系下甲烷水合物的相平衡条件。单独或两种上述体系共存条件下,大量模型计算结果与文献实验值吻合较好,结合模型建立机理,推断扩展后的模型应该可以较好地预测电解质、醇和多孔介质3种复杂条件共存的情况下甲烷水合物的相平衡条件,为注剂法开采甲烷水合物藏的计算提供依据。     

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。     

纳米石墨颗粒与SDS复配对水合物生成特性的影响

为了促进水合物的生成,采用将纳米石墨颗粒与十二烷基硫酸钠(SDS)复配的方法,研究其复配体系对于水合物生成的诱导时间、耗气量以及生成速率的影响。结果表明,纳米石墨颗粒与SDS复配体系能大幅度缩减水合物生成过程的诱导时间,增加耗气量,加快生成速率。其中在277.15K、4.5MPa的条件下,0.5%纳米石墨流体与0.03%SDS的复配效果最佳,其诱导时间与纯水体系相比降幅达到61.77%。在277.15K、3.5MPa的条件下,0.5%纳米石墨与0.05%SDS的复配体系最大气体消耗量与纯水体系相比提高了5.29倍。比较两者的耗气率,复配体系中的峰值更是纯水体系的6.32倍。两者复配是强化水合物生成有力的促进剂。     

石英介质中甲烷水合物生成特性的实验研究

在恒容条件下,实验研究了甲烷水合物在不同粒径的石英介质体系中的生成特性。在不同初始压力(9MPa、12MPa和15MPa)、不同水浴温度(3℃、5℃、7℃和9℃)以及不同粒径(2μm、5μm和229μm)的条件下,研究了以上各因素对水合物生成规律的影响。实验表明,在粒径为2μm石英介质中,水合物的生成速度较快;在生成初期,水合物生成时体系温度迅速上升,温度的升高受到水合物平衡生成温度的限制;随着水合物生成量的增大,生成过程开始受到传质过程的控制;水的转化率随着水浴温度的降低与初始生成压力的增大而增大,但增大的幅度并不显著。粒径229μm的石英砂中,水合物的生成速度与最终水的转化率均明显低于粒径为2μm与5μm时,水合物的生成受到传质过程控制。     

降温速率对零度以上介质内甲烷水合物形成的影响

在自然界中,天然气水合物主要以散布状、斑块状和层状构造形式赋存于各种沉积物中,沉积介质对赋存于其中的天然气水合物的性质具有显著影响.采用12℃→0.5℃/3h和12℃→0.5℃/50h 2种降温方法在非饱和粗砂、粉土内分别形成甲烷水合物,以考察降温速率对介质内甲烷水合物生成形态及形成性质的影响.通过实验指出:改变降温速率不影响水合物最终生成形态;缓慢降温利于甲烷水合物在介质内集中生成且形成范围更大.     

喷雾反应器对生成甲烷水合物的影响

通过对喷雾制备甲烷水合物进行实验研究,明确制备水合物的工艺过程和特点,分析了喷嘴喷雾角、气液空间体积比等影响因素,探讨了甲烷水合物的生长机理。实验表明：采用实心45°喷雾角喷嘴的雾化效果最好,反应容器最佳气液相空间体积比约为1：1;甲烷气体消耗量随着过冷度的增大而增大,而且水合物晶体生长形态差异明显;系统水过冷度作为甲烷水合物生长驱动力,拟合出甲烷水合物生长速率与过冷度的关系式。     

多孔介质水合物天然气开采分析模拟

由于在冻土层和海洋环境中存在着大量的天然气水合物，因此天然气水合物将成为未来的替代能源。但是，至今尚未对各种开采方法中来自水合物的天然气开采潜力进行充分调查研究。本项研究介绍了一个简单的分析模型，该模型通过减压方法从多孔介质中分解水合物，从而模拟天然气开采。我们认为分解带的热传递、水合物分解内动力学和气水两相流动是涉及多孔介质中水合物分解的三种主要机理。本项研究对涉及物理性质实际变化范围的三种机理的相对重要性进行了比较。实例研究表明，气水两相流动的影响比热传递和水合物分解内动力学的影响小得多。考虑到速度控制作用，开发出的分析模型可以预测在多孔介质中天然气水合物分解的动态特征。模型已用于进行敏感性研究，已便调查在水合物储层进行商业性天然气开采的可行性。研究结果表明，从天然气水合物储层中能够采出大量天然气，水合物叠加在含气带上方。在西伯利亚、阿拉斯加和加拿大的永久冻土区中已发现了这种天然气水合物储层。     

喷雾反应器对生成甲烷水合物影响研究

对喷雾制备甲烷水合物进行实验研究,考察制备水合物的工艺过程和特点,分析喷嘴喷雾角、气液空间体积比等影响因素,探讨甲烷水合物的生长机理。实验表明:采用实心45°喷雾角的喷嘴的雾化效果最好,反应容器最佳气液相空间体积比约为1∶1;甲烷气体消耗量随着过冷度的增大而增大,而且水合物晶体生长形态差异明显;系统水过冷度作为甲烷水合物生长驱动力,拟合出甲烷水合物生长速率与过冷度的关系式。     

海泥石英砂沉积物中甲烷水合物的生成

介绍了多孔介质中天然气水合物实验装置。在定压7 0MPa、恒温2 0℃条件下,利用甲烷气(99 9%)在海泥石英砂沉积物中(配比为海泥、石英砂各100g,蒸馏水50ml)生成水合物。其生成的诱导期较相同条件下甲烷气/纯水体系中水合物生成的诱导期缩短1/3(约40h),对其形成过程进行了初步归纳,发现并解释了水合物在沉积物中分层聚集的现象。     

搅拌对甲烷水合物生成的影响

通过有无搅拌条件下甲烷水合物生成过程中的反应速率和液相温度的变化的对比,表明采用间歇搅拌的方式可以有效缩短反应诱导时间,提高反应速率,同时研究了不同搅拌时间和搅拌速率对甲烷水合物生成的影响。在压力5.0MPa、温度274.35K、搅拌速率400r/min、搅拌时间30min,可以获得159V/V以上的储气效果,而且可以缩短反应的操作时间。     

热传递对甲烷水合物生成速度的影响研究

为了深入了解传热对甲烷水合物生成过程的影响,在体积10L的静态反应器中,研究了不同的制冷液温度、流量和气体温度条件下甲烷水合物的生成状况。实验过程中设定水溶液的初始温度为276．15K,压力为（6．6±0．2）MPa,反应水量为1．92kg。实验结果表明,当较大量的合成甲烷水合物时,如果甲烷水合物生成热不能被及时带走,反应液体温度将迅速升高,导致甲烷水合物生成速度很快变小甚至停止;同时,气体温度对甲烷水合物的诱导期和生成速度也有重要影响,气体温度越低,甲烷水合物生成诱导期越短,生成速度越快。因此,热传递是影响甲烷水合物生成速度的关键因素。     

多孔介质中气体水合物相平衡研究进展

自然条件下天然气气体水合物的平衡条件对估算气体水合物储量,确定海底天然气水合物的稳定区域,得到气体水合物生成、分解速率非常重要。针对整块气体水合物相平衡条件的实验测定和预测模型无法准确确定自然条件下气体水合物的平衡条件,目前一些学者对多孔介质中气体水合物的平衡条件进行了实验测定工作,并先后建立了多个理论预测模型。文中详述了多孔介质中气体水合物相平衡条件的实验测定和理论预测模型,讨论了实验测定和理论预测模型尚待完善和改进的地方,提出了未来多孔介质中气体水合物相平衡条件研究的主要方向。     

甲烷水合物在煤层中存在的可能性

已有实验证明：在一定的温度下，只要压力合适，有甲烷气源和水，就能合成甲烷水合物，而且多孔介质的存在将有助于水合物的形成。煤是一种多孔介质，在其形成过程中生成了大量的甲烷，并含有大量的水份。受构造应力和地应力的影响，煤层中存在着褶皱、断层等，结构复杂，因而在煤层中存在高应力区，而这种高应力区为甲烷水合物的存在创造了条件，同时，在一些煤与瓦斯突出中，吨煤瓦斯突出量高出吨煤瓦斯含量很多，以致无法解释，更为煤层中的局部地点存在甲烷水合物提供了佐证。因此，推断煤层中可能存在零散分布的甲烷水合物。     

石英砂介质中甲烷水合物生成过程和相平衡的实验研究

为研究小梯度温度范围内甲烷水合物在石英砂介质中生成过程的热力学和动力学特性,开展了定容条件下273.75K、273.85K、273.95K3种恒温水浴体系的甲烷水合物生成实验。研究结果表明:(1)反应温度越低,釜内甲烷水合物生成过程中反应热释放越快,相比于273.95K的反应体系,273.75K体系的反应釜内首次温度上升值为0.9K,约为273.95K体系的6倍;(2)随反应温度的增加,水合物的生成量和转化率逐渐下降;(3)反应温度越低,甲烷水合过程的前期反应速率越大,气液界面和石英砂表面生成的水合物薄膜阻碍了甲烷气与水之间的进一步传递,使得甲烷的单位消耗速率随反应的进行呈阶梯型递减。通过石英砂介质内甲烷水合物的生成实验,以期为工业上气体水合物的合成、储存与运输提供借鉴。     

多孔介质中气体水合物的成核研究

 研究气体水合物成核过程是水合物动力学研究的重要内容之一，有助于人们更好地认识气体水合物生成过程，掌握其动力学规律，进而有效的对水合物进行开发利用。本研究通过在实验室内模拟实验合成CO₂水合物，利用电学探测技术研究其成核过程，建立了水合物成核速率与阻抗关系的模型，并结合具体实验条件对模型进行拟合求解, 得到水合物成核速率变化趋势。同时发现水合物生成诱导时间受水分子记忆效应的影响。     

活性炭中甲烷水合物的生成动力学

在温度275．75－279．95K和压力5．6－9．6MPa的静置条件下，测定了14组甲烷水合物在活性炭中的生成动力学数据（压力－时间关系），分析了甲烷水合物在活性炭中生成的物理过程，结合边界层理论和结晶学原理，提出了单液膜传质控制机理的生成动力学模型，并求得了解析解,使用Levenberg-Marquardt方法拟合模型参数，模型预测值与实验值符合良好。