螺旋内槽管内天然气-水-表面活性剂体系的水合物生成动力学计算

针对多组分气体（天然气）-水-表面活性剂体系在螺旋内槽管内的水合物生成过程,首先采用CFD方法结合群体平衡模型（PBM）,基于溶质渗透模型和Kolmogorov各向同性湍流理论对螺旋内槽管内气液传质系数进行了模拟;其次基于Kashchiev和Firoozabadi的经典水合物成核和生长理论,将其体系从单组分-水系统扩展到多组分气体（天然气-水-十二烷基硫酸钠）系统,同时结合经典结晶理论利用传质系数对水合物生长模型进行了修正,建立了适用于螺旋内槽管流动体系内天然气水合物生成动力学模型。通过模拟计算,获得不同水合物生产条件下天然气在水中的平均传质系数;进而利用Microsoft Visual C++编程计算得到不同条件下水合物生成动力学数据,在考察范围内,天然气水合物的成核速率随着反应体系有效表面能的增大而锐减,而水合物生成驱动力和生长速率未受影响,同时水合物生长速率随着流速和反应压力的增大及温度的降低而增大,成核速率随着压力的增大和温度的降低而增大。     

冰-气生成天然气水合物的动力学研究

对由冰生成天然气水合物过程中的过饱和度和过冷度的作用进行了实验研究。结果表明 ,较大的过饱和度和过冷度提高了生成水合物的含气率 ,同时反应还存在一个最佳反应时间。提出冰转化为水合物的过程是一个包括气体的外扩散、产物层内扩散以及界面反应的过程     

表面活性剂促进乙烯水合物的生成

主要考察了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对静态体系的乙烯水合物生成速率的影响,以及在该体系下温度和压力对水合物储气量的影响.还从传质和传热两方面分析了SDS促进水合物生成的主要原因.     

甲烷-四氢呋喃-水体系水合物生成动力学的实验和模型化研究

研究了透明鼓泡塔中含促进剂四氢呋喃（THF）体系中甲烷水合物的生成动力学.分别考察了进气速率、温度、压力、水合物体积分数对甲烷消耗速率的影响.根据Chen-Guo水合物生成机理,采用基础水合物生成反应的量纲1 Gibbs自由焓变-ΔG/RT作为反应的推动力,建立了水合物生成动力学模型,模型中考虑了体系温度、压力和气液接触比表面积的影响.把模型应用于甲烷气体消耗速率的计算,其模型预算结果与实验数据吻合良好,实验结果和反应动力学模型将有助于工业水合反应器的设计和操作条件的设定.     

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...     

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。     

水-油-表面活性剂体系相行为

水 -油 -非离子表面活性剂体系显示出了γ(水 -油 ) ,β(水 -非离子表面活性剂 )与α(油一非离子表面活性剂 )三个互溶区 (如图 1 )。在某个温度变化范围内 ,这三个互溶区发生重叠 ,在三元体系相图中表现为一个三相三角形 ( TPT) abc。通常此三角形的底边 ab不会与三元体系相图中吉布斯三角形 ABC图 1　水 -油 -非离子表面活性剂三元相图的底边 AB重合。三相区的位置和形状主要是由两互溶区α与β的位置和形状来确定的。在给定一种油的前提下 ,互溶区α随表面活性剂的 HLB值增大而变宽 ;与此同时 ,互溶区β随表面活性剂的 HLB值增大而…     

甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程

利用恒压预冷法研究了不同反应物量(30.0,100.0g)、不同压力(2.50,3.50,4.50 MPa)、温度为6℃时无搅拌甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程.实验结果表明,水合物在此体系中的生成形态为浆状;CH4水合反应速率随压力升高而增大;当初始反应物量较少(30.0g)时,甲烷储气量(标准状态下水合物中甲烷与初始反应物的体积比)随压力升高而增大不明显(3.50 MPa时为3.0 mL/mL,4.50 MPa时为3.1 mL/mL),当初始反应物量较多(100.0g)时,甲烷储气量随压力升高反而降低(由2.50 MPa时的5.4 mL/mL变为4.50 MPa时的0.9 mL/mL);反应过程中可能同时生成了纯叔丁胺结构的Ⅵ型和甲烷/叔丁胺结构的Ⅱ型两种水合物,且Ⅵ型与Ⅱ型量比在反应后期比前期大;甲烷与浓度为9.3%(mol)的叔丁胺溶液生成的水合物中甲烷储气量较低(最高5.4 mL/mL).通过分析甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程,认为其可能包括反应分子接触聚集、水合物骨架形成和水合物晶体增长等3个步骤.     

天然气水合物生成条件的测定和计算

利用全透明蓝宝石水合物静力学实验装置,测定了4种塔里木油田天然气在纯水中的水合物生成条件.将Chen-Guo 水合物模型应用于天然气水合物生成条件的计算,实验测定的4种天然气水合物生成条件的计算结果和实验结果符合得很好.     

表面活性剂的酸碱度对甲烷水合物生成的影响

针对甲烷水合物的快速制备,在初始压力7MPa和恒温2℃条件下采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)阴离子表面活性剂和烷基多糖苷(APG1214)非离子表面活性,通过改变表面活性剂溶液的酸碱性,观察不同pH值对水合物的促进能力,并以表面活性剂分子吸附理论为基础进行分析。结果表明,在pH=3强酸条件下,水合物在气-液界面处先形成晶核,阻碍了气液继续接触,储气密度最低;在pH=11强碱性条件下,晶核在固-液界面处成核,水合物生成速率最高,储气密度最大。     

表面活性剂对气体水合物生成过程的定量影响

为确定HCFC?141b水合物生成条件下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)的临界胶束浓度(CMC),在0~20℃温度下,通过圆环法实验研究了不同浓度表面活性剂溶液体系的表面张力,考察了表面活性剂对溶液体系表面张力的影响机理并通过C3H8水合物的生成过程实验进行了验证,确定了SDS和SDBS的临界胶束浓度. 结果表明,当SDS和SDBS的质量浓度分别低于500?10?6和100?10?6时,表面活性剂降低水表面张力的效果最明显,二者的CMC分别为1950?10?6和400?10?6,表面活性剂能明显缩短水合反应的诱导时间,提高了其平均生成速率.     

基于PR状态方程的天然气水合物生成温度计算

天然气水合物生成温度的计算在天然气流程工艺设计和生产中经常遇到。然而天然气在开采及管道运输过程中,随着沿程压力、温度的降低,天然气的相态可能发生变化,如果忽略流体相态的变化,在温度计算时就会产生较大的偏差。本文采用PR状态方程来计算相平衡,然后根据DU-GUO88天然气水合物生成条件预测模型计算了天然气水合物生成温度值。结果表明,预测值与实测值相对误差在1%以内,同时对计算方法进行了Visual Basic软件的编程,方便现场推广。     

表面活性剂在瓦斯水合物生成过程中的热力学作用

在实验研究基础上,结合表面活性剂水溶液中瓦斯水合物生成微观机理,提出了表面活性剂改变水合物生成热力学条件物理作用假说,认为表面活性剂胶束对溶于其中的气体分子和吸附于其周围的水分子的束缚作用,相当于降低了体系的温度.利用T40（0.001 mol·L^-1）、T40（0.002 mol·L^-1）、T40/T80（0.001 mol·L^-1）分别组成的3种气 液 煤 水合物反应体系实验测定了水合物生成时的相平衡参数,与同样温度和压力条件下相平衡计算值比较,结果表明,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.例如,在T40/T80（0.001 mol·L^-1）实验体系中,当压力为22.67 MPa时,水合物生成相平衡温度为22.6℃,比纯水中提高2.1℃.     

气水体系甲烷水合物生成和分解动力学

为进一步探明搅拌对甲烷水合物生成和分解动力学特性的影响,借助容积约为522mL,最高操作压力21MPa的高压全透明反应釜装置,开展了不同搅拌条件下甲烷水合物的生成、分解和浆液流动实验,得到了搅拌对水合物生成量、生长速率和分解速率的影响规律,基于搅拌电机扭矩值分析了不同搅拌速率下水合物浆液的流动特性。搅拌电机型号ViscoPakt Rheo-57,带有扭矩测量功能,测量最大范围57N·cm,精度±0.04N·cm。结果表明：在水合物开始快速生成的前期,水合物的最大生成量、最大生长速率及平稳生长速率都随搅拌速率的增大而增大,进一步验证了传质是控制水合物生成过程的首要因素;在水合物分解阶段,搅拌能提高水合物颗粒的分散性,促进分解气的运移产出;此外,不同搅拌速率下,水合物浆液的电机扭矩随着水合物体积分数的增大都呈现先保持平稳再逐渐增大最后剧烈波动的规律,由此得到了水合物浆液携带固相颗粒的临界体积分数。研究结论在一定程度上揭示了水合物的生长和分解机理,为动力学预测模型研究提供了参考。     

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。     

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。     

鼓泡器中环戊烷-甲烷-盐水体系水合物的生成动力学

采用鼓泡装置研究了盐水体系中环戊烷（CP）-甲烷水合物的生成动力学,分别考察了进气速率、温度、压力对水合物生成速率和进气速率对气体转化率的影响。结果显示,提高进气速率、压力,降低温度均可提高水合物生成速率。但进气速率对气体转化率有影响,进气速率过大,单位时间内进入到反应器内的气体过多,气体还未参与反应便被排出,导致气体转化率反而减小。通过观察到的实验现象,分析环戊烷-甲烷水合物的生成过程,认为水合物晶体首先在环戊烷-水界面生成,并逐步向内部气相生长,最后水合物壳破裂,气泡逸出。水合物逐渐生长成粒状,并不断聚集在一起。     

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,...     

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。     

操作工况对酸性天然气水合物生成动力学的影响分析

水合物的快速生成受诸多因素的影响,操作工况是其主要的影响因素之一。以67.7%CH4+32.3%CO2（摩尔分数）混合气为例模拟酸性天然气,采用自行设计的水合物动力学实验装置,分别对初始压力为3.0 MPa、3.5 MPa、4.2 MPa、5.0 MPa和实验温度分别为1.42 ℃、3.27 ℃、5.48 ℃、7.45 ℃时的水合物生成动力学进行实验研究。定义诱导期、平衡总耗时、生长速率为水合物动力学评价指标,指标通过分析水合物生成过程中的压力及气相组成变化得到,进而综合分析了操作工况对酸性天然气水合物生成动力学的影响。实验结果表明：初始压力越高,实验温度越低,水合物平衡时气相CO2的浓度越低,水合物的生成量和生长速率越大;此外,初始压力对体系诱导期影响不够显著,而操作温度的降低可以明显缩短体系诱导期。