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.     

流动状态对甲烷水合物生成速率影响的研究

为了研究流动状态对甲烷在油包水乳液中降压形成水合物过程的影响,在温度为273.35 K,初始压力为6.80 MPa的条件下,进行了一系列不同搅拌速度下甲烷水合物的生成实验。实验结果表明,各组反应的水合物初始形成压力基本一致,诱导时间的长短无规律性。随着搅拌转速的增大,甲烷气体的吸收速度和水合物的生成速度均随之增大。但到达700 r/min后,搅拌转速的继续增加对吸收和水合过程的影响作用并不明显。     

介观尺度下甲烷水合物合成特性研究

为研究介观尺度下甲烷水合物的生成速率及储气量等特性,选用介孔分子筛SBA-15为多孔介质,并添加热力学促进剂THF、TBAB和表面活性剂SDS以提高水合反应速率。水合物生成实验在定容恒温条件下进行,压力选取2. 0 MPa和1. 8MPa,温度选取282. 15 K和279. 15 K。实验结果表明,在添加剂的共同作用下,介观尺度下水合物合成速率得到显著提高;反应过程中温度波动较小,最大为0. 6 K,表明其具有良好的传热性;在水合物储气量方面,实验中最大储气量达到45. 826 mmol(10 m L水),降温、增压能够提高水合物储气量;同时高压和低温能够有效地提高介观尺度下水合反应速率,最高生成速率达到2. 335 mmol/min;在促进水合物生成、提高水合物储气能力、加快水合物反应速率方面THF均优于TBAB。     

油包水乳化液滴形成甲烷水合物的动力学特性研究

针对油气输运管线中天然气水合物堵塞问题,重点研究了油包水乳化液滴形成气体水合物的动力学特性。根据原油的甲烷溶解能力经验模型,预测了油包水乳化液(35%(V)水和65%(V)白油)中油-液两相区的甲烷饱和溶解度,优化了乳化液滴的水合反应动力学模型,并且对单个乳化液滴在不同压力和不同液滴尺寸条件的水合物结晶过程进行了数值模拟。研究结果表明,水合物在白油-水乳化体系的结晶生长过程是一个缩核过程,甲烷消耗量和反应速率随着液滴半径的增大而增大,但是水合物转化率随着液滴半径的增大而减小;压力越高,水合物转化时间越短,该结果对揭示油包水乳化液滴的水合结晶机理以及油气输运管线水合物抑制技术的发展具有重要意义。     

天然烟浸滤液水合物法储甲烷动力学研究

水合物法储存天然气被公认为是一种极具潜力的高效储气技术。如何加速水合物生成,又能保证水合促进材料绿色环保,是水合固气技术实用化的关键。本文利用天然烟丝和烟末浸泡滤液在8.0 MPa和274.2 K的实验条件下进行静态水合储甲烷实验,研究甲烷水合物在烟滤液中的生成动力学特性。实验结果表明,水-烟质量比(液固比)为5～100的滤液与表面活性剂溶液性质相似,其表面张力比纯水下降36.7%～47.5%,甲烷水合物在该天然活性溶液中能快速生成。烟丝滤液中活性物含量明显低于烟末滤液,低液固比时,烟丝溶液有更高的水合储气量和储气速率;高液固比时,烟末滤液则表现出更优的水合储气性能,尤其在液固比为50时,烟末滤液中水合物储气量高达118.5 mmol·mol^-1,储气速率达2.98 mmol·mol^-1·min^-1。     

泡沫铜强化甲烷水合物生成动力学实验研究

提高水合物生成速率和储气密度对天然气水合物技术应用非常重要。将三种孔密度的泡沫铜（CF）分别浸入十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中构建水合储气强化体系,在高压静态反应釜中研究泡沫金属对甲烷水合物生成动力学特性。实验结果表明,泡沫铜骨架能为水合物生成提供充足的结晶点,同时可作为水合物生长过程水合热迁移的“高速公路”。甲烷水合物在SDS/CF体系中可快速生成,最大水合储气速率分布在19.24~21.04 mmol·mol^-1·min^-1之间,其中添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量最高（139 mmol·mol^-1）,且达到最大储气量90%所用时间最短（10.1 min）。在6.0~8.0 MPa压力下,相比SDS溶液,添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量提高了8.8%~35.6%,储气速率提高了4.7%~40.4%;特别在压力为5.0 MPa时,该孔密度SDS/CF体系储气量甚至比SDS溶液增加13倍,储气速率增加16倍。     

干水固化甲烷过程及反应特性研究

利用天然气水合物合成实验系统,采用5%纳米SiO2与纯净水配制的干水和纯甲烷为原料,获得了水合物生成过程中温度、压力、反应速率以及最终的储气密度之间的关系。通过以温度和压力值作为变量进行实验结果表明：在高压条件下,反应温度接近0℃,反应的速率较快,生成的水合物中甲烷含量也较高。在低温条件下,压力接近8 MPa时,干水固化甲烷效果较好。     

低渗透油藏中油包水乳液的生成及其扩大波及体积的作用

针对低渗透水驱波及效率低的问题,研究了具有扩大波及体积作用的油包水乳液的形成及对驱油效果的影响。乳化剂浓度、油水比以及岩心渗透率是影响水包油乳液向油包水乳液的转变的重要因素。在高浓度条件下(0.5%和0.3%),乳化剂TC-6和原油形成的分散体系以水包油乳液为主。随着浓度降低,水包油乳液转变为油包水乳液并伴随着分散体系粘度的升高。相同浓度条件下,油水比升高也会引起水包油乳液向油包水乳液的转变。质量浓度0.3%条件下,油水比6∶4时,分散体系以水包油为主;油水比7∶3时,水包油乳液转变为高粘度油包水乳液。乳化剂浓度,油水比渗透率低于50.1 m D时,水包油乳液不稳定,容易发生反相形成油包水乳液。低渗透岩心实验表明,具有扩大波及体积功能的乳化剂能够在水驱基础上提高采收率8.9%,明显高于超低界面张力表面活性剂体系提高采收率效果。同时,乳化剂分子量小、粘度低,本身不存在注入性的问题,因此对于低渗透油藏水驱后扩大波及体积、提高原油采收率具有重要意义。     

低渗透油藏中油包水乳液的生成及其扩大波及体积的作用

针对低渗透水驱波及效率低的问题,研究了具有扩大波及体积作用的油包水乳液的形成及对驱油效果的影响。乳化剂浓度、油水比以及岩心渗透率是影响水包油乳液向油包水乳液的转变的重要因素。在高浓度条件下(0.5%和0.3%),乳化剂TC-6和原油形成的分散体系以水包油乳液为主。随着浓度降低,水包油乳液转变为油包水乳液并伴随着分散体系粘度的升高。相同浓度条件下,油水比升高也会引起水包油乳液向油包水乳液的转变。质量浓度0.3%条件下,油水比<6∶4时,分散体系以水包油为主;油水比>7∶3时,水包油乳液转变为高粘度油包水乳液。乳化剂浓度,油水比渗透率低于50.1 m D时,水包油乳液不稳定,容易发生反相形成油包水乳液。低渗透岩心实验表明,具有扩大波及体积功能的乳化剂能够在水驱基础上提高采收率8.9%,明显高于超低界面张力表面活性剂体系提高采收率效果。同时,乳化剂分子量小、粘度低,本身不存在注入性的问题,因此对于低渗透油藏水驱后扩大波及体积、提高原油采收率具有重要意义。     

多孔介质下水合物形成实验研究

为了研究在石英砂和粉末状碳酸钙体系下天然气水合物的形成情况,利用KDSD-Ⅲ型水合物生成实验装置在初始压力6 MPa、温度275.15 K条件下,研究了2种体系下天然气水合物的形成问题.结果 表明:对于石英砂体系,石英砂粒径越大,水合物储气密度越高;对于粉末状碳酸钙体系,相比于纯水溶液,水合物形成速率较快,但是水合物储...     

充注压力对压缩式制冷循环连续制备CO2水合物的影响

研制了一台能够连续制备蓄冷用CO₂水合物的压缩式循环实验装置,并在该装置上研究了充注压力对水合物的预冷时间、生成质量、水合比例和潜热蓄冷量的影响。实验结果表明水合物在CO₂气泡上升过程中生成,在气液界面处堆积。高的充注压力有着更理想的蓄冷特性,当充注压力为4.2 MPa时,预冷时间为8 min、水合物生成质量为8.44 kg、水合比例为75.1%、水合物潜热蓄冷量为4.22 MJ。充注压力为3.8 MPa及以上时,水合物生成量大,水合物阻碍釜内各部分的传热,使釜内中层、下层的温差较大。水合物生成过程后期,水合放热量减少,液体CO₂在反应釜内的蒸发吸热效应使得釜内温度继续降低,一直到低于0℃,充注压力越高,此现象越明显。     

低剂量超吸水树脂溶液微滴中甲烷水合物生成动力学

高储气密度水合物的快速生成对气体水合物技术应用至关重要。将水与疏水性气相纳米二氧化硅和低剂量［0.1%~1.0%（质量）］的超吸水树脂在搅拌器中高速混合分散,制备出一种超吸水树脂改性的干水。该改性干水实质上是由高分子聚合物支撑且可自由流动的分散微滴堆。在8.0 MPa和274.2 K条件下,研究该改性微滴中甲烷水合物生成动力学特性。结果表明,松散的聚合物微滴极大地改善了液相连续水比表面积,为气体扩散至微滴表面提供了丰富的通道。水合物在聚合物微滴中快速生成,储气速率可达5.15~8.78 cm³·g^-1·min^-1,储气量高达158.0~175.0 cm³·g^-1。质量分数为0.3%的微滴表现出最快储存速率和最高储气量,且其循环水合储气过程中前6次储气量均超过120 cm³·g^-1。研究结果对水合物储运天然气技术规模化应用有一定的参考价值。     

有机相变乳液中HCFC–141b水合物生成及稳定性

为了促进水合物形成，在HCFC–141b、有机相变材料（正癸酸和十二醇）和水体系中添加表面活性剂Tween 80和Span 80作为乳化剂，采用高速搅拌的方法制备了有机相变材料-表面活性剂-制冷剂-水乳液体系，增大水分子与制冷剂的接触面积。实验研究了静态条件下有机相变材料和表面活性剂添加量对水合物形成的影响。研究结果表明添加乳化剂可以有效提高水合物的蓄冷量，减少水合物形成诱导时间，降低水合物生成的随机性；温度越低，水合物促进效果越好。水合物生成/分解循环实验表明，添加Tween 80的乳液体系的稳定性好，有机相变乳液提高了水合物生成/分解循环过程的稳定性。     

Kinetic and Phase Behaviors of Catalytic Cracking Dry Gas Hydrate in Water-in-Oil Emulsion

The systematic experimental studies were performed on the hydrate formation kinetics and gas-hydrate equilibrium for a simulated catalytic cracking gas in the water-in-oil emulsion. The effect of temperature, pressure and initial gas-liquid ratio on the hydrate formation was studied, respectively. The data were obtained at pressures ranging from 3.5 to 5 MPa and temperatures from 274.15 to 277.15 K. The results showed that hydrogen and methane can be separated from the C₂₊ fraction by forming hydrate at around 273.15 K which is much higher temperature than that of the cryogenic separation method, and the hydrate formation rate can be enhanced in the water-in-oil emulsion compared to pure water. The experiments provided the basic data for designing the industrial process, and setting the suitable operational conditions. The measured data of gas-hydrate equilibria were compared with the predictions by using the Chen-Guo hydrate thermodynamic model.     

Effect of hydrate formation/dissociation on emulsion stability using DSC and visual techniques

A key factor in hydrate risk management for an oil-dominated system is the stability of the emulsified water with gas hydrate formation. We show via differential scanning calorimetry (DSC) that gas hydrate formation and dissociation has a destabilizing effect on water-in-oil (W/O) emulsions, and can lead to a free water phase through agglomeration and coalescence of dissociated hydrate particles. High asphaltene content crude oils are shown to resist hydrate destabilization of the emulsion. Span80 was successfully used as an analog to asphaltene surface activity. Based on our experimental results, a new conceptual hydrate-induced destabilization model is proposed.     

水合物法提纯沼气技术研究进展

沼气是一种重要的可再生能源,对沼气进行充分高值利用对于缓解我国能源需求和环境压力具有重要意义。沼气在高值利用前必须进行脱碳提纯处理,本文介绍了一种可用于沼气提纯的新技术--水合物分离技术。介绍了水合物分离技术的基本理论,调研总结了水合物法提纯沼气和可用于沼气体系（CH₄/CO₂）的水合物分离技术研究进展,包括相平衡研究、热力学促进剂、动力学促进剂、机械强化、外场强化、添加多孔介质/纳米流体等和采用油/水乳液促进技术,并对各种水合物分离促进技术进行了分析：相平衡研究为水合物法提纯沼气提供了理论基础;合理地选用热力学和动力学促进剂能够有效改善气体水合物相平衡条件,促进水合物生成,增加储气效果和提高分离效率;机械强化及外场作用通过强化水合反应过程的传质传热效果促进水合物生成;添加多孔介质和纳米流体等能够增大气液接触面积,对水合过程发挥促进作用;采用油/水乳液不但能够强化气液接触,而且微乳状态下的水合物具有很好的流动性,具有良好工业应用前景。最后对水合物法提纯沼气技术进行了展望,水合物提纯沼气研究虽处在起步阶段,但随着研究的不断深入,该技术凭借操作条件温和,对原料气要求低,并且具有操作简单灵活、安全性高、环保无污染等优点,必将在我国沼气产业发展过程中发挥作用。     

低剂量超吸水树脂溶液微滴中甲烷水合物生成动力学

高储气密度水合物的快速生成对气体水合物技术应用至关重要。将水与疏水性气相纳米二氧化硅和低剂量［0.1%~1.0%（质量）］的超吸水树脂在搅拌器中高速混合分散,制备出一种超吸水树脂改性的干水。该改性干水实质上是由高分子聚合物支撑且可自由流动的分散微滴堆。在8.0 MPa和274.2 K条件下,研究该改性微滴中甲烷水合物生成动力学特性。结果表明,松散的聚合物微滴极大地改善了液相连续水比表面积,为气体扩散至微滴表面提供了丰富的通道。水合物在聚合物微滴中快速生成,储气速率可达5.15~8.78 cm³·g^-1·min^-1,储气量高达158.0~175.0 cm³·g^-1。质量分数为0.3%的微滴表现出最快储存速率和最高储气量,且其循环水合储气过程中前6次储气量均超过120 cm³·g^-1。研究结果对水合物储运天然气技术规模化应用有一定的参考价值。     

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。     

用聚合型乳化剂制备反相乳液的研究

以丙烯酸钠水溶液为水相,煤油为油相,Span80甲基丙烯酸酯(Span80 MA)聚合型乳化剂、Span80和Twen80为复配乳化剂,制备反相乳液。计算聚合型乳化剂(Span80MA)的HLB值,考察了乳化剂浓度、水相体积分数φ及单体浓度对乳液类型及稳定性的影响规律。结果显示:HLB(Span80MA)=4.0;形成稳定的反相乳液理想条件为:Span80MA∶Span80∶Twen80=0.7∶0.5∶0.2;乳化剂浓度为7%;φ=50%;单体浓度为2.0～3.0 mol/L。