CH4、CO2及CH4+C2H6+C3H8在纯水、SDS水溶液和含石英砂体系中水合物相平衡条件的测定

Phase equilibrium conditions of gas hydrate in several systems were measured by the step-heating method using the cylindrical transparent sapphire cell device. The experimental data for pure CH4 or CO2 + deionized water systems showed good agreement with those in the literatures. This kind of method was then applied to CH4/CO2 + sodium dodecyl sulfate (SDS) aqueous solution, CH4/CO2 + SDS aqueous solution + silica sand, and (CH4 + C2H6 + C3H8) gas mixture + SDS aqueous solution systems, where SDS was added to increase the hydrate formation rate without evident influence on the equilibrium conditions. The feasibility and reliability of the step-heating method, especially for porous media systems and gas mixtures systems were determined. The experimental data for CO2 + silica sand data shows that the equilibrium pressure will change significantly when the particle size of silica sand is less than 96 μm. The formation equilibrium pressure was also measured by the reformation of hydrate.     

ZIF-8/乙二醇-水浆液吸收-吸附CH4/H2和CH4/N2

为了有效地捕集焦炉气及煤层气中的甲烷,提出了一种新型捕集技术:吸收-吸附组合方法,该方法通过把ZIF-8分散到乙二醇水溶液中形成悬浮浆液,实现对甲烷组分的捕集。首先测定了甲烷、氮气和氢气在浆液中的吸收-吸附容量,得出吸着量大小的顺序为CH₄> N₂> H₂,然后对CH₄/H₂和CH₄/N₂的混合气进行吸着平衡研究,发现浆液均能有选择性地吸着甲烷。对浆液中回收的ZIF-8材料进行XRD表征,分析证明在整个吸着过程中ZIF-8结构没有发生变化并且ZIF-8/乙二醇-水浆液能重复利用。     

水合物法分离甲烷-乙烷体系相关相平衡的研究

开发了一种水合物法分离甲烷-乙烷混合气体的新技术，考察了在阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS，C22H25OSO3Na）存在下，甲烷-乙烷体系的气-水合物相平衡。在一定范围内改变体系的初始压力、温度和气／液体积比，得到了乙烷在气-水合物两相的摩尔分率和分配系数，以及体系达到平衡时的压力。结果表明，在初始压力为4．0MPa、温度为274．15K、气／液体积比为185．1的条件下，甲、乙烷分离效果达到最佳。还考察了甲烷-乙烷体系水合物生成速率与SDS质量浓度的关系。实验发现SDS的质量浓度为300mg／1时，水合物能快速生成。在SDS存在下，采用水合物分离技术，能成功地使甲烷、乙烷气体分离。     

凝析气水合物生成条件的测定及计算

利用全透明蓝宝石水合物静力学实验装置,采用“压力搜索法”,分别测定了5种凝析气的水合物生成条件,实验体系包括纯水、地层水以及含醇的水溶液和地层水溶液,共9个体系,58个数据点.考察了气油比对凝析气水合物生成条件的影响以及电解质和醇类抑制剂对凝析气水合物生成的抑制作用.实验温度范围为273.35～293.75K,压力范围为0.6～12MPa.并利用Chen和Guo提出的水合物生成条件预测模型对所测数据进行了计算,结果与实验数据吻合得较好,表明该模型能够较好地预测凝析气水合物的生成条件.     

相平衡和径向分布函数(Ⅱ)——计算径向分布函数的微相平衡法

在本文(Ⅰ)报中提出的双阻力模型和质量通量准则的基础上,通过考虑任一微相和无序空间的相平衡,将径向分布函数用局部俘获率和局部位能解析性地表达出来,并解决了局部俘获率和局部位能的计算问题。由于计算公式的解析性,本文的计算速度远远高于分子模拟和积分方程理论。计算结果与分子模拟的结果吻合良好,在第1峰附近,优于积分方程的结果。     

普遍化立方型状态方程中Wong-Sandler型混合规则的建立

<正>自70年代末期Huron和Vidal将过量Gibbs自由能模型引入状态方程的混合规则以来,状态方程新混合规则的研究引起了人们的高度重视并取得了重要成就,已成功地将状态方程推广到多种复杂体系的计算,其中近年来由Wong和Sandler等发展的Wong-San-dler（WS）混合规则模型受到了广泛的关注。他们工作的意义在于可以使用由低压汽液平衡数据得到的活度系数模型参数及二元交互作用参数直接推算高压汽液平衡。 但该模型的导出仅限于两参数的立方型状态方程,这样对于广泛应用WS型混合规则势必产生局限性,因此将此类型的混合规则推广到普遍化的立方型状态方程是十分必要的。本文报道了以五参数的Modified Kumar-Starling（MKS）立方型状态方程为工作方程,建立了将WS型混合规则推广到多参数立方型状态方程的途径。     

气体水合物形成的热力学与动力学研究进展

气体水合物形成过程中涉及复杂的热力学和动力学问题.本文对水合物热力学理论模型、水合物生成动力学机理等方面的研究成果和最新进展进行了综述.热力学方面重点介绍了基于等温吸附理论 (van der Waals-Platteeuw模型)和基于双过程水合物生成机理(Chen-Guo模型)的相平衡热力学模型,同时介绍水合物结构及其转变方面的最新研究成果.动力学方面介绍了成簇成核、界面成核等成核机理模型以及成核后的水合物生长机理.另外还述及了目前水合物热力学和动力学研究中所涉及的微观、亚微观和宏观测量方法.针对目前水合物热力学和动力学研究中存在的问题,对未来的发展方向和重点提出了建议.     

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.     

油水乳液分离沼气实验研究

研究了柴油-水乳液体系在水合物生成条件下对沼气(CO2/CH4)中CO2的捕集能力。阻聚剂Span20被加入到乳液中以分散水滴和水合物颗粒。综合考虑了温度、原料气组成、压力和乳液含水率对柴油-水乳液体系分离能力的影响。从实验结果可以看出,吸收-水合耦合分离效果明显优于单独的吸收分离,且分离平衡后,浆液中水合物分散均匀,流动性良好。乳液体系分离能力在一定范围内随着温度降低和含水率的增加而增强。综合考虑乳液分离能力和流动特性表明,温度270.15~272.15 K,体系含水率20%~25%(vol)和初始推动力为3.2 MPa左右时为最合适的分离条件,在对应条件下经过两级模拟分离,气相中CO2浓度能从31%(mol)降到近10%(mol),超过87%(mol)的CO2被水合物浆液捕集。     

甲烷在柴油+水+Span20乳液体系中溶解度的测定

气体在乳液中的溶解度是决定水合物生成速率快慢的重要因素。为此结合排水法并采用自制加工的高压反应釜测定了在温度范围274.2~282.2 K和压力范围0.30~6.40 MPa下不同Span 20(失水山梨醇单月桂酸酯,简称Span 20)浓度及含水率时甲烷在柴油+水乳液体系中的溶解度,分别考察了温度、压力、含水率及Span 20浓度对溶解度的影响。实验结果表明,当含水率为30%(V/V)及Span 20浓度为3.0%(wt)时,甲烷在乳液中的溶解度随压力的增加几乎呈线性增加,在实验范围内溶解度最高达到0.0784(mol·mol-1),而温度对溶解度的影响相对较小;在近水合物生成区域,含水率的增加能显著降低甲烷在乳液体系中的溶解度,而在相同的温度、压力及含水率条件下,溶解度却随Span 20浓度的增加而增加,表明Span 20能促进甲烷在乳液中的溶解。