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。

碳酸钙和SDS协同体系对甲烷水合物生成影响的特性研究

天然气水合物的储量决定其潜在的商业开发价值。结合海底沉积物成分及海底环境,在2℃和6.08 MPa的条件下研究碳酸钙作为多孔介质与十二烷基硫酸钠(SDS)的协同体系对甲烷水合物生成情况的影响,并对其进行机理分析。结果表明,二者协同体系的储气效果和储气速率均优于纯SDS溶液。碳酸钙的粒径变化会改变水合物的生成量和储气效果,其中1 mm碳酸钙的储气效果最优。协同体系极大地缩短了水合物的诱导期,加快了水合物成核速率。协同体系的促进效果体现在SDS的促进效果和碳酸钙表面特性和粒径改变的促进效果及吸附特性,打破了SDS的胶束作用和水合物的“固封”效应,增大了水合物在异相非均质环境中的生成速率,进而促进水合物的生成。因此,多孔介质与表面活性剂的协同体系可以明显地改善水合物生成速率和储气效果,为水合物快速生成技术提供了理论依据和研究方向。

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。

多孔介质与SDS复配对甲烷水合物生成的影响

采用不同质量的氢氧化铝、氢氧化锌、氢氧化铁和氢氧化铜颗粒模拟多孔介质环境,并与十二烷基硫酸钠(SDS)进行复配,考察了该体系在275 k和6 MPa的条件下天然气水合物的情况。结果表明:在该体系中,随着多孔介质质量的增加,体系的渗透率增大,导致了该体系中水合物的耗气量和储气密度随之增长;两性氢氧化物在SDS溶液中便面会产生带点电荷,吸引着SDS活性集团,促进了水合物的生成;SDS的加入降低了溶液的界面表面张力,增强了气液两相间的接触,有助于水合物的生成。因此多孔介质与表面活性剂复配体系能够促进水合物的生成,并且提高多孔材料的渗透率能有效提高储气量。

MgSO_(4)与表面活性剂复配对水合物生成的影响

在自然条件下,天然气水合物多存在于海洋环境中。因此,研究盐水条件下水合物的形成及其基本性质很有必要。研究了低浓度的MgSO_(4)与十二烷基硫酸钠(SDS)、烷基糖苷(APG)、十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)等不同表面活性剂复配对水合物生成的影响。在275.15 K、6 MPa的环境下,考察了水合物形成过程中压力和温度随时间的变化。结果表明,当溶液中加入一定浓度的SDS或APG时,会显著促进水合物的生成;当加入一定量的DTAC时,溶液中基本不生成水合物;低浓度MgSO_(4)会显著增强表面活性剂的促进作用。由此可知,低浓度的MgSO_(4)和适当浓度的表面活性剂都会促进甲烷水合物的生成,不同类型的表面活性剂对水合物生成的影响不同。相比于SDS、APG,DTAC对水合物生成的促进效果并不明显。

二氧化硅与SDS复配对甲烷水合物生成过程的影响

天然气水合物大多赋存于海底沉积层或永久冻土带的沉积层孔隙中。用0.5~1 mm和2~4 mm 2种粒径的二氧化硅(SiO2)颗粒模拟真实环境,并量取不同体积SiO2分别与300 mg/L的十二烷基硫酸钠(SDS)进行复配,考察了不同体积的二氧化硅颗粒与SDS的复配体系对水合物生成过程的影响;探究不同初始压力对该体系的影响。结果表明,加入二氧化硅颗粒后能够缩短水合物的诱导时间;同体积2~4 mm二氧化硅颗粒生成水合物的剩余压力均要低于0.5~1 mm粒径;2种粒径中都是50 m L的颗粒中剩余压力最低、储气效果更好;此外,水合物在较高的初始压力下生成效果最好。