湿材料固定床中甲烷水合物微观形成过程模拟

采用分子动力学模拟方法研究了两种代表性金属-有机骨架材料(MOF材料)ZIF-8和ZIF-67在湿材料固定床体系中的甲烷水合物微观动力学形成过程。结果表明:与ZIF-67相比,ZIF-8材料对甲烷分子的吸附能力更强,最终会诱导更多的甲烷和水分子转化为水合物,有助于吸附-水合耦合储存天然气。但是与此同时,在水合物的形成过程中,ZIF-8对甲烷的吸附作用亦会通过促进溶液中的甲烷分子向ZIF-8固体表面运移并聚集成纳米气泡,从而降低溶液中甲烷浓度、削弱水合物形成驱动力、显著延长水合物的生长时间。因此,在选择适用于吸附-水合耦合天然气存储技术的多孔材料时,需从干材料自身的天然气吸附特性及固定床整体的水合物生成动力学两方面进行综合考虑。

分子动力学模拟研究ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的影响

为了揭示ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的微观影响机理,通过分子动力学模拟方法研究了有/无ZIF-8颗粒体系中的甲烷水合物成核及生长过程。结果表明:ZIF-8颗粒的加入会影响甲烷水合物的成核及生长动力学,加速或减缓水合物的成核及生长过程。ZIF-8不同的加入量对水合物形成动力学亦有着不同的影响作用。其中,加入少量的ZIF-8颗粒可在不降低水溶液中甲烷过饱和度的情况下,通过加速甲烷分子在水溶液中的运移及水分子的组装行为,促进水合物前驱体及闭合笼状结构的形成,推动水合物的快速成核及生长。当加入的ZIF-8颗粒达到一定浓度时会在短时间内吸引更多的甲烷分子从水溶液中逃离出来并在其表面聚集成纳米气泡,致使水溶液中的甲烷浓度降低、水合物形成驱动力下降,最终导致水合物的形成过程被明显地抑制。