二氧化碳水合物储气特性的实验研究

利用二氧化碳水合物小型实验装置分别在恒容和恒压条件下,研究了机械搅拌对二氧化碳气体溶解的影响以及温度与水-气比对二氧化碳水合物形成和储气密度的影响。通过实验结果发现,机械搅拌对二氧化碳的溶解有非常明显的促进作用,可以在3 min内完成溶解过程,促进溶解作用好于添加剂SDS。研究还发现,反应温度越低,二氧化碳水合物的生成速率越快,总的储气量越大,而水-气比越大,储气密度越小。在实验压力3 MPa、反应温度273.55 K的条件下,1体积的水生成水合物后可储存157体积的二氧化碳。

水合物生成表面活性剂研究进展

水合物因具有储能密度大、制备条件简单、存储稳定等优点,目前广泛应用于气体储运、气体分离、蓄冷等行业。然而纯水合物的生成速率不高和储气密度低是阻碍水合物技术进一步工业化应用的主要原因,研究表明向体系中添加促进剂可使这个问题得到有效缓解和改善。通过综述国内外各种离子型表面活性剂的研究进展,分析了其对水合物生成的相平衡条件、生成速率和储气密度的影响规律,阐述了各促进剂对水合物合成的促进机理,为水合物理论与技术的深入研究及工业化发展提供参考和借鉴。

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。

Span20促进甲烷水合物生成的实验研究

在已有的天然气水合物储气实验台上，利用带磁力搅拌的141 mL高压反应釜，采用定压法，在温度为（274.15±0.10）K、压力为（8.30±0.10）MPa的条件下，从诱导时间、生成速率和储气密度等方面研究了非离子表面活性剂失水山梨醇单月桂酸酯（Span20）的质量分数为0～3%范围内对甲烷水合物生成的影响。结果发现：Span20的质量分数为0.2％时诱导时间最短，为53～167min；在0.4%时的生成速率最大，是纯水的10倍以上，同时其储气密度V／Vo最大，达到145.2。通过分析Span20的分子结构，对表面活性剂促进甲烷水合物形成机理进行了研究，认为可能是Span20分子中带有2个羟基的类四氢呋喃结构的诱导作用以及假六元环的模板作用共同促进了甲烷水合物的形成。

烷基多糖苷对甲烷水合物生成影响

烷基多糖苷(APG)是一种高效能、无毒性的非离子表面活性剂,它被广泛应用,尤其在水合物领域的研究更具有重要意义。通过实验,在改变质量浓度、初始压力、碳链长度3个条件下,分别研究了APG对甲烷水合物生成的影响。结果表明:合理地选取APG溶液的质量浓度可以有效地提高水合物的生成速率与储气密度,1 500 mg/L的溶液体系效果最佳,最终储气密度(体积分数)可达到138. 17;实验初始压力与最终储气密度存在着一定的线性规律,压力增大,最终的储气密度也随之增大;碳链的长度会影响水合物的生成过程,增加碳链长度可以提高水合物生成速率。因此,合理地选择表面活性剂的碳链长度、种类、质量浓度以及初始压力,可明显提高水合物生成速率与储气能力。

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。

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。

纳米SiO_2反相泡沫法固化天然气技术研究

天然气水合物(NGH)是天然气与水在低温高压条件下形成的笼形物,亦称可燃冰。本文根据天然气水合物的生成机制,在实验室模拟天然气水合物的生成环境。实验主要通过将95%的水与5%的纳米SiO2制成泡沫,并在1.3℃条件下,将纯度为99.9999%的天然气充入到装有泡沫的密闭反应釜中,观察反应釜中压力的变化情况,并探究不同的充气压力对储气密度的影响。

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。

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,但是水合物储量和储气密度明显降低。同时,对石英砂体系和粉末状碳酸钙体系下的耗气量和储气密度做了比较,发现石英砂体系下的气体消耗量和储气密度均比粉末状碳酸钙体系下的小。最后,在石英砂体系下,水合物形成诱导期和碳酸钙对水合物形成的影响做了机理分析。