联用型水合物促进剂对甲烷水合物生成过程的影响规律研究

水合物较低的生成动力学速率和较高的相平衡条件是困扰水合物技术工业化应用的主要原因。研究了热力学促进剂(四丁基溴化铵(TBAB))和动力学促进剂(十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS))联用时对甲烷水合物生成热力学和动力学的促进行为,重点考察了3种促进剂质量比、联用型水合物促进剂质量分数和初始实验温度等因素对联用型水合物促进剂性能的影响。结果表明,将SDS、SDBS和TBAB以质量比2:1:1联用时,对甲烷水合物生成热力学和动力学均具有良好的促进作用,可有效降低甲烷水合物相平衡条件;适宜的联用型水合物促进剂质量分数为0.05%~0.30%,其中质量分数为0.10%时,诱导时间为75 s;降低初始实验温度可增加甲烷水合物生成的反应推动力,有利于快速成核与生长,当初始实验温度为276.15 K时,储气量高达170 mL/mL(1 mL水储存170 mL气体)。此外,联用型水合物促进剂的核心组分为离子型表面活性剂,在机械搅拌作用下体系会产生大量气泡,加快气液传质速率,因此甲烷水合物颗粒最初在界面气泡处出现,随后呈现气相和液相双向生长趋势,进而快速充满反应釜,有利于对甲烷等气体小分子的储存。

动力学水合物促进剂研究进展

动力学水合物促进剂是实现水合物法(NGH)储运天然气技术大规模工业化应用的关键。首先简单介绍了NGH技术与其它常规储气相比时的技术特点和优势,其次从表面活性剂类、氨基酸类、淀粉和聚合物类和纳米流体类等系统调研了动力学水合物促进剂的最新研究进展,最后分析认为氨基酸类促进剂的促进机理及纳米流体颗粒对水合物生成动力学的影响等方面应为日后该领域的研究重点。

环戊烷水合物作为氨基酸型促进剂初筛方法的实验研究

固态天然气水合物是一种潜力巨大、高效安全的储能方式,却一直受限于其苛刻的生成条件和缓慢的生成速率,因而近年来水合物促进剂成为人们关注的焦点。为此,通过对比测试了正缬氨酸、丙氨酸和组氨酸在常压环戊烷水合物体系和高压甲烷水合物体系中的效果,研究利用更为安全的环戊烷体系对水合物促进剂进行初筛的可行性。结果表明:同丙氨酸和组氨酸相比,环戊烷体系中正缬氨酸具有最高效的促进效果,显著提升了水合物生成速率,其最适浓度(质量分数)为0.5%,诱导时间和反应最高温度分别为9.5 min和4.5℃。另外,乳化剂Span 20对正缬氨酸有良好的协同增效作用;同时,正缬氨酸在甲烷水合物体系同样具有最佳的促进性能,有效提升了甲烷水合物的储气量,初始过冷度的增加可有效提高水合物生成速率与储气能力。因此,环戊烷水合物体系可以作为一种初步筛选高效氨基酸型促进剂的方法。

气体水合物添加剂研究进展

水合物添加剂是促进水合物技术大规模工业化应用的潜在选择,也是油气混输管道流动安全的保障介质,因而受到国内外研究者的广泛关注。为此,从水合物添加剂的类型、影响机理和性能评价方法出发,对最新研究进展进行了详细梳理。分析发现,低剂量绿色环保型材料是水合物添加剂的潜在发展方向;单一试剂作用机理基本明确,包括吸附和扰乱抑制机理,降低表面张力、形成临界胶束和毛细管效应促进机理,而针对不同类型添加剂的耦合作用机理尚需进一步研究。未来,应结合多种评价方法,从多角度验证并揭示水合物添加剂的作用效果和机理。

sⅡ型水合物储氢研究进展

氢能作为一种来源广泛、清洁、零碳的绿色能源载体,是我国实现碳达峰、碳中和愿景的重要抓手。由于氢易燃、易爆、易扩散,如何安全、高效、经济储氢是氢能发展的技术挑战之一。水合物固态储氢则是在不同种类促进剂作用下,通过水分子间氢键作用而形成的三维笼型结构(如Ⅰ型、Ⅱ型、H型以及半笼型)“捕获”氢气分子。综合考量储氢密度和水合物生成稳定性,发现sⅡ型水合物促进剂相对最具有应用潜力。本文首先归纳现有sⅡ型水合物促进剂对氢气水合物生成热力学条件的影响规律,然后比较分析了不同促进剂体系氢气水合物的储氢性能以及晶体微观结构的变化,最后总结国内外目前发展趋势,为水合物储氢的工业化应用提供理论依据和指导。

1-(3-磺酸基)丙基哌啶十二烷基苯磺酸在CO_2捕集中的应用

合成了一种具有表面活性功能的离子液体1-(3-磺酸基)丙基哌啶十二烷基苯磺酸([PIPS]DBSA),采用FT-IR,1H NMR和元素分析等方法对产物进行表征,并将其用于促进CO2水合物的生成,考察[PIPS]DBSA对CO2水合物生成过程中温度和压力的影响.实验表明在温度4℃—6℃时,300 mg·L-1[PIPS]DBSA溶液中CO2的相平衡压力比700 mg·L-1的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液的相平衡压力下降了13.6%—14.96%.在4℃时,300 mg·L-1[PIPS]DBSA溶液中CO2压力稳定所用的时间与700 mg·L-1SDBS溶液相比减少了50 min,表明[PIPS]DBSA对CO2水合物的形成具有良好的促进作用.

Experimental Investigation on Promoting Effect of Composite Promoting Agents on Natural Gas Hydrate Formation

An experiment on effects of composite promoting agents composed of surfactants and liquid hydrocarbons on hydrate formation was conducted and the hydrate formation temperature,pressure,induction time and rate in the presence of different composite promoting agent packages were measured.The surfactants used covered sodium dodecyl sulfate(SDS),sodium dodecyl benzene sulfonate(SDBS) and 2-octyl sodium dodecyl sulfate(GC20S),and the liquid hydrocarbon additives utilized included cyclopentane(CP) and methyl cyclohexane(MCH).It appeared that all these combinations of composite promoting agents could promote hydrate formation.The type II hydrate formation conditions using composite promoting agents composed of CP and GC20S were the mildest and the induction time was the shortest;whereas the type H hydrates formation conditions using composite promoting agents composed of MCH and GC20S were the mildest and the induction time was also the shortest.