THF对甲烷水合过程温度场影响的实验研究

为研究瓦斯水合物生成与分解过程的温度分布及热量传递规律,利用可视化实验系统研究了两种体系甲烷水合物生成过程反应热和水合过程的温度分布。根据实验数据,结合反应热计算方程,计算两种实验体系的反应热,研究促进剂四氢呋喃(THF)的添加对甲烷水合反应体系温度场的影响。结果表明,THF的添加,导致甲烷水合物的生成量增多,对应的反应热增多,提高了水合反应体系的温度以及温度的上升速率。     

十二烷基硫酸钠对瓦斯水合物生长速率的影响

运用可视化瓦斯水合物实验装置,研究了4种浓度（0.4、0.5、0.6和0.7 mol/L）十二烷基硫酸钠溶液对瓦斯体系水合物生长速率的促进效果,实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行了计算。结果分析表明：十二烷基硫酸钠提高了水合物生长速率,促进了瓦斯水合物生成;十二烷基硫酸钠促进作用存在一个最佳浓度,在所研究的各个体系中,0.6 mol/L SDS溶液中瓦斯水合物生长速率最大,9.0 MPa压力条件下生长速率可达3.35×10^-5 m³/h。     

THF-SDS对瓦斯水合分离过程温度场分布影响

为探究THF-SDS复配溶液对瓦斯水合反应过程温度场影响,利用配备阵列式温度传感器的水合反应装置,研究了3组促进剂溶液(1 mol/L THF,1 mol/L THF+0.02 mol/L SDS,1 mol/L THF +0.1 mol/L SDS)体系中瓦斯混合气(85%CH4,7%N2,3%O2,5%CO2)水合分离过程温度场分布特征。结果表明：瓦斯水合体系中SDS浓度增加,反应放热速率呈递增趋势(0.030～0.230 kJ/min);反应热导致水合体系温度分布发生变化,体系上层温度最高,下层温度最低,体系中SDS浓度越高,温度梯度越明显;瓦斯水合物导热系数随体系温度分布发生改变(0.529～0.534 W/(m·K)),SDS浓度越高,瓦斯水合物导热系数越大。分析认为,THF-SDS复配溶液改善了瓦斯水合分离热力学条件,提高了气-水转化率,影响了不同水合体系温度场分布。     

蒙脱石对瓦斯水合分离过程的影响

为探寻有效改善瓦斯水合分离速率和分离浓度的方法,研究了蒙脱石（MMT）-化学促进剂（SDS 0.40 mol/L,THF 0.20 mol/L）复配体系对水合物生成过程及CH4分离浓度的影响。实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行计算,运用气相色谱仪测定分离产物中CH4浓度,并对MMT促进机理进行初步分析。结果表明：添加MMT实验体系的瓦斯水合物生长速率较空白实验分别提高了2.43×10 -6,1.45×10 -6和2.48×10 -6 m 3/min,诱导时间分别缩短了8,7和13 min,水合分离浓度分别提高了7.77%,5.07%,0.78%;一级水合分离产物中的CH4最大提纯浓度可达70.52%。     

油水乳液强化分离矿井瓦斯的特性

为探究油水乳液体系瓦斯水合物分离特征,利用高压可视搅拌水合分离实验装置结合气相色谱仪,研究了2℃条件下油水体积比、驱动力对瓦斯水合物生长速率和CH4回收率的影响,计算了气体消耗量、水合物体积生成量、水的转化率。结果表明:油水乳液体系水合物浆液具有良好的流动性;相同温度压力条件下,油水体积比1∶1体系瓦斯水合物平均生长速率和CH4回收率均优于7∶3体系,但水合物浆液流动性不及7∶3体系;瓦斯水合物平均生长速率、气体消耗量、水合物体积生成量、水的转化率均随着驱动力的增大而增大;油水体积比1∶1条件下CH4回收率和分离因子随着驱动力的增大而先增大后减小,驱动力为3.0 MPa(压力为7.78 MPa)时CH4回收率最大为24.36%。     

微生物降解甲烷生成甲醛规律研究

利用微生物分离提纯技术得到1株高活性甲烷氧化菌,并通过合理构建微生物菌液降解静态高浓度甲烷实验环境,定量检测分析降解过程中甲烷消耗和甲醛生成的一般规律。实验结果反映,在降解过程的前7 d,甲烷消耗和甲醛生成速率随着降解时间推移而增大,且甲烷消耗量大于甲醛生成量;甲烷消耗速率和甲醛生成速率在第7 d达最大,在8～14 d之间先有下降趋势,最后趋于平稳。     

管道内不同浓度甲烷爆炸传播特性的实验研究

在水平管道式气体爆炸装置中,选取5种不同浓度的甲烷进行爆炸实验,研究在甲烷爆炸传播过程中,最大爆炸压力、压力上升速率及压力峰值时间随甲烷浓度及传播距离的变化规律。研究结果表明:甲烷浓度对最大爆炸压力、压力上升速率和压力峰值时间的影响显著:甲烷浓度越接近化学当量浓度,最大爆炸压力和压力上升速率越大,压力峰值时间越短。随着传播距离的增大,最大爆炸压力和压力上升速率先增大再减小,压力峰值时间则依次延长。甲烷浓度偏离化学当量浓度越多,压力峰值时间成倍延长。     

我国天然气水合物研究获新进展

不久前,青岛所天然气水合物实验室利用自主研制的天然气水合物热物理参数模拟实验装置,针对性地开展了水合物热物理研究,将瞬态热脉冲技术与时域反射技术联合应用,成功获取含水合物沉积物热物理参数和水合物饱和度。据介绍,该实验过程中使用了取自南海神狐海域的沉积物作为反应介质,在压力7.8MPa,温度2℃的条件下进行甲烷水合物模拟合成实验。结果表明当水合物饱和度从增至,体系热导率出     

利用瓦斯水合机理防治煤与瓦斯突出的基础研究

设计并制造了可视化水合物试验装置。研究了瓦斯水合物在煤一纯水体系和煤-表面活性剂体系中的生成过程,结果显示:表面活性剂的加入能够缩短水合物生成的诱导时间及改善生成速率;在添加的表面活性剂的种类不同时,水合物生成的诱导时间和生成速率存在很大差异;在同样浓度的吐温系列的表面活性剂中,T40对水合物生成的促进作用最大。     

基于阻抗法煤体中瓦斯水合动力学研究

为探寻水合物技术在瓦斯突出防治方向上的应用工艺,利用瓦斯水合固化过程阻抗特性监测实验装置,研究4组不同煤体孔隙裂隙分布对瓦斯水合过程的影响,获取了煤体中瓦斯水合过程阻抗曲线,计算了瓦斯水合物生长速率与含气量。结果表明:实验釜上层位阻值增大,中层位与下层位阻值减小,瓦斯水合物集中在实验釜上层位与中层位形成;相同热力学条件下4组体系中瓦斯水合物生长速率分别为0.180,0.083,1.747,0.448 cm~3/min,水合物含气率分别为1.9×10~(-3),6.3×10~(-3),2.1×10~(-3),1.6×10~(-3)mol/cm~3,说明孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合速率较快,所形成水合物具有较高的含气量。不同孔隙裂隙煤体中单位体积瓦斯水合物含气量不同,孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合物形成量较大,基于准均匀占据理论,孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合物所含空晶笼较多。     

煤层气在多孔介质填充管线反应器中的水合实验研究

针对目前传统方式（低温液化、变压吸附、膜分离等）对低浓度煤层气增浓工业化应用的不适用性问题,提出通过合成水合物的方式实现低浓度煤层气中CH4的富集。但该技术的实现需要解决煤层气水合物合成过程中合成速率慢,储气密度低两个问题。借鉴日本对管线式反应器的试验结果与目前理论与实验研究所得出的THF与SDS分别对水合物合成相平衡条件、储气密度、合成速率的最佳促进浓度配比和多孔介质的加入对水合物合成促进作用的研究成果,以5×10-10 m沸石分子筛填充管线反应器作为水合界面,研究了17 mol%THF+300PPmSDS理论最佳促进体系下的水合物合成速率变化与工业化实现指标。实验结果表明：随着压力的升高,整体管线反应速率加快,合成速率峰值沿反应管线前移;水合驱动力的升高可有效提高水合物储气效率,且过压驱动力对水合储气的影响强于过冷驱动力;284 K/1.5 MPa条件下利用一次反应后多孔介质进行二次合成,达到相同储气量时,反应时间仅为一次合成的10%;随着水合时间的加长284 K/1.8 MPa条件下水合单位耗气达到了67.25 mL/mL,配合二次合成对水合时间的缩短效应,可大大提高水合物合成的储气速率与储气密度。     

水合物地层低热固井水泥浆用相变微胶囊的制备及应用

当深海固井遇到天然气水合物地层时,由于水泥浆水化放热,导致水合物的相变平衡条件发生改变,诱发水合物分解,引起二界面胶结质量下降等问题。为提高水合物地层固井质量,可向水泥浆中添加具有吸热控温作用的相变微胶囊,可有效降低固井水泥浆的水化升温。基于此,以配比石蜡为控温芯材、碳酸钙为壁材,利用自组装法制备了一种使用于深水水合物地层固井水泥浆控温微胶囊。由于固井水泥浆在达到水合物地层的过程中,外界温度环境复杂,单一相变温度的控温芯材极易失效。为扩展控温区间,选用切片石蜡与白油作为混合芯材,控温区间达到14.8~39.8℃。研究表明,该微胶囊表观形态良好、彼此无团聚,在热循环过程中,不易发生泄漏。与水泥浆复配后,对水泥浆流变性能无明显影响。在低掺加量时,微胶囊主要起降低水泥浆峰值温度的效果,并提升水泥石整体力学强度;高掺加量时,微胶囊既可以有效降低水泥浆峰值温度,也可以明显地延缓水泥浆放热速率。     

瓦斯水合物生成控制因素探讨

提出了向煤层中注入高压水（含增溶瓦斯的表面活性剂）,使瓦斯和水生成固态水合物,达到防止煤与瓦斯突出的目的.探讨了在煤层中瓦斯水合物生成的控制因素,并通过实验观察分析了瓦斯水合物生成和分解的特性.到目前为止,通过改变表面活性剂种类和浓度,生成实验已实现在环境温度为22.7 ℃时、瓦斯压力为23.2 MPa生成了瓦斯水合物;在实验中测得甲烷水合物分解速度为2.8×10^-2 m³/h,远小于煤层瓦斯的解吸速度.可见,一般矿井（非高温）利用瓦斯水合作用防治瓦斯事故在技术上是可行的,但还有大量基础研究工作要做.     

非离子型吐温系列表面活性剂对瓦斯水合物生成过程的影响

采用自制的可视化实验系统，对吐温(Tween)系列4组浓度均为0.001 mol/L的表面活性剂(T40，T80，T40/T80(1∶1)，T40/T80(4∶1))在瓦斯水合物生成过程的影响进行了实验研究，得到了相关的实验数据和图片；结合水合物诱导时间、生成速率及含气率等计算理论，对数据进行了分析.结果表明：表面活性剂的加入可显著地改善瓦斯水合物生成的热力学条件，有利于矿井瓦斯水合物的生成；T40对水合物生成的促进作用最大；相同浓度不同种类、相同种类不同复配比对水合物生成影响作用效果差别较大.     

表面活性剂在瓦斯水合中的作用机理

运用自制的可视化实验设备，进行了表面活性剂吐温（T40，1×10^-3mol/L；T40，2×10^-3mol/L；T40/T80（1∶1），1×10^-3mol/L）在瓦斯水合过程中的影响研究，结合煤层高压注水中添加表面活性剂R1-89的现场研究，分析了表面活性剂在瓦斯水合3阶段的主要作用.认为在煤层注水阶段表面活性剂的加入降低了液体表面张力和注水压力，使注水速度加快，煤体得到均匀润湿；在水合物诱导阶段表面活性剂的胶束化增加了瓦斯气体的溶解度，促进了气体在溶液中过饱和，推动了水合物晶核生长，缩短了诱导时间；在水合物生长阶段，表面活性剂胶束对溶于其中的气体分子和吸附于其周围的水分子的束缚作用，相当于降低了体系的温度，改变了水合物生成热力学条件.     

NaCl-SDS复合溶液中多组分瓦斯水合物成核动力学机理

利用瓦斯水合高压实验装置,在不同浓度氯化钠(NaCl)与十二烷基硫酸钠(SDS)复合体系中开展瓦斯水合物成核动力学实验,研究NaCl-SDS复合溶液中多组分瓦斯水合物生成诱导时间,初步探讨其成核动力学机理。结果表明：多组分瓦斯水合物形成诱导时间随瓦斯中C3H8浓度的升高而缩短,添加NaCl可促进瓦斯水合物成核过程,随NaCl质量分数在0.5%~3.5%范围内升高瓦斯水合物形成诱导时间逐渐减小,3种多组分瓦斯在NaCl-SDS复合体系中较SDS体系诱导时间最大分别缩短22,43,53 min。结合Sloan成核成簇机理分析发现多组分瓦斯中CH4与C3H8协同成核,较单组分气体成核过程简化,NaCl能够促进瓦斯水合物前驱体形成,增强水分子间氢键强度,强化SDS增溶作用,缩短瓦斯水合物形成诱导期。