多孔介质中天然气水合物注热盐水分解实验研究

利用自制的一维天然气水合物开采模拟实验系统,模拟海洋地质条件,在填砂模型中生成天然气水合物,并通过注入热盐水进行热力开采的物理模拟实验,分析多孔介质中天然气水合物注热盐水分解动态过程及注热参数对热力开采能量效率的影响.结果表明:注热盐水可有效地促进水合物的分解,水合物分解时局部电阻率明显升高;通过正交设计实验对注热参数进行敏感性分析,在相同的初始温度、压力及水合物饱和度条件下,注热水温度对注热分解的能量效率影响最大,然后依次是注热水速度、注热水时间.实验条件下,注热盐水分解可达到最大能量效率的注热参数为注热水温度60℃、注热水速率为12 mL/min、注热水时间100 min,此时能量效率为3.86.     

温室效应及气体水合化控制方法

温室气体大量排放引起的全球气候变暖问题日趋严峻,由此导致的温室效应正在严重地威胁着人类赖以生存的环境.运用水合物技术处理CO2和CH4这两种主要的温室气体是国际水合物界广泛关注的焦点.介绍了CO2置换法开采天然气水合物的技术,结合天然气和煤炭工业中CH4的主要排放途径分析了CH4的减排和资源化技术,阐述了天然气水合物的生成、分解工艺及储存的稳定性.利用带有搅拌装置的水合物实验系统研究了不同浓度煤层气的水合化过程,结果表明:在适当条件下不同浓度的煤层气均易形成水合物.通过对实验结果及文献资料的分析表明:运用水合物技术处理温室气体在技术上是可行的.文章最后指出了水合物技术在处理温室气体方面应加强研究的内容.     

液化条件下多孔介质中CO2水合物的生成特性

基于水合物法的二氧化碳气体地层封存和固化技术是实现温室气体减排的有效方法之一。进行液化条件下多孔介质水合物的生成过程及其生成特性研究,有助于进一步丰富不同相态CO2的地层存储规律。为此,利用气体水合物生成与分解模拟实验装置研究了粒径分别为24目、32目、40目和60目四种不同的石英砂体系中多孔介质水合物的生 成过程,实验温度选定276.5 K,初始压力为4.85 MPa。结果表明：在液化条件下,水合物生成的诱导时间随多孔介质粒径的减小而缩短,并且当粒径减小到40目附近时,诱导时间将急剧减小,与32目的石英砂体系相比,此时诱导时间明显缩短超过2/3;多孔介质对水合物生成速率和储气量的影响较为显著且存在一临界粒径尺寸,在40目的石英砂介质中,液化条件下水合物的最大生成速率和储气量分别达到了12.35×10-4 mol/h 和30.599 L/L。     

CO_2水合物气体分子笼占据状态的第一性原理研究

以CO2水合物形式储存是值得研究的一种方法,其中,用CO2置换海底天然气水合物中的CH4,达到开采天然气水合物中CH4的目的,同时将CO2作为水合物永久储存于海底,可起到经济和环保双重作用.由于CO2水合物在工程应用以及科学研究中有着重要的价值,尽管人们对CO2水合物已有不少了解,但仍然诸多问题(例如小笼占据状态尚存在争议),有待进行深入的研究.利用第一性原理的密度泛函理论,对CO2水合物气体分子不同笼占据状态的能量进行计算,结果表明以CO2气体分子仅占据大笼的情形能量最低,从而证明了CO2气体分子仅占据大笼的情形是最有可能存在,与实验结果吻合,所得结论有参考价值.     

基于储层保护的天然气水合物间接置换开采方法

物质运移和热量传递的效率低下以及储层稳定是天然气水合物高效开采面临的难题之一.提出了基于储层保护的间接置换开采方法.采用重力筛分介质分离天然气水合物分解和二氧化碳水合物合成的反应界面并在界面间分离和运移反应物,形成物质的单向运移通道;提高物质运移效率,使天然气水合物分解和二氧化碳水合物合成分区同时进行.将储层环境热、注入流体的敏感热和二氧化碳水合物合成释放的热作为天然气水合物分解的热源,保持热传导距离相对反应界面恒定,优化供热效率.通过主动降温固结井周地层流体,封堵地层裂隙和强化地层.利用二氧化碳水合物重塑储层强度.在矿床中留设支撑结构/矿柱分担水合物分解区的上覆岩重.优化布井参数和开采时空顺序来协调地层整体变形,维持地层相对完整.通过保护地层结构相对完整和封堵地层裂隙维持储层的密封性能和开采井的压力控制能力.该方法对于实现天然气水合物安全高效开采具有借鉴作用.     

CO2改造水合物藏海底边坡稳定性研究

为了深入研究CO2改造后天然气水合物藏开采过程中海底边坡的稳定性,首先,通过含水合物试样的三轴力学实验,建立CO2改造CH4水合物藏及开采过程中地层力学参数的动态演化模型;其次,利用ABAQUS软件进行二次开发,建立了描述注CO2改造CH4水合物藏的温度?渗流?应力?饱和度多场耦合模型;最后,结合边坡稳定性分析中的强度...     

CO2置换CH4水合物技术中主、客体分子间作用的DFT研究

天然气水合物是新型清洁能源,围绕CO₂置换CH₄水合物技术的研究对天然气水合物的资源开采和减少全球碳排放具有重要意义。其中,置换机理的解析是CO₂置换CH₄水合物技术的关键问题,对提升置换效率具有重要作用。为深入阐述置换机理的本质,采用量子力学（QM）方法对水合物中主、客体双分子聚体间的相互作用进行模拟。利用不同的密度泛函理论（DFT）方法对双分子聚体的结构及单点能进行计算分析,在对CO₂置换CH₄水合物过程的研究中,获得QM方法下进行几何结构优化和单点能计算的较优的计算参数。采用对称性匹配微扰理论（SAPT）进行能量分析,解析主、客体相互作用中各分子的贡献,并通过计算波函数信息分析约化密度梯度函数（RDG）、独立梯度模型（IGM）和静电势,定向研究主、客体分子间最主要的相互作用。研究结果表明CO₂置换CH₄水合物过程中主、客体分子间的作用主要由静电作用贡献,色散和诱导作用占比较小;在置换过程中,客体分子由CH₄转变为CO₂时色散作用影响减弱,静电作用影响加强。因此,静电作用是置换过程的关键,提高与H₂O的静电作用是提升置换效率的有效方法。所得结果为CO₂置换CH₄水合物技术的发展提供了理论指导。     

基于水合物的沼气净化技术

沼气的主要成分为CH4、CO2、H2S,使用前需对其进行必要的净化处理,使沼气的质量达到标准要求。气体水合物相平衡研究表明,单组分CH4、CO2、H2S气体及(CH4+CO2+H2S)三元体系在纯水中生成水合物的条件存在显著差异,可利用水合物的生成过程逐一脱除沼气中的H2S和CO2。基于此,提出了一种利用水合分离技术净化沼气的新工艺,以优化流程、降低能耗、提高分离效率。     

含甲烷水合物的玻璃珠渗透率实验与簇状等径颗粒模型

为研究天然气水合物对沉积物渗透率的影响,首先,利用含甲烷水合物的多孔介质渗透率测量实验装置,在BZ-02型玻璃珠(平均粒径为228.4μm)中生成甲烷水合物;其次,采用稳态注水法测量不同甲烷水合物饱和度下多孔介质的水相有效渗透率;最后,根据多孔介质堆积模式与水合物的生成形态,提出了簇状等径颗粒模型.研究结果表明:采用多...     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力，温度及冰粒大小等因素的影响。并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用。实验结果表明：压力越高，温度越低，冰粒越小，越有利于水合物的生成，并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成，得出了衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应进行时间的关系曲线。     

水-气体系生成水合物的缩泡动力学模型

在对海下沉积层中水合物的生成机理、水合物的生成实验现象和已有模型分析的基础上,提出了一种水-气体系水合物生成的缩泡动力学模型,认为溶液中气体首先形成气泡,然后和水反应形成水合物.模型以水合物体积的变化来表示水合物的生成速率,避免了单纯以化学反应过程或结晶过程表达水合物生成速率的缺陷,因此能够准确地表达水合物的生成过程.研究结果表明,在不同初始条件下的计算结果与文献结论一致,不同气体和不同传质系数条件下的计算结果经实验验证正确,甲烷、乙烷及混合气在相同初始条件下,乙烷水合物的层厚度大于甲烷和混合气体水合物的层厚度.在传质系数较大时,水合物的层厚度增加速度也明显较大,因此符合表面活性剂能够加速水合物生成的机理.     

天然气水合物热激励法开采模型研究

根据分子动力学分解理论,建立了天然气水合物热激励法开采数学模型,并在此基础上考虑了逆反应的存在对水合物分解规律和气体在地层中渗流特性的影响.利用有限差分法对压力和温度控制方程进行了数值求解,同时分析了地层压力场和温度场的分布规律、天然气的产量变化特征以及渗透率对它们的影响.计算结果表明,在水合物分解前沿,压力值出现跳跃而温度值达到最低点,天然气的产量随时间呈明显的周期性变化趋势,而且随着时间增长,周期逐渐变长,对渗透率的变化敏感.通过分析比较,计算结果与实验结果吻合很好.     

甲烷水合固化过程反应热实验研究

为及时将气体水合过程中的反应热传递出去,使水合物稳定快速生成,利用可视化实验系统研究了三种体系甲烷水合物生成过程中的反应热。根据甲烷水合物相平衡数据,结合推导出的反应热计算方程,计算三种实验体系的反应热。结果表明,在表面活性剂的作用下,甲烷水合物的生成速率提高,对应的反应热增多。     

反应条件对水合肼还原氧化石墨烯表面官能团还原效率的影响

石墨烯因具有特殊的纳米结构和优异的性能而成为当前的研究热点.实验综合考虑了氧化石墨烯与水合肼的质量配比、反应时间、反应温度和pH值四个因素,采用四因素三水平正交试验系统研究了反应条件对氧化石墨烯各基团还原效率的影响机制.傅里叶红外光谱和透射电子显微镜的结果表明:通过改变反应条件,氧化石墨烯中的主要官能团如羟基、羰基和环氧基均可得到不同程度的还原.进一步利用FT-IR图谱分析软件,采用基线法计算分析表明:(1)氧化石墨烯与水合肼的质量配比是影响还原程度的最主要因素;(2)还原羧基的最佳条件为氧化石墨烯与水合肼质量配比10∶9、反应时间80 min、反应温度100℃、pH值7;还原羟基与环氧基的最佳实验条件相同,均为氧化石墨烯与水合肼质量配比10∶8、反应时间80 min、反应温度100℃、pH值8;(3)可以通过控制反应条件达到采用水合肼选择性还原石墨烯表面羟基、环氧基及羧基的目的.研究结果将为研究化学还原氧化石墨烯机理及制备高性能石墨烯奠定基础.     

废弃混凝土砂浆组分接触硬化性能研究

为考察废弃混凝土砂浆组分的接触硬化性能,将与粗集料分离后的砂浆组分磨细,一组磨细粉体直接压制成型,另一组粉体通过加入磨细生石灰和石英砂调整Ca/Si摩尔比为1,在120℃,水固比为5:1的条件下进行动态水热处理后压制成型,测定成型试块的表现密度、抗压强度、抗折强度、软化系数,以表征粉体的接触硬化性能.结果表明:磨细砂浆...     

水合物生成过程的热力学研究

考虑到水合物的结构具有明显的络合物特性，提出水合物的生成过程首先是一个络合反应过程，其次才是溶解过程。在络合过程中，气体分子和水分子按最稳定的方式构造多面体，这些多面体通过氢键连接形成水合物；在连接过程中，会形成另一种多面体状孔穴。如果气体分子的尺寸足够小，就可进一步溶解在这些孔中，并会起到稳定水合物的作用。根据这一设想所建立的数学模型能很好地用于计算水合物的生成压力，得到合理的孔穴占有状况，说明本理论能更好地描述水合物的生成机理。     

天然气与冰反应生成水合物的实验研究

在一个小型工业化水合物生成装置上 ,对由冰和天然气反应生成天然气水合物的过程及动力学进行了研究 .实验结果表明 :水合物的生成温度与诱导时间无关 ,诱导时间不会改变水合物的生成条件 ;较大的过饱和度或过冷度对水合物生成有利 .此外 ,采用过压方式 ,研究了这种类似结晶过程的扰动作用 .最后还得到了最佳的反应时间 .     

微乳中甲烷水合物的生成反应

以辛烷、十二烷或十六烷为油相,非离子表面活性剂Tween80和Span80按1:1质量比复配的复合型表面活性剂为乳化剂,PEG-400为助乳化剂制备高分散的油包水型(W/O)微乳,并在其静态体系中生成甲烷水合物,把它和纯水体系以及表面活性剂体系(含等量的乳化剂)进行了对比.结果表明:在微乳中甲烷水合物的诱导时间缩短,生成速率和耗气量明显增加,生成的水合物成粒状,含水率低.另外,选择油相时应选取不生成水合物,在水中溶解度小而且对甲烷溶解度尽量大的有机溶剂,并对微乳液中甲烷水合物的生成机理进行了探讨.     

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。通过对比测试了正缬氨酸、丙氨酸和组氨酸三种氨基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。实验结果表明,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,其最适浓度为0.5wt%,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。     

银电极电解氢氧化钠水溶液的阳极反应

本文通过计算论证并用实验证实了用银电机电解氢氧化钠水溶液时，在阳极上首先发生的反应是银的氧化而不是析出氧。