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。     

玉米棒+四氢呋喃对IGCC合成气水合物生成动力学的影响

为了明确玉米棒颗粒与四氢呋喃（THF）对整体煤气化联合循环（IGCC）合成气气体水合物生成的协同作用,在温度276.15K、初始压力为6.0MPa的静态反应条件下,通过实验研究了玉米棒颗粒+THF溶液体系中气体水合物的生成动力学过程,并确定了不同THF浓度溶液条件下水合物的生成诱导时间、气体消耗量、CO₂分离效率及水合物的晶体结构。实验结果表明：玉米棒的存在会延长实验的稳定时间,且其压降幅度相较于不含玉米棒颗粒的体系更高;无论是否含玉米棒颗粒,诱导时间均在180s以内,且随着THF浓度上升到摩尔分数4.0%和5.6%,二者的诱导时间变得非常接近;玉米棒颗粒存在时,THF溶液的浓度越大,气体消耗量达到最终气体消耗量90%的时间则越短,且在相同THF浓度下,其所获得的气体消耗量和CO₂分离效率普遍比纯THF溶液体系高,这意味着玉米棒颗粒的存在提高了THF溶液对CO₂的分离效果。同时,微观结构分析表明无论是否含有玉米棒颗粒,THF溶液体系中所生成的IGCC合成气气体水合物的结构均为sⅡ型,纯水体系中生成的IGCC合成气气体水合物结构均为sⅠ型和sⅡ型的混合结构。     

初始压力对冰冻石英砂中CO2水合物生成特性的影响

利用冰冻石英砂模拟冻土水合物的赋存条件，研究了压力对二氧化碳水合物生成特性的影响，在300 mL高压水合物反应釜中于271 K下进行了多组CO2液化压力以上及以下的霰状冰粉包裹的石英砂中水合物生成实验。结果表明，充入的CO2未液化时，初始压力越大，水合反应速率越快，压力越早达稳定状态；充入压力达液化压力后，注入的CO2越多，水合反应速率越快。压力作为水合反应的驱动力，压力越高水合物生成越多，冰的最终转化率越高。采用CO2置换冻土区中甲烷水合物时，控制压力低于液化压力或注入过量的CO2，置换效果更好。     

CSM模型与CPA状态方程预测高压水合物生成条件

传统的统计热力学模型假设天然气水合物为理想固体溶液,同时忽略了极性水分子之间的氢键缔合作用,在预测高压条件下的水合物生成条件时偏差较大。针对这一问题,提出了基于CSM模型与CPA状态方程计算高压天然气水合物生成条件的新方法。基于该方法计算的5种高压天然气水合物生成条件与实验数据的对比表明:当水合物生成压力低于20 MPa时,水合物生成压力计算值与实验值之间的平均相对偏差范围为0.59%—5.24%;当压力范围为20—69.84 MPa时,计算值的平均相对偏差范围为0.79%—6.76%,显著优于CSM模型结合SRK状态方程的计算结果。预测高压条件天然气水合物生成条件时,需要同时考虑水合物溶液的非理想性和水分子之间氢键缔合作用。     

纤维素纳米晶对甲烷水合物生成影响

油气管道输送过程中水合物的防治已成为流动安全保障技术的关键课题。文中研究了纳米晶纤维素(CNC)对甲烷气体水化浆体宏观结构的影响,测量了在5 MPa的初始压力和274.2 K的初始温度下,10 h内的动力学参数的变化。将水合物聚结现象与生成机理结合,对新生成水合物浆液进行动力学分析,同时从化学结构的角度研究了相变体系出现孔隙结构的变化。结果表明,在0.1%—0.3%质量分数范围内,颗粒质量分数每升高0.1%,诱导时间分别延长了17 min和74 min,最高延长了188%。CNC存在时,水合物浆体内存在大量球状孔隙,使Ⅰ型水合物的生成具有网状结构。这些变化与反应时间内测量的诱导时间变化相对应。     

甲烷水合物生成分解的实验研究

海底存在着大量可燃冰,1 m3可燃冰能够储存160 m3的天然气。因此,可燃冰的开采与利用可燃冰储存与运输天然气具有重要意义。在改变搅拌、过冷度及低浓度动力学抑制剂的条件下,对甲烷水合物生成量与生成速率进行了实验研究。将甲烷水合物进行升温分解,分析水合物分解时的压力变化情况。结果表明:搅拌对甲烷水合物生成的促进效果最好,其次是过冷度,最后是超低浓度动力学抑制剂;水合物生成的传质过程最终被阻碍,采取将水与天然气的上下位置交换的方法,可以生成更多水合物。水合物升温可以得到相平衡曲线;改变初始时刻压力,可以得到不同温度区间的相平衡曲线;降低水合物分解时的升温速度,可以得到更长温度区间的相平衡曲线。     

初始压力对丙烷水合物生成过程的影响

为了研究初始压力对C_3H_8水合物生成过程的影响,在可视化实验装置上,分别研究了不同初始压力下纯水和1950×10~(-6)十二烷基硫酸钠(SDS)体系中C_3H_8水合物的生成过程.结果表明,纯水体系中,初始压力为0.5,0.54和0.58 MPa时水合物生成过程的诱导时间分别为14.7,12.3和12.1 h,平均生成速率分别为0.0174,0.0217和0.0223 mm/h;1950×10~(-6) SDS体系中,初始压力为0.5,0.54和0.58 MPa时水合物生成过程的诱导时间分别为11.5,10.7和10.5 h,平均生成速率分别为0.0222,0.0226和0.022 9 mm/h;加入表面活性剂明显缩短了水合物生成过程的诱导时间;不论纯水体系还是SDS,初始压力越高,C_3H_8水合物的生成速率越大,诱导时间越短.     

甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程

利用恒压预冷法研究了不同反应物量(30.0,100.0g)、不同压力(2.50,3.50,4.50 MPa)、温度为6℃时无搅拌甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程.实验结果表明,水合物在此体系中的生成形态为浆状;CH4水合反应速率随压力升高而增大;当初始反应物量较少(30.0g)时,甲烷储气量(标准状态下水合物中甲烷与初始反应物的体积比)随压力升高而增大不明显(3.50 MPa时为3.0 mL/mL,4.50 MPa时为3.1 mL/mL),当初始反应物量较多(100.0g)时,甲烷储气量随压力升高反而降低(由2.50 MPa时的5.4 mL/mL变为4.50 MPa时的0.9 mL/mL);反应过程中可能同时生成了纯叔丁胺结构的Ⅵ型和甲烷/叔丁胺结构的Ⅱ型两种水合物,且Ⅵ型与Ⅱ型量比在反应后期比前期大;甲烷与浓度为9.3%(mol)的叔丁胺溶液生成的水合物中甲烷储气量较低(最高5.4 mL/mL).通过分析甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程,认为其可能包括反应分子接触聚集、水合物骨架形成和水合物晶体增长等3个步骤.     

操作工况对酸性天然气水合物生成动力学的影响分析

水合物的快速生成受诸多因素的影响,操作工况是其主要的影响因素之一。以67.7%CH4+32.3%CO2（摩尔分数）混合气为例模拟酸性天然气,采用自行设计的水合物动力学实验装置,分别对初始压力为3.0 MPa、3.5 MPa、4.2 MPa、5.0 MPa和实验温度分别为1.42 ℃、3.27 ℃、5.48 ℃、7.45 ℃时的水合物生成动力学进行实验研究。定义诱导期、平衡总耗时、生长速率为水合物动力学评价指标,指标通过分析水合物生成过程中的压力及气相组成变化得到,进而综合分析了操作工况对酸性天然气水合物生成动力学的影响。实验结果表明：初始压力越高,实验温度越低,水合物平衡时气相CO2的浓度越低,水合物的生成量和生长速率越大;此外,初始压力对体系诱导期影响不够显著,而操作温度的降低可以明显缩短体系诱导期。     

表面活性剂在瓦斯水合物生成过程中的热力学作用

在实验研究基础上,结合表面活性剂水溶液中瓦斯水合物生成微观机理,提出了表面活性剂改变水合物生成热力学条件物理作用假说,认为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.利用T40（0.001 mol·L^-1）、T40（0.002 mol·L^-1）、T40/T80（0.001 mol·L^-1）分别组成的3种气 液 煤 水合物反应体系实验测定了水合物生成时的相平衡参数,与同样温度和压力条件下相平衡计算值比较,结果表明,表面活性剂的加入有效地改变了水合物生成的热力学条件.例如,在T40/T80（0.001 mol·L^-1）实验体系中,当压力为22.67 MPa时,水合物生成相平衡温度为22.6℃,比纯水中提高2.1℃.     

盐水体系中环戊烷-甲烷水合物相平衡测定与模拟

利用恒温搜索法测定了温度284.4~303.8 K、NaCl质量浓度0~9.978%水溶液中环戊烷-甲烷水合物(II型)的相平衡条件. 结果表明,该体系水合物相平衡压力远低于纯甲烷水合物,且随温度升高和盐度增大逐渐升高. 在Van der Waals-Platteeuw等温吸附模型和Pitzer活度模型的基础上建立了环戊烷-甲烷水合物在盐水体系中的相平衡理论模型,模拟预测值与实验测定值的吻合度较好,平均相对误差为4.07%,能较好地预测盐水体系中环戊烷-甲烷水合物(II型)的相平衡条件.     

基于化学亲和力模型的水合物生成动力学

水合物生成促进及动力学模型是水合物利用技术的关键问题。本文回顾了水合物生成促进技术的发展，实验研究了氧化石墨烯（GO）与十二烷基硫酸钠（SDS）复配促进剂体系下CO₂水合物的生成动力学，揭示了不同浓度对水合物生成时间、耗气的影响规律。研究结果表明，在GO与SDS复配体系下，CO₂水合物生成速度加快，诱导时间和生成时间缩短，耗气量增大。得出最佳复配浓度为0.005%GO+0.2%SDS，与纯水和单一0.005%GO体系相比，水合物的生成时间分别缩短69.7%和12.2%，耗气量提高11.24%和3.2%。建立了该体系下CO₂水合物生成化学亲和力模型，并从模型角度研究了GO与SDS复配比例、温度和压力对化学亲和力模型参数的影响。利用Matlab对模型编程计算并与实验结果进行了对比分析，吻合很好。通过研究认为，化学亲和力模型可准确预测复配体系水合物的生成。     

四氢呋喃对离子液体水溶液二氧化碳水合物生成特性影响

为改善离子液体1-胺丙基-3-甲基咪唑溴([APMIm][Br])水溶液CO_2水合物的生成特性,加入四氢呋喃(THF)形成复配溶液体系,研究复配体系中吸收CO_2同时生成水合物的特性。建立可视化高压反应釜,在273.15—288.15 K、0.5—3.5 MPa条件下,测试了不同浓度的[APMIm][Br]和THF体系中水合物-溶液-CO_2气体三相相平衡数据。实验结果表明:离子液体会抑制CO_2水合物生成,而THF能有效促进离子液体水溶液CO_2水合物的生成,水合物生成压力可大幅降低。基于离子液体水溶液缔合特性的活度系数模型理论和气体水合物的Van der Waals-Platteeuw模型理论,对复配溶液中CO_2气体水合物的相平衡进行了计算,与实验值相比,平均相对误差为1.84%。复配溶液对低压二氧化碳表现出良好的溶液吸收和气体水合物生成双效捕获能力。     

鼓泡器中环戊烷-甲烷-盐水体系水合物的生成动力学

采用鼓泡装置研究了盐水体系中环戊烷（CP）-甲烷水合物的生成动力学,分别考察了进气速率、温度、压力对水合物生成速率和进气速率对气体转化率的影响。结果显示,提高进气速率、压力,降低温度均可提高水合物生成速率。但进气速率对气体转化率有影响,进气速率过大,单位时间内进入到反应器内的气体过多,气体还未参与反应便被排出,导致气体转化率反而减小。通过观察到的实验现象,分析环戊烷-甲烷水合物的生成过程,认为水合物晶体首先在环戊烷-水界面生成,并逐步向内部气相生长,最后水合物壳破裂,气泡逸出。水合物逐渐生长成粒状,并不断聚集在一起。     

实时红外法检测双酚A环氧树脂紫外光聚合动力学

报道了用实时红外光谱法(RT—FTIR)检测双酚A型环氧树脂阳离子紫外光固化动力学。紫外光阳离子引发剂UVI-6976的浓度对固化体系转化率有较大的影响。当UVI-6976的浓度从0.5wt%增加到1.5wt%时,转化率从45%左右增加到60%左右。继续增加UVI-6976的浓度,体系转化率变化很小,而光引发剂浓度有最佳值;环氧稀释剂会降低环氧体系的粘度,从而提高固化体系最终转化率;多官能团羟基化合物对环氧体系来说是一种质子转移剂,羟基化合物在环氧体系中含量增加会导致最终转化率降低;环氧稀释剂对环氧值小的环氧树脂转化率有较大影响。     

水合物阻聚剂在油水体系中阻聚性能实验研究

水合物阻聚剂是解决海上油气混输过程中水合物堵塞的一种有效方法。采用高压蓝宝石反应釜系统,系统研究了由乳化剂Span20和阿托伐他汀复合而成的水合物阻聚对油水体系中水合物颗粒的阻聚性能,测量并计算了对应的诱导时间和水合物生成耗气量。结果表明,同未加入水合物阻聚剂体系相比(除了70%),水合物阻聚剂的存在缩短了诱导时间,并显著提高了水合物的生成量;初始含水率和阻聚剂添加量对水合物阻聚剂性能具有重要影响,其适宜范围分别为<50%和1.0%～3.0%;另外,在满足水合物生成区域范围内,初始进气压力(过冷度)对含水合物阻聚剂油水体系水合物的耗气量和耗气速率的影响有限。最后,从油水乳化和颗粒间防聚角度对水合物阻聚剂在油水体系内的阻聚机理进行了阐释。     

含砂搅拌体系甲烷水合物生成与分解实验研究

利用高压反应釜装置,在不同初始压力、砂粒粒径等条件下进行甲烷水合物的生成与分解实验,研究细质砂粒固相颗粒对甲烷水合物成核诱导时间、生成和分解等的影响规律。结果表明:砂粒能够促进甲烷水合物生长,体系初始压力越高,水合物生成速率越高;体系初始压力为7.2 MPa、砂粒粒径为2 000目(6.5μm)时,水合物生成过程最稳定,且水合物生成量最多;在分解过程中,纯水体系和含砂体系的分解速率相当,只存在气体释放量的差异。进而得出结论:砂粒固体颗粒的存在会促进水合物生成,所以在水合物开采过程中,若工况满足水合物生成条件,水合物二次生成会更易发生,使得矿藏砂粒、水合物、天然气、海水在管道内的多相混输堵塞风险增加;含砂条件对水合物分解的影响作用不大,矿砂在水合物分解过程中对流动安全的影响有待深入研究。该研究成果为解决深水浅层水合物开采过程中的流动安全保障问题,提供了重要的理论基础和技术支撑。     

卵磷脂对甲烷水合物形成的影响

建立了用于测定卵磷脂(lecithin)对钻井液中水合物形成影响的实验装置及方法,以理解化学添加剂卵磷脂对北极Cascade地区钻井过程中水合物层的稳定作用。本研究旨在理解卵磷脂对纯水中甲烷水合物形成热力学和动力学的影响。结果表明，卵磷脂基本上不影响甲烷水合物生成的热力学条件，但当卵磷脂在水中的浓度超过0.003 g·g^-1时，它会影响甲烷水合物的生成速度和数量,是很好的水合物生成动力学促进剂。     

水合物法分离合成气实验研究

分别测定了煤气化合成气在纯水以及两种不同浓度(6%(mol)和5%(mol)的四氢呋喃(THF)水溶液中的水合物生成条件,实验结果表明THF的加入可以大大降低合成气生成水合物的压力,使合成气能够在较低的压力下通过生成水合物的方法得到分离,同时也为该分离方法应用于实际工业装置提供了可行性。研究还成功地将Chen-Guo水合物热力学模型应用到含有一氧化碳气体的水合物生成条件的预测,并对合成气在纯水中不同温度下生成水合物的压力进行了计算,与本次实验值比较,得到平均误差为8.64%,肯定了实验结果的准确性。在此基础上,选定在5%(mol)THF水溶液中,气液比为100:1,反应压力为5MPa(绝)的条件下,分别进行反应温度为279.15K、281.15K、283.15K、284.15K和285.15K的水合物法分离合成气实验,提浓其中的氢气和一氧化碳。实验结果表明,284.15K时,氢气的回收率达到79.8%,氢气和一氧化碳的总回收率为76.0%,分离后二者总的体积百分含量由原料气中的88%提高到93%,分离效果较为满意。     

饱和溶液对天然气水合物影响的实验研究

水合物生成速度及储气量严重制约着天然气以水合物形式储运的发展。为提高其生成速度及储气量,采用饱和溶液提供晶种代替水合物晶核自发形成的方式,研究了不同饱和度CuSO_4溶液、MgSO_4溶液及去离子水在8.45MPa,温度分别为3,5,8℃条件下对天然气水合物生成速度及储气量的影响。由结果可知:饱和溶液可以促进天然气水合物生成。相同实验条件下,CuSO_4饱和溶液生成水合物的储气量是去离子水的7倍,MgSO_4饱和溶液生成水合物的储气量是去离子水的7.2倍,水合物在饱和溶液中的生成速度也明显提高。饱和溶液中天然气水合物生成的初始阶段主要受饱和溶液结晶作用影响,降低温度可以改变水合物的平衡压力,影响水合物的平均生成速度,但对水合物初期的生成速度影响不大。