二氧化碳泡沫稳定性及聚合物对其泡沫性能的影响

基于CO2气体性质的特殊性以及CO2泡沫在多孔介质中表现出不同于其他气体泡沫的现象,利用气流法,选用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为起泡剂,研究了CO2泡沫的稳定性和衰减规律,以及聚合物部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)对CO2泡沫性能的影响。结果表明,在相同条件下,CO2泡沫的稳定性比N2泡沫差,并且CO2泡沫的稳定性基本不受表面活性剂浓度的影响;CO2泡沫的衰减曲线近似一条直线,泡沫形成后体积迅速减小。CO2在水中具有较大的溶解度,泡沫的液膜渗透率系数大,因而泡沫稳定性差,也是造成CO2泡沫在岩心内渗流规律区别于N2泡沫的一个重要原因。HPAM的加入可以在一定程度上增强CO2泡沫的稳定性,但同时也会使溶液起泡性能降低,所以实际应用时需要综合考虑泡沫特性,选择最佳的聚合物浓度。     

多孔介质内超临界CO2流体及泡沫驱油特性的比较实验研究

CO₂混相驱替可以提高原油采收率,因此近年来得到研究者们的广泛关注。使用高温高压驱替设备,利用超临界CO₂流体、超临界CO₂泡沫及N₂泡沫作为驱替介质,对油水饱和孔隙介质中的油相驱替特性开展了比较实验研究。通过对驱替过程沿程压力及对驱替增采油量的测量,对不同驱替手段在孔隙介质内的油相增采特性进行深入研究和探讨。研究发现在温度为50℃、压力为13 MPa时,超临界CO₂流体对多孔介质内的油相驱替效果有显著提升,当压力进一步升高到23 MPa时,油相增采效果不明显。说明在本实验条件下超临界CO₂流体与油相在50℃、13 MPa时可达到混相驱替状态;而采用超临界CO₂泡沫及N₂泡沫注入工艺未能进一步提高出油量。沿程压差测量结果则显示,与N₂泡沫相比,超临界CO₂泡沫在多孔介质试样内的驱替压差较小,起泡性能较差。实验结果对于筛选及评价超临界CO₂驱油工艺具有一定的指导意义。     

一步法制备含氨基化合物的非对称CO2分离膜

采用一步相分离法,制备以聚醚砜（PES）为主体材料,二乙醇胺（DEA）为添加剂和氨基载体的膜,用于CO₂分离。考察了PES浓度、DEA浓度、膜厚度对CO₂/N₂分离性能的影响,同时考察了膜性能的长时间稳定性。当涂膜液中DEA/PES的质量比为12/26、刮刀与无纺布的距离为300 μm、进料气压力为0.11 MPa（表压）时,膜的CO₂渗透速率可达274 GPU,CO₂/N₂分离因子可达50。测试温度低于40℃时,DEA/PES膜的CO₂渗透速率和CO₂/N₂分离因子保持稳定。另外,对CO₂/N₂分离性能较好的DEA/PES膜（质量比为12/27）进行CO₂/CH₄分离性能测试,在1 MPa（表压）下性能优于商品膜。上述结果表明,本文研制的DEA/PES膜制备步骤简单,易于规模化制备,性能较优,在CO₂分离领域具有良好的应用前景。     

功能化Zr-MOF强化混合基质膜CO2分离

混合基质膜（MMMs）在气体分离领域具有良好的应用前景,金属有机框架（MOFs）由于具有高孔隙率和有机连接基团,常被用作填料制备MMMs。但由于MOFs与聚合物的界面相容性问题,MMMs的气体分离性能提升受到限制。本文合成了功能化的Zr-MOF（UiO-66-AC）,并利用其与聚醚共聚酰胺（Pebax）共同制备了混合基质膜。填料中引入的羰基和羧基等基团提供了MOFs与聚合物基质之间较强的界面相互作用。与纯Pebax膜相比,UiO-66-AC/Pebax MMMs的气体渗透性能得到了显著提高。当填料质量分数为6%时,膜的CO₂渗透系数为102.4 Barrer,CO₂/N₂和CO₂/CH₄选择性分别为90.6和26.0,CO₂/N₂分离性能突破了Robeson上限(2008),表明该混合基质膜在CO₂的分离应用上具有潜力。     

Pebax/a-MoS2/MIP-202混合基质膜的制备及CO2分离性能

为了获得高性能的CO₂/N₂分离膜,把空气中氧刻蚀的二硫化钼（a-MoS₂）和金属有机框架材料MIP-202通过机械力化学反应制备的双功能填料作为分散相,聚醚嵌段酰胺（Pebax-1657）作为连续相,采用溶液浇铸法制备了Pebax/a-MoS₂/MIP-202混合基质膜。采用FT-IR表征了填料的化学结构,借助ATR-FTIR、SEM、TG和力学性能测试表征了混合基质膜的化学结构、微观形貌结构、热稳定性和物理力学性能。研究了水含量、双功能填料配比、含量、膜两侧压差和操作温度对膜气体分离性能的影响,并考察了模拟烟道气（CO₂/N₂体积比15/85）条件下混合基质膜的长时间运行稳定性。结果表明：在温度为25℃、膜两侧压差为0.1 MPa的操作条件下,a-MoS₂与MIP-202质量比为5∶5和双功能填料含量为6%（质量）时,膜的气体分离性能达到最优,CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性分别为380 Barrer和124.7,超过了2019年McKeown等提出的上限值。连续测试360 h后,混合基质膜的性能没有明显降低,其平均CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性分别为358 Barrer和120.1。这主要是由于a-MoS₂和MIP-202协同提高了膜的气体分离性能。     

Pebax/a-MoS2/MIP-202混合基质膜的制备及CO2分离性能

为了获得高性能的CO₂/N₂分离膜,把空气中氧刻蚀的二硫化钼（a-MoS₂）和金属有机框架材料MIP-202通过机械力化学反应制备的双功能填料作为分散相,聚醚嵌段酰胺（Pebax-1657）作为连续相,采用溶液浇铸法制备了Pebax/a-MoS₂/MIP-202混合基质膜。采用FT-IR表征了填料的化学结构,借助ATR-FTIR、SEM、TG和力学性能测试表征了混合基质膜的化学结构、微观形貌结构、热稳定性和物理力学性能。研究了水含量、双功能填料配比、含量、膜两侧压差和操作温度对膜气体分离性能的影响,并考察了模拟烟道气（CO₂/N₂体积比15/85）条件下混合基质膜的长时间运行稳定性。结果表明：在温度为25℃、膜两侧压差为0.1 MPa的操作条件下,a-MoS₂与MIP-202质量比为5∶5和双功能填料含量为6%（质量）时,膜的气体分离性能达到最优,CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性分别为380 Barrer和124.7,超过了2019年McKeown等提出的上限值。连续测试360 h后,混合基质膜的性能没有明显降低,其平均CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性分别为358 Barrer和120.1。这主要是由于a-MoS₂和MIP-202协同提高了膜的气体分离性能。     

SPEEK/PSI半互穿网络共混膜的制备及其CO2分离研究

为了获得高性能的气体分离膜,实现烟道气中CO₂/N₂高效分离回收,以磺化聚醚醚酮（SPEEK）和聚琥珀酰亚胺（PSI）为原料,己二胺为交联剂,原位交联反应制备富含氨基的半互穿网络共混膜,在膜内构建CO₂传递通道和亲和位点,并采用红外光谱对共混膜的结构进行表征。研究水含量、PSI用量和进料气压力对膜气体分离性能的影响,在混合气条件下考察其气体分离性能和长时间运行稳定性。研究结果表明：SPEEK与PSI两相界面相容性较好,它们之间存在较强的相互作用,且呈半互穿网络微结构;PSI含量为60%（质量）时,纯气和混合气条件下CO₂渗透性分别为652和601 Barrer,对应的CO₂/N₂选择性为67.6和60.3,优于纯SPEEK膜,且超过2008年的Robeson上限;共混膜运行360 h后,CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性仍然稳定。这主要是因为SPEEK与PSI形成富含氨基的半互穿网络微结构后,一方面提供了CO₂促进传递载体;另一方面,增强了共混膜的保水性能,形成大量CO₂传递水通道。     

泡沫薄膜液在变径管内的流变学特性

针对泡沫流体在储层介质内的流动特点,对泡沫薄膜液在变径管内的流变学特性进行实验研究。基于两相流动假设,利用量纲分析法确定量纲1参数ΔpD/δ及（3μU/σ）^2/3。通过CO₂及N₂泡沫的实验结果发现泡沫薄膜液在变径管内流动时需克服启动压力,量纲1参数间呈明显的线性关系,而且N₂泡沫与CO₂泡沫相比具有更大的流动阻力。与直管相比,泡沫薄膜液在变径管内具有更大的流动压差。实验结果表明,对于揭示泡沫液在多孔介质中的流动机理,Herschel-Bulkley模型优于幂律模型。     

机械化学法合成小尺寸MOF填料助力高性能CO2分离

利用金属-有机骨架UTSA-280具有特定刚性尺寸的一维孔道可以筛分CO₂、CH₄、N₂的特性,采用机械化学研磨法减小其颗粒尺寸,将UTSA-280掺入聚砜（PSf）中制备MOF基混合基质膜,用于天然气提纯和烟道气CO₂捕获。结果表明,在PSf中掺入UTSA-280不仅可以增加聚合物的CO₂渗透通量而且提高了气体分离选择性。当UTSA-280掺杂量为30%（质量）时,混合基质膜对CO₂/CH₄、CO₂/N₂的分离因子分别为56.39和53.17,CO₂的渗透通量为18.61 Barrer,相对于PSf纯膜,选择性分别提高了47.3%和63.5%,CO₂渗透通量提高了128.9%,打破了“trade-off”效应。该工作通过引进具有分子筛分效应的MOF填料,能够增加气体通量的同时提高混合基质膜对含CO₂气体的分离性能,对天然气的提纯以及烟道气的CO₂的捕获有重要意义。     

N2和CO2对液化石油气(LPG)惰化抑爆效能对比分析

为探究惰性气体对液化石油气（LPG）惰化抑爆效能的影响规律,本文运用可燃气体爆炸极限测定装置和可视化球型爆炸综合实验系统,分别测试了不同体积分数N₂和CO₂时,LPG的爆炸极限和压力特性参数并进行对比分析。结果表明：N₂和CO₂都会缩小液化石油气的爆炸极限,且对爆炸上限的影响程度更大;达到爆炸临界点时,CO₂体积分数为34%,小于N₂的43%,并且给出了爆炸危险区域的计算公式;在相同条件下,CO₂使得液化石油气的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率降幅大于N₂的作用效果,且更好地降低了爆炸危险度和最大爆炸指数,提前了爆炸最猛烈程度的出现时间,减小爆炸危险时间。综合对比后发现,CO₂对LPG的抑爆性能要优于N₂。     

CO2-原油体系发泡特性实验研究

为研究CO₂驱油田分离器内泡沫层产生及消除机理,设计了一套高压溶气原油泡沫测试系统,采用降压法研究了CO₂-原油体系的发泡特性。利用高速摄像机对泡沫产生至衰变的演变过程进行了记录,总结分析了不同降压阶段的气泡行为,研究了降压速率和搅拌速率对原油发泡特性的影响规律。研究发现,随压力降低,稳定存在气泡的直径增大,气泡位置上移,发泡行为更加剧烈;降压速率增加对降压阶段的发泡行为无明显影响,但会加剧稳定工作压力下的发泡行为;在转速小于等于120 r/min的条件下,搅拌速率增加会加剧降压阶段的发泡行为,但会加速稳定工作压力下的泡沫衰变。     

泡沫薄膜液在直管内的流变学特性

针对泡沫液在多孔介质内的流动特点,对泡沫薄膜液在直管内的流变学特性进行了实验研究。按单相幂律流体假设,获得二氧化碳及氮气泡沫薄膜液的表观黏度数据。结果表明：泡沫薄膜液具有较大表观黏度并呈现剪切变稀的非牛顿流体特性。由于水溶性影响,二氧化碳泡沫液的表观黏度要小于氮气泡沫液。利用量纲分析法确定量纲1参数,对泡沫薄膜液的流变学特性进行了量纲1分析并给出基于两相流动分析的阻力模型。     

烷基糖苷的泡沫扫描研究

采用泡沫扫描方法全面研究了APG质量浓度、N2流量和NaC l质量浓度对APG泡沫性能的影响。结果表明,在1000 s内所有样品泡沫高度不变,稳泡性很好,除ρ(APG)=0.25 CMC泡沫时间为149 s外,其余质量浓度下发泡时间都在(144±2)s,随表面活性剂质量浓度增加,泡沫相对电导、泡沫最大密度和泡沫稳定指数值都增加。N2流量对体系发泡性能影响较大,最佳N2流量为40 mL/min。随盐含量增加发泡时间微减少,而泡沫稳定指数增加。在稳泡阶段,随时间延长和N2流量增加,泡沫数量越来越少,泡沫单个面积越来越大。盐含量高时泡沫数量较多。随表面活性剂质量浓度增加,泡沫数量增加,但泡沫总面积和平均面积减小。     

直链型偶氮苯聚氧乙烯醚稳泡剂的制备及表面活性

以4-羟基偶氮苯、1,2-二溴乙烷、PEG-600为原料,合成直链型偶氮苯聚氧乙烯醚非离子表面活性剂(PEP-600)。通过红外光谱和核磁共振氢谱表征了其结构,并测试了其表面活性。结果表明,PEP-600临界胶束浓度(CMC)为4.99×10~(–3) mol/L,在CMC处表面张力为48.09 mN/m,饱和吸附量为2.48×10~(–3) mmol/m~2,亲水亲油平衡值(HLB)为14.20。将PEP-600与0.1 g/L的十二烷基硫酸钠复配最大发泡比为12,泡沫半衰期为220s左右,直链型分子结构的PEP-600在泡沫液膜表面排列紧密,具有优异的起泡性能,可用作泡沫染整稳泡剂。     

Stabilization of natural gas foams using different surfactants at high pressure and high temperature conditions

Natural gas foam can be used for mobility control and channel blocking during natural gas injection for enhanced oil recovery, in which stable foams need to be used at high reservoir temperature, high pressure and high water salinity conditions in field applications. In this study, the performance of methane (CH₄) foams stabilized by different types of surfactants was tested using a high pressure and high temperature foam meter for surfactant screening and selection, including anionic surfactant (sodium dodecyl sulfate), non-anionic surfactant (alkyl polyglycoside), zwitterionic surfactant (dodecyl dimethyl betaine) and cationic surfactant (dodecyl trimethyl ammonium chloride), and the results show that CH₄-SDS foam has much better performance than that of the other three surfactants. The influences of gas types (CH₄, N₂, and CO₂), surfactant concentration, temperature (up to 110°C), pressure (up to 12.0 MPa), and the presence of polymers as foam stabilizer on foam performance was also evaluated using SDS surfactant. The experimental results show that the stability of CH₄ foam is better than that of CO₂ foam, while N₂ foam is the most stable, and CO₂ foam has the largest foam volume, which can be attributed to the strong interactions between CO₂ molecules with H₂O. The foaming ability and foam stability increase with the increase of the SDS concentration up to 1.0 wt% (0.035 mol/L), but a further increase of the surfactant concentration has a negative effect. The high temperature can greatly reduce the stability of CH₄-SDS foam, while the foaming ability and foam stability can be significantly enhanced at high pressure. The addition of a small amount of polyacrylamide as a foam stabilizer can significantly increase the viscosity of the bulk solution and improve the foam stability, and the higher the molecular weight of the polymer, the higher viscosity of the foam liquid film, the better foam performance.     

中国挤出聚苯乙烯（XPS）泡沫行业CO2混合发泡技术安全生产规范

简单介绍了二氧化碳（CO₂）混合发泡技术制备挤出聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）的生产工艺,通过生产安全性分析,详细阐述了发泡剂储存区和高压泵房的安全隐患,分析了XPS泡沫生产过程中易燃发泡剂的可能释放部位和释放几率,并给出了发泡剂储存区、高压泵房和生产车间的安全保障措施,主要涉及到可燃气体探测系统、通排风系统、消防系统、防静电系统的安装要求。