水合物法分离甲烷-乙烷体系相关相平衡的研究

开发了一种水合物法分离甲烷-乙烷混合气体的新技术，考察了在阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS，C22H25OSO3Na）存在下，甲烷-乙烷体系的气-水合物相平衡。在一定范围内改变体系的初始压力、温度和气／液体积比，得到了乙烷在气-水合物两相的摩尔分率和分配系数，以及体系达到平衡时的压力。结果表明，在初始压力为4．0MPa、温度为274．15K、气／液体积比为185．1的条件下，甲、乙烷分离效果达到最佳。还考察了甲烷-乙烷体系水合物生成速率与SDS质量浓度的关系。实验发现SDS的质量浓度为300mg／1时，水合物能快速生成。在SDS存在下，采用水合物分离技术，能成功地使甲烷、乙烷气体分离。     

THF+TBAB+SDS对含氧煤层气水合物生成促进的实验研究

由于生成条件比较温和、含气率较高、储存稳定、耗能低、再分解简单可控、水合物晶体仅包含水和甲烷的优点,水合物法已成为一种有吸引力的分离含氧煤层气的新方法。实验研究了THF+TBAB+SDS体系中煤层气水合物生成的热力学参数及诱导时间的变化规律,获得了相应的相平衡数据。结果表明:THF+TBAB+SDS对煤层气水合物生成的热力学促进作用明显好于单一组分添加剂;并且THF、TBAB混合后,对煤层气水合物生成热力学起主要促进作用的为THF;三种添加剂混合后,记忆效应对煤层气水合物生成诱导时间影响不明显。     

水合物促进剂的研究进展

气体水合物是被认为一种能够更好进行气体运输与存储的介质,水合物在节能和环保方面有着很大的优势。为促进水合物更好的适应将来的工业应用,在水合物形成过程中添加一定的促进剂受到越来越多的关注。本文总结了近年水合物生成促进剂的研究,包括促进剂对水合物生成热力学及动力学的影响,温度和压力对水合物生成的影响,促进剂的复配及促进剂在混合气体水合分离中的应用。     

SDS和THF对水合物法捕集模拟烟气中CO2的影响

采用搅拌式反应釜水合物生成实验装置研究动力学促进剂十二烷基硫酸钠(SDS)和热力学促进剂四氢呋喃(THF)对水合物法捕集CO_2的影响,用摩尔分数为25%的CO_2和75%的N_2混合气模拟烟气,分别探究不同浓度的SDS和THF对分离效果的影响;在此基础上,研究了不同初始压力、反应温度对分离效果的影响。结果表明,SDS和THF的存在都能提高CO_2回收率,但同时会降低分离因子。设定初始温度为3.5℃,初始压力为9.2 MPa时,加入质量分数为0.01%的SDS溶液后,CO_2回收率较纯水中增大了4.3%,分离因子较纯水中降低了44.8%;设定初始温度为6.5℃,初始压力为3.7 MPa时,加入摩尔分数为0.5%的THF溶液后,CO_2回收率较纯水中增大了30.4%,分离因子较纯水中降低了72.8%。在实验条件下,适宜的SDS质量分数为0.01%～0.05%,THF摩尔分数为0.5%～2%,初始压力的增加可以有效缩短水合反应的诱导时间,增大储气密度、CO_2回收率和分离因子,降低温度能有效提高分离效果。     

复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件影响的实验研究及动力学模型建立

基于水合物法储存分离二氧化碳具有较广阔的应用前景,通过实验研究了复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件的影响,选用十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及两者的混合溶液作为实验用溶液,研究发现当采用浓度为265mg/L的SDS和SDBS质量比为1:1的复合添加剂溶液时,二氧化碳水合物的相平衡点最低,最易生成,此时的溶液体系能很好的促进水合物生成,而且比单一的SDS溶液或者SDBS溶液体系下水合物的生成条件都有所降低。建立了考虑复合添加剂促进作用的新型水合物生成动力学模型。     

热传递对甲烷水合物生成速度的影响研究

为了深入了解传热对甲烷水合物生成过程的影响,在体积10L的静态反应器中,研究了不同的制冷液温度、流量和气体温度条件下甲烷水合物的生成状况。实验过程中设定水溶液的初始温度为276．15K,压力为（6．6±0．2）MPa,反应水量为1．92kg。实验结果表明,当较大量的合成甲烷水合物时,如果甲烷水合物生成热不能被及时带走,反应液体温度将迅速升高,导致甲烷水合物生成速度很快变小甚至停止;同时,气体温度对甲烷水合物的诱导期和生成速度也有重要影响,气体温度越低,甲烷水合物生成诱导期越短,生成速度越快。因此,热传递是影响甲烷水合物生成速度的关键因素。     

乙烯裂解气的水合物法分离实验研究

开发了一种水合物法分离乙烯裂解气的新技术,考察了在选择性热力学抑制剂THF下乙烯裂解气体系的气-水合物相平衡。在一定范围内改变体系的初始压力、温度和THF浓度,得到了各组分在气-水合物两相的摩尔分率和体系达到平衡时的压力。结果表明,通过加入选择性抑制剂,能使甲烷生成水合物,进入水合相,乙烷、乙烯则很难生成水合物而得到抑制,从而使C2组分在气相中得到富集,甲烷在水合物相得到富集,实现乙烯裂解气的分离;在初始压力为4．0MPa、温度为276．15K、THF浓度为8．01％（摩尔分数）的条件下,分离效果达到最佳。     

1-甲基咪唑离子液体促进CO_2水合物生成实验探究

为解决水合物法捕获封存CO2技术中水合物反应生成速率慢、储气密度低等难题,自主合成了一种含有表面活性基团的1-甲基咪唑类离子液体水合物促进剂,探究其对CO2水合物的生成促进作用。采用高压磁动力搅拌反应釜,在静态和搅拌体系下,研究了在合成的离子液体的水溶液中CO2水合物的反应速率、反应时间、气体消耗量及其对水合物生成过程的影响,并与SDBS进行对比分析,阐述了促进剂对水合物生成促进的动力学机理。实验结果表明,1-甲基咪唑离子液体可缩短诱导时间,提高水合物生成速率和储气量,其最佳反应浓度为0.1g/L,远低于SDBS对应的0.7g/L,且促进效果比SDBS好,6℃时,CO2水合物的反应生成速率提高了12.5%。     

钻井过程中水合物层化学稳定实验研究

油田试验显示,钻井液中加入Lecithin可稳定北极Cascade地区水合物层。针对这一现象开展了一系列实验研究。通过特制的实验装置,对加入不同含量Lecithin后钻井液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(或加入部分水)体系中甲烷水合物形成的热力学条件和甲烷水合物的生成速度与数量进行了测定。实验结果表明:Lecithin的加入基本上不影响钻井液中甲烷水合物形成的热力学条件;对于钻井液Ⅰ和钻井液Ⅲ的实验流体体系,Lecithin是很好的甲烷水合物生成促进剂。     

某深水油田集输管线水合物生成预测及防治*

深水油气钻井和开发过程中极易生成天然气水合物,对深水钻井和油气集输造成严重影响。某深水油田的伴生气组分复杂,现有水合物生成预测模型计算误差较大。为准确预测该油田伴生气的水合物生成风险,本文利用天然气水合物微观实验装置,模拟油田多组分气体,进行了水合物生成条件测定,并探索了乙二醇对多组分气体水合物生成的影响。研究表明,在温度低于15℃时,某深水油田的伴生气的相平衡条件低于甲烷和二氧化碳,高于乙烷和丙烷;在温度高于15℃时,其相平衡条件低于甲烷、乙烷和二氧化碳。这表明,与甲烷气体相比,该多组分气体由于乙烷、丙烷等的存在,更容易生成水合物,且水合物晶体呈针状生长,其针状结构会迅速发展成体型结构,极易造成管线堵塞。在集输管线流体平均压力为5 MPa时,40%的乙二醇溶液可使模拟气体的水合物相平衡温度降低5.3℃,为该油田水下油气集输过程中的水合物防治工作提供了理论依据。图10参19     

四丁基溴化铵水合物储存氢气的研究

利用高压搅拌式水合物实验装置,进行了四丁基溴化铵(TBAB)水合物储氢的研究。在恒容条件下,考察了水浴温度、初始压力对水合物储氢特性的影响,并比较了TBAB水合物和四氢呋喃(THF)水合物的储氢性能。实验结果表明,在初始压力7.2 MPa、x(TBAB)=0.6%的条件下,水浴温度越低,生成水合物的诱导时间越短,储氢密度越大,水浴温度为0.5℃时储氢密度最大(为0.095%);在水浴温度0.5℃、x(TBAB)=0.6%的条件下,初始压力越大,生成水合物的诱导时间越短,储氢密度越大,在初始压力为8.4 MPa时储氢密度最大(为0.109%);在水浴温度为0.5℃、初始压力7.2 MPa的条件下,THF水合物的储氢密度仅为0.014%,远低于TBAB水合物的储氢密度(0.095%),TBAB水合物的储氢性能更好。     

氧化石墨烯作为新型促进剂加速CO_2水合物生成实验

为了解决气体水合物生成速率慢、储气密度低、生成条件苛刻等难题,利用高压反应釜生成实验装置,探究了添加质量浓度为0.2 g/L的氧化石墨烯对CO_2水合物生成的诱导时间、气体消耗量及CO_2水合物相平衡压力的影响,揭示了温度和压力的变化规律,与去离子水中CO_2水合物生成实验进行了比较并分析了其促进机理。结果表明:①氧化石墨烯具有动力学促进和热力学促进的双重作用,能够加快CO_2水合物体系的传热传质效率,促进气体溶解,提高成核速率和气体消耗量,降低相平衡压力;②与去离子水相比,氧化石墨烯体系下CO_2水合物生成诱导时间缩短了74%~85%;③温度为6℃时,随着初始压力的不同氧化石墨烯均能提高气体消耗量,在4 MPa时气体消耗量增长幅度最大,达17.2%,提高了水合物储气密度;④氧化石墨烯降低CO_2水合物相平衡压力的最大降幅为20%。结论认为,该新型促进剂能够提高CO_2水合物的生成速率和储气密度。     

孔板气泡法缩短天然气水合物形成诱导期

为缩短天然气水合物形成诱导期，基于气液两相流原理和天然气水合物形成条件，提出从高压反应釜底部进气，利用孔板鼓泡来增大气液接触面积，增强气体对液体的扰动，从而缩短天然气水合物形成诱导期的动态方法。据此，建立带有机玻璃视窗的高压反应釜实验系统，在浓度为280 ppm十二烷基硫酸钠（SDS）促进剂水溶液中进行天然气水合物生成动态实验（反应釜底部进气）和静态实验（反应釜顶部进气）。结果表明，使用此法，一定压力（P=4.15 MPa）和温度（T=274.05 K）下，相比于静态实验（P=4.30 MPa，T=273.95 K），天然气水合物形成诱导期可缩短约2/3，尽管其它条件相同时，理论上后者的温度和压力更有利于天然气水合物的形成；此外，实验结果还表明，一定反应条件下，天然气水合物形成诱导期受通气状况的影响，实验中，通过控制气流速率，一方面可控制气泡直径（气泡直径越小，气液接触面积越大）；另一方面可延长通气时间（增加了气体对液体的持续扰动）。这二者都有助于缩短天然气水合物形成诱导期。     

低温下水合物促进剂SDS及SDBS溶液表面张力研究

由于阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）能够降低气液界面张力,增大气体溶解度,从而起到促进水合物生成的作用.通过实验室考察SDS和SDBS的表面张力在低温条件下的变化规律,并测定最低表面张力时对应浓度.     

表面活性剂促进CO_2水合物生成的实验及动力学模型

采用自行设计的水合物生成实验系统,在静态条件下,在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)体系中进行了CO2水合物生成的实验。考察了表面活性剂浓度对CO2水合物生成的影响;建立了CO2水合物生成动力学模型;分析了表面活性剂对CO2水合物生成促进作用机理。实验结果表明,SDBS和SDS均能缩短CO2水合物生成的诱导时间、提高生长速率和储气密度;SDBS比SDS具有更好的CO2水合物生成促进效果,两种添加剂的最佳用量分别为0.5,0.3 g/L;建立的CO2水合物生成动力学模型能对水合物生成过程进行准确预测。     

TBAB水合物及其浆体导热系数

利用基于瞬态平面热源法的Hot Disk热常数分析仪,测量了270.55~303.15K温度范围内,TBAB初始质量分数为10%~40%的TBAB溶液、水合物及其浆体的导热系数。结果表明,不同于其他水合物所具有的玻璃体导热特性,TBAB水合物的导热系数与温度呈负相关;TBAB溶液和水合物浆体的导热系数随TBAB初始质量分数的增大而减小、随温度的升高而增大。     

甲烷水合物在冰浆中生成特性的研究

在定容条件下进行甲烷水合物在冰浆中和纯水中的生成实验。在3~5 MPa,273.15~277.15 K,500~1 000 r/min的条件下考察初始压力、水浴温度和搅拌转速对甲烷水合物生成过程的影响。实验结果表明,甲烷水合物在冰浆中的生成速率比在纯水中的快;初始压力为3 MPa、搅拌转速为1 000 r/min时,甲烷水合物在冰浆中的生成时间为42 min,生成速率为47.7mL/min;甲烷水合物在纯水中的生成时间为90 min,生成速率为22.3 mL/min;甲烷水合物在冰浆中具有更好的生成特性,具有工业化应用的潜力。     

乙二醇影响水合物生成的模拟实验

天然气是多组分混合物,储存状态下液化天然气处于气液相平衡状态.水合物相平衡的研究主要是通过实验方法和数学预测手段确定水合物的相平衡条件,判断水合物的生成条件和影响因素,以控制水合物的生成实验研究可知,乙二醇能够增大二氧化碳的溶解度,提高水合物的相平衡压力,降低水合物相平衡温度,抑制水合物的生成,使用质量分数为20％的乙二醇溶液可使水合物生成至少延迟7h.     

石英砂介质中甲烷水合物生成过程和相平衡的实验研究

为研究小梯度温度范围内甲烷水合物在石英砂介质中生成过程的热力学和动力学特性,开展了定容条件下273.75K、273.85K、273.95K3种恒温水浴体系的甲烷水合物生成实验。研究结果表明:(1)反应温度越低,釜内甲烷水合物生成过程中反应热释放越快,相比于273.95K的反应体系,273.75K体系的反应釜内首次温度上升值为0.9K,约为273.95K体系的6倍;(2)随反应温度的增加,水合物的生成量和转化率逐渐下降;(3)反应温度越低,甲烷水合过程的前期反应速率越大,气液界面和石英砂表面生成的水合物薄膜阻碍了甲烷气与水之间的进一步传递,使得甲烷的单位消耗速率随反应的进行呈阶梯型递减。通过石英砂介质内甲烷水合物的生成实验,以期为工业上气体水合物的合成、储存与运输提供借鉴。     

气体水合物相平衡测定方法研究

天然气水合物是一种类似冰的笼形晶体水合物。水合物形成热力学性质的研究是水合物形成抑制、能源利用、储存天然气、CO2处理、海水淡化等的基础。文章介绍一套新的可视铧高压流体测试系统,讨论了气体水合物相平衡测定的几种方法,分析了图形法和观察法的优缺点。利用可视化高压流体测试系统运用图形法和观察法对甲烷体系的水合物相平衡进行了实验比较研究。