离子液体强化二氧化碳水合物生成实验研究

实验研究了搅拌体系下离子液体1-(3-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑十二烷基磺酸盐([MIMPS]DBSA)、1-(3-磺酸基)丙基哌啶十二烷基苯磺酸盐([PIPS]DBSA)、1-(3-磺酸基)丙基吡咯烷十二烷基苯磺酸盐([PYPS]DBSA)、鼠李糖脂(RhaC10-C10)在2~10℃内对CO2水合物生成的影响。结果表明,上述试剂对CO2水合物生成相平衡压力的影响受到温度及浓度的双重影响。[MIMPS]DBSA、[PIPS]DBSA、[PYPS]DBSA、Rha-C10-C10降低CO2水合物相平衡压力最大幅度分别为16.4%、10.8%、17.0%、16.0%,促进CO2水合物生成最佳质量分别为100、500、500、500 mg/kg。最后,计算了各个最佳浓度化学试剂体系CO2耗气量,发现[MIMPS]DBSA、[PIPS]DBSA、[PYPS]DBSA、Rha-C10-C10增大CO2耗气量最大幅度分别为31.9%、32.5%、48.9%、33.1%。     

添加剂对二氧化碳水合物生成特性的影响

二氧化碳气体是产生温室效应的主要原因,使用水合物法固定二氧化碳于海底有助于减少大气中的二氧化碳气体,减少温室效应,而且对环境不会造成污染,是目前国际上比较热门的研究课题。因此,二氧化碳水合物的生成特性、物理性质以及如何降低其相平衡点和加快生成速率是本课题应当研究的重点。通过试验研究了不同浓度下十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及SDS和SDBS复合添加对二氧化碳水合物相平衡点的影响。试验表明:在不同温度下,不同类型不同浓度的溶液下二氧化碳水合物的相平衡点是不同的,即使是同种类型溶液,其最适宜浓度也随温度有所变化。基于试验结果,简单分析了二氧化碳水合物的生成特性,总结了研究二氧化碳水合物特性的一些试验方法。     

离子液体与动力学抑制剂作用下混合气体水合物生成特性研究

利用等温恒容法实验考察了一种高性能离子液体N-丁基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸盐([BMP][BF₄])、两种动力学抑制剂(KHIs)[聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯己内酰胺(PVCap)]及[BMP][BF₄]与KHI的二元混合物对甲烷/乙烷/丙烷三元混合气体水合物生成动力学过程的影响规律。通过分析压力和气相组分变化规律,发现混合气体水合物呈现两步骤生长模式。在高过冷度(>10℃)和高搅拌速率(1000 r/min)条件下,单一添加剂基本失效,而[BMP][BF₄]可较好协助增强PVCap的抑制性能。粉末X射线衍射和激光拉曼光谱测试结果均显示,所有体系中形成的水合物样品结构同时存在sⅠ型和sⅡ型,抑制剂的添加主要影响两种晶体结构的相对含量和各客体分子的笼子占有率。最后探讨了协同抑制机理。     

四氢呋喃水合物浆流动特性

利用实验环道进行了水合物颗粒体积分数为0～65.2%的四氢呋喃(THF)水合物浆的流动实验。管道生成四氢呋喃水合物后,水合物浆的压降梯度随着流速的增加而增加;随水合物体积分数的变化存在一个临界体积分数,当管道中的水合物体积分数小于临界值时,压降随体积分数的增加而出现很小的增加,管道中水合物呈稀浆状,浆体为牛顿流体;当管道中体积分数大于临界值时,压降梯度随体积分数的增加急剧增加,管道中水合物呈泥状,浆体为Bingham流体。临界体积分数随着浆体流速的增加而增大,在0.5～3.5m/s的范围内,临界体积分数为39.4%～50.4%,文中回归了泥状水合物的屈服应力及表观黏度。并根据水合物浆的流动特性分段回归了水合物浆在管道中流动的压降计算公式,实验验证表明回归的计算公式可以比较准确地计算管道中水合物浆流动的压降,可以为THF水合物的流动及其它水合物浆的流动提供指导。     

无机盐水溶液对离子液体溶解度的影响

通过紫外分光光度法测定了不同温度下疏水性离子液体[C_nmim][PF_6](n=4,6,8)在水中的溶解度。并且考察了25℃下引入不同浓度的[CF_3COO]~-,和[ClO_4]~-离子对咪唑基团吸收峰的影响,测定了在不同浓度的[CF_3COO]~-,和[ClO_4]~-离子存在的水溶液中[C_nmim][PF_6](n=4,6,8)离子液体的溶解度,分析了不同浓度的共存离子[CF_3COO]~-,和[ClO_4]~-对[C_nmim][PF_6](n=4,6,8)离子液体的盐溶作用的影响,结果表明[CF_3COO]~-和[ClO_4]~-离子的存在对于疏水性离子液体在水中溶解度有增大的效果。     

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...     

离子液体水溶液-气体水合物对CO2的双捕获工艺

设计了以离子液体[APMIM]Br水溶液吸收-生成水合物捕获CO2工艺流程,并利用CO2在该离子水溶液中的溶解度数据和在其中生成CO2水合物的相平衡实验数据进行物料衡算. 考察了水含量、压力和液气流量比对气体吸收-水合物生成的CO2双重捕获效果的影响,对比了气体水合物与离子液体水溶液捕获CO2的能力. 结果表明,在较高压力和水含量条件下,水合物捕获CO2的效应强于离子液体溶液;较低压力下离子液体溶液吸收CO2起主要作用. 与纯水合物法相比,双捕获工艺具有一定优势,且突破了单纯水合物脱碳的压力和CO2含量要求高的局限性. 当原料气中CO2低于65%(j)时,系统的脱碳效率低于40%,对于CO2含量较低的气体,其CO2的脱除性能回归至单纯离子液体溶液体系.     

离子液体与PVP K90复合抑制剂对甲烷水合物的生成影响

注入抑制剂是油气行业解决管道输送过程因水合物生成而引发的堵塞问题最常用的方法。但现有大多数动力学抑制剂(KHIs)存在抑制性能不足、高过冷度条件下会失效等问题,可应用场合大大受限。离子液体作为绿色溶剂对甲烷水合物具有良好的热力学抑制作用。为改进KHIs的性能,提出将离子液体与KHIs复合。本文实验考察8.0 K过冷度、两种浓度下[1.0%(质量)、2.0%(质量)]离子液体N-丁基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸盐([BMP][BF4])、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP K90)以及二者复配构成的复合型抑制剂对甲烷水合物抑制规律,得到了最佳组分配比。利用粉末X射线衍射(PXRD)和低温激光拉曼光谱测量了不同抑制剂体系中形成的甲烷水合物晶体微观结构和晶穴占有率,发现添加抑制剂不会改变sI型甲烷水合物晶体结构,但会影响水合物晶体的大、小笼占有率和水合数。结合宏观动力学实验和微观结构测试结果,揭示离子液体与PVP K90复合抑制剂的抑制机理。     

间歇流条件下二氧化碳水合物生成诱导特性

为明确二氧化碳水合物在间歇流条件下诱导时间的变化规律,本文在高压水合物循环实验环路上进行了气团流及段塞流体系下的二氧化碳水合物生成实验,结果表明：气团流范围内诱导时间随流量增大而减小,而段塞流范围内诱导时间随流量增大而增大。分析产生该现象的原因为,气团流时,制约水合物成核的主要因素是气液接触面积,而在段塞流时,制约水合物成核的主要因素已变为温降速率下降导致的成核驱动力下降。同时,结合间歇流参数模型与气体水合物诱导时间模型,建立了流型对诱导时间影响的预测模型,模型计算值与实验值具有较好的吻合性,相对误差均在10%以内。     

离子液体协同PVCap抑制天然气水合物生成实验研究

利用自制的高压反应釜实验研究了离子液体N-丁基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸盐([BMP][BF₄])、动力学抑制剂聚乙烯己内酰胺(PVCap)及其二元复合物对CH₄/C₂H₆/C₃H₈混合气体水合物生成动力学的影响,发现在任何浓度下(0.25%～2.0%,质量分数),[BMP][BF₄]对混合气体水合物抑制能力远弱于PVCap,但对PVCap具有显著协同效应,且随着PVCap占比增大而增强。粉末X射线衍射(PXRD)和低温激光拉曼光谱测试结果证实,所有体系中形成的样品中均含sⅡ型和sⅠ型两种结构水合物,含PVCap体系中sⅡ/sⅠ水合物相对含量降低。低温冷冻电镜(Cryo-SEM)观测结果显示,添加单一PVCap及其与[BMP][BF₄]的混合物会使水合物晶体的微观形貌更粗糙且多孔。     

二氧化碳水合物快速生成方法研究进展

气体水合物具有很多优点,却没有大规模的工业化利用,最主要的问题是生成二氧化碳水合物速率缓慢,阻碍了水合物法技术的应用,因此最大程度地提高其生成速率是气体水合物技术得以成功应用的关键。最常见快速生成二氧化碳水合物的方法是加入促进剂,而不同种类和浓度的促进剂对二氧化碳水合物生成速率的作用效果不同。故本文主要概述二氧化碳水合物快速生成的方法,从动力学促进剂、纳米流体以及离子促进剂进行分析, 分别总结了它们对水合物的生成机理。分析了十二烷基硫酸钠（SDS）、纳米石墨、氯化钠三者单独作用时及三者和不同促进剂复配时对二氧化碳水合物的诱导成核时间、生成速率、相平衡、表面张力等方面的影响。最后指出：单一的促进剂都存在最佳浓度,但其会随着不同温度、压力等多种因素的改变而改变,以及不同种类的促进剂复配时存在协同作用且生成效果比单一的好,揭示不同温度、不同压力时最适宜的单一促进剂对水合物生成影响的规律及找出最适宜提高水合物生成速率的促进剂是今后研究的重点方向。目前各种单一的及复配的促进剂对水合物的生成影响尚未形成完整的体系,需要进一步研究。     

添加水合物促进二氧化碳水合物生成的实验研究

水合物法分离、封存二氧化碳,是减少温室气体排放的有效方法之一。今在专门设计的水合物形成实验装置上,研究了二氧化碳水合物初始生成相平衡条件及其影响因素。分别在纯水中加入2.5%、6%和12.5%体积比的水合物晶块进行水合物的生成实验,发现当加入量为6%体积比以上时,不但可以缩短水合物初始形成时所需要的诱导时间,还可以大大降低过冷度,最低可使其在接近相平衡点的状态下生成水合物。而当加入量为2.5%体积比时,与未加入时相同,没有降低过冷度或缩短诱导时间的作用。本研究结果可用于缩短水合物生成时的诱导时间和降低装置的耐压极限,并提示为防止天然气管道中的水合物的重复堵塞问题,应尽可能彻底清除管道中的水合物残余物。     

甲苯/酸性离子液体两相中顺酐选择性加氢生成四氢呋喃的研究

在甲苯/离子液体两相催化体系中,以三苯基膦和三氯化钌活化生成的配合物为催化剂,研究了顺酐选择性加氢生成四氢呋喃的反应,考察了离子液体、反应时间、反应温度、反应压力、顺酐与催化剂物质的量比以及离子液体用量对加氢反应的影响,同时考察了离子液体的循环使用。在453 K、12 h、4 MPa和n(PPh₃)∶n(RuCl₃)＝3∶1的条件下,反应的转化率和选择性分别为100%和962%。由于催化剂“负载”于离子液体中且产物不溶于离子液体,通过简单的相分离即可分离催化剂和产物。离子液体催化体系重复使用5次后,其催化活性基本不变。     

离子液体二氧化碳分离膜研究进展

离子液体支撑液膜在较大跨膜压差（0.25～0.3MPa）下的稳定性较差,具有较好稳定性的聚离子液体膜和离子液体-聚合物共混膜等逐渐被关注。本文综述了离子液体支撑液膜、聚离子液体膜、离子液体?聚合物共混膜等离子液体膜CO2分离性能、分离机理及稳定性的最新研究进展,介绍了无机颗粒-离子液体-聚合物共混膜的研究现状。指出离子液体膜的高CO2渗透通量与高稳定性之间的矛盾、共混膜结构调控难等问题是其工业化应用的主要障碍,提出开发新的膜材料、改进制膜工艺以减小膜厚、优化膜结构是提高膜的CO2渗透和分离性能,并保持膜稳定性的有效途径。无机颗粒-离子液体-聚合物共混膜兼有较高的CO2分离性能和较好稳定性,具有良好的应用前景,对其制备方法、结构、性能及CO2分离机理的研究将成为这一领域的热点。     

二氧化碳水合物导热和热扩散特性

热导率和热扩散率是天然气水合物资源开采关键性基础热物性数据,采用反应釜内壁衬有氟塑料材料,低过冷度,让水合物在反应釜内逐层生成的合成方法,获得可直接用于导热测试的二氧化碳水合物样品。采用瞬变平面热源法原位测试了温度264.68~282.04 K、压力1.5~3 MPa二氧化碳水合物热导率、热扩散率,并测试了二氧化碳水合物在268.05 K、0.6 MPa左右发生自保护效应过程中热导率、热扩散率,获得了晶态下和自保护效应过程中的二氧化碳水合物热导率、热扩散率变化特性。测试结果将为天然气水合物资源的开发利用提供基础数据和理论依据。     

二氧化碳水合物导热和热扩散特性

热导率和热扩散率是天然气水合物资源开采关键性基础热物性数据,采用反应釜内壁衬有氟塑料材料,低过冷度,让水合物在反应釜内逐层生成的合成方法,获得可直接用于导热测试的二氧化碳水合物样品。采用瞬变平面热源法原位测试了温度264.68～282.04 K、压力1.5～3 MPa二氧化碳水合物热导率、热扩散率,并测试了二氧化碳水合物在268.05 K、0.6 MPa左右发生自保护效应过程中热导率、热扩散率,获得了晶态下和自保护效应过程中的二氧化碳水合物热导率、热扩散率变化特性。测试结果将为天然气水合物资源的开发利用提供基础数据和理论依据。     

四氢呋喃和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结特性

实验研究了四氢呋喃(THF)水合物和一氟二氯乙烷(HCFC-141b)水合物颗粒聚结特性,将实验得到的水合物颗粒聚结粒度分布(PSD)与正态分布、对数正态分布、伽马分布、威布尔分布拟合曲线对比,探讨了初始四氢呋喃溶液和一氟二氯乙烷溶液浓度以及搅拌速度对水合物颗粒聚结的影响,并对四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒特性进行了对比。结果表明,四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结粒径符合对数正态分布;初始溶液浓度越低、搅拌速度越大,水合物颗粒聚结粒径越小,可以起到防治水合物颗粒聚结的作用;四氢呋喃水合物颗粒粒径是一氟二氯乙烷水合物颗粒粒径的1.3倍左右,从成浆输送的角度来说,一氟二氯乙烷水合物颗粒更易于在管道中输送。     

四氢呋喃和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结特性

实验研究了四氢呋喃（THF）水合物和一氟二氯乙烷（HCFC-141b）水合物颗粒聚结特性,将实验得到的水合物颗粒聚结粒度分布（PSD）与正态分布、对数正态分布、伽马分布、威布尔分布拟合曲线对比,探讨了初始四氢呋喃溶液和一氟二氯乙烷溶液浓度以及搅拌速度对水合物颗粒聚结的影响,并对四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒特性进行了对比。结果表明,四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结粒径符合对数正态分布;初始溶液浓度越低、搅拌速度越大,水合物颗粒聚结粒径越小,可以起到防治水合物颗粒聚结的作用;四氢呋喃水合物颗粒粒径是一氟二氯乙烷水合物颗粒粒径的1.3倍左右,从成浆输送的角度来说,一氟二氯乙烷水合物颗粒更易于在管道中输送。     

氨丙基离子液体水溶液CO2吸收特性及计算模型

氨丙基功能型离子液体对CO₂具有良好的选择吸收特性,以[APMim]Br离子液体水溶液体系为例,在有效吸收(水含量大于55%)区间,水含量对CO₂的化学吸收和物理吸收都具有显著影响。依据[APMim]Br水溶液在278.15~348.15 K,0.1~4.5 MPa,水质量分数为55.90%、64.50%、76.80%和85.80%范围的CO₂吸收特性数据,对溶液体系的化学吸收和物理吸收模型进行分析研究,获得两种吸收机理的数学表达,并对实验数据进行回归分析,得到能够正确反映化学吸收和物理吸收的计算模型。结果表明,低压下化学吸收占主导作用,随水含量增大,溶液体系对CO₂吸收能力成倍增加,而且产生的物理吸收效应远大于离子液体本身的化学吸收能力。水的质量分数在0.65~0.85区间,[APMim]Br水溶液在相当大的温度和压力范围内具有优良的CO₂吸放气特性,显示出良好的工程应用前景。     

离子液体中二氧化碳的溶解度研究进展

室温离子液体具有独特的气体选择溶解性,在二氧化碳(CO2)的捕集和分离中有很好的应用前景。综述了近年来CO2在不同离子液体中的溶解度研究进展,比较了CO2在常规离子液体和功能型离子液体中的不同溶解机制,分析、归纳了向离子液体中引入不同官能团对CO2溶解性能的影响规律,指出了离子液体捕集CO2的未来研究方向。