水合物法捕集烟气中CO_2的新拟合热力学模型

水合物法捕集烟气中的CO_2具有能耗低、操作简便和有利于后续CO_2储存利用的优点,为了降低多级水合反应累计的总误差,建立准确的热力学模型就显得尤为重要。为此,基于vdW-P+CPA模型,考虑了CO_2与H_2O之间的相互缔合作用,重新拟合了热力学模型中的参数。首先将H_2O与CO_2的能量参数α~(0.5)分别拟合为[1-(T/Tc)~(0.5)]的三次函数与一次函数,然后基于与温度相关的二元交互作用参数(k_(ij)),将vdW-P模型中Langmuir吸收系数的计算参数重新拟合。研究结果表明:①新拟合的热力学模型在预测饱和液相密度时,H_2O与CO_2的平均绝对误差分别由1.84%降至0.08%、由4.06%降至2.09%;②在预测纯CO_2与纯N_2生成水合物的相平衡压力时,平均绝对误差分别为0.86%与0.82%;③在计算不同组成烟气生成水合物的相平衡条件时,平均绝对误差由15.16%降至5.02%。结论认为,新拟合的热力学模型准确度较高,一定程度上降低了多级水合反应的总累计误差,为水合物法捕集烟气中CO_2的实际应用提供了参考。     

笼型水合物为能源化工带来新机遇

笼型水合物是利用水分子通过氢键作用构建的笼型结构对甲烷等能源气体进行存储和提取,具有高安全性、高储存容量、温和储存条件、环境友好等优点。天然气水合物是传统能源和绿色能源之间的桥梁燃料,已成为世界各国科学家竞相研究开发的热点。本文综述了笼型水合物在能源与环境、流动安全、工程应用三个方面的研究成果,涵盖了固化天然气（SNG）、CO₂捕获和气体分离、蓄冷、海水淡化、汽车燃料以及制氢与储氢等能量转换、能量储存的领域。文章指出大力发展笼型水合物衍生技术,实现提取甲烷同时捕获二氧化碳,有助于实现碳中和的目标。阐述了笼型水合物生成依赖于其自身的热力学相平衡条件、反应过程的动力学性质及传递过程强化,从生成到分解的过程主要包括溶解、成核、生长、晶裂和解吸等一系列步骤,过程的微观机理复杂。展望了利用多尺度方法研究水合物生成的微观结构、界面现象、宏观应用和作用机理,有助于扩展化学工程的原理和知识,对开发能源化工领域新材料新工艺也有裨益,从而促进能源化工的发展。     

超声波作用于天然气水合物形成分解研究进展

简述了超声空化的基本理论;介绍了国内外超声波影响天然气水合物形成分解的研究进展、超声波对水成核结冰影响的研究情况;最后进行了简要总结并提出几点建议,指出开展相应研究的必要性。     

海洋天然气水合物的形成机理探讨

综述了国内外对天然气水合物成因机理的研究现状和天然气水合物的气体成因类型。重点探讨了海底之下天然气水合物的形成机理,提出了强渗漏和弱渗漏系统的概念和分析了基于这两种系统的水合物形成模式和特点。认为:强渗漏系统是指海洋底部由地壳构造活动产生的挤压或拉伸等变形作用,或者由于海洋沉积物的侧向挤压变形作用而出现断层,许多圈闭的烃类气体由此向上渗流并大量漏出,形成较稳定的水合物形成所需的气源,该系统形成的天然气水合物分布集中,储量密度大,具有实际开采价值;弱渗漏系统是指以甲烷为主的烃类气体由微生物和热作用生成后散布于原地的海底之下较为松散的多孔沉积物中,这些沉积物因温压变化可形成天然气水合物,但这类水合物分布分散,不能成藏,不利于开采。另外还探讨了我国南海天然气水合物成藏的可能性。     

热进料推动加氢装置深入节能优化

介绍了一种以热进料为契机推动加氢装置全面优化的方法。采用三环节理论分别对塔、换热网络、加热炉和机泵进行系统优化,实现由热进料带来的低温热热量在装置内的升级利用,节约燃料和蒸汽。在中国石化某炼油厂1.0Mt/a柴油加氢精制装置中取得了装置能耗下降38.9%的显著效果。该方法也可用于其它下游装置的全面节能优化。     

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天然气水合物是一种类似冰的笼型晶体水合物。它的生成与压力，温度，气水接触面积以及添加剂等因素有关。利用天然气水合物储气实验台，实验研究了不同类型的表面活性剂（包括阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂）对天然气水合物生成的影响，主要研究了它们对天然气水合物生成速度，储气密度，诱导时间以及虚拟水合数的影响。结果表明：不同类型的表面活性都不同程度提高了水合物生长速度和储气密度，缩短了水合物形成的诱导时间，并使虚拟水合数接近于理论值。     

超细孔二氧化硅膜的制备研究

以正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）为原料，采用溶胶－凝胶技术在多孔陶瓷载体上制备出具有３．０ｎｍ孔径的ＳｉＯ２陶瓷膜。考察了制膜过程中ＴＥＯＳ、乙醇、水的相对量；酸碱催化和ｐＨ值；热处理温度及成膜助剂对膜性能的影响。在自制的单管膜分离器上，测定了Ｏ２、Ｎ２、ＣＯ２和ＣＨ４等气体在ＳｉＯ２陶瓷膜上的渗透性能。     

间壁换热分解开采天然气水合物的实验模拟

在自制3.5 L带内置换热器的可视化反应釜中,进行了不同间壁换热温度（84.8、72.2、50.5、30.9℃）的定容分解开采丙烷水合物实验模拟。分解初始时釜内气体压力迅速上升,随着分解的进行,压力增加的幅度逐渐减小,最后压力保持一定值。因此,将水合物分解过程分为释放气体阶段和分解尾声阶段。在释放气体阶段,气体大量产出,釜内压力迅速升高;在分解尾声阶段,釜内压力趋于平缓。计算得到总分解过程平均分解速率介于0.16～0.46 mol·min^-1·m^-2之间、总分解过程的能量效率介于1.33～3.74之间;释放气体阶段分解速率介于0.27～2.56 mol·min^-1·m^-2之间、水合物分解的能量效率介于2.25～5.58之间。与相关文献比较,间壁换热分解水合物的能量效率有很大程度提高。在实际应用中,存在一个最佳间壁换热分解温度,既提高水合物分解速率又提高能量效率。     

陕北某气田天然气水合物形成条件实验研究

利用可视化高压流体测试装置对陕北某气田天然气在-11～20℃的温度范围内水合物的形成条件进行了测定。实验结果表明压力的对数lgP与温度t呈线性关系，在-11～-1．8℃和1．8～20℃范围其斜率不同。另外还比较了气田试产井采出水和纯水2个体系的天然气水合物生成条件，结果显示含盐溶液水舍物生成的温度降可用冰点降来确定，同时给出了该气田天然气水合物形成条件的计算方法。     

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在标准状况下1m^3的水合物可包容150－180m^3的天然气，其巨大的储气能力和相对“温和”的储气条件为天然气储运展现了很好的前景。介绍了水合物储存天然气的实验装置，并对合成天然气（甲烷，乙烷，丙烷的体积百分比分别为91．47％，4．94％，3．09％）的水合物形成过程进行了初步的实验研究，获得了水合物形成过程的耗气速度，储气密度与水合物形成条件（压力，温度）的关系。在压力为3.79MPa，温度为273．95K的试验条件下，单位体积的水合物可储存约145体积的天然气（标准状况下），水合物填充率达到理想填充率的81％。