压力扰动促进丙烷水合物生长过程的研究

为了研究气体水合物的快速生成方法,可视化实验研究了压力扰动对丙烷水合物生成过程的促进作用,结合丙烷水合物的生成驱动力计算,分析了静态条件下纯水中丙烷水合物层的厚度、生长速率、水合物生成驱动力等水合反应参数,结果表明:在压差为0.1 MPa的压力扰动下,原本停滞35 h的水合反应重新开始生成水合物,气液界面处水合物层厚度2 h内以0.5 mm/h的速率呈线性增长,2 h后生长速率显著减小,在压力扰动后的175 h内,系统平均生长速率达到0.04 mm/h。     

CH_4-CO_2混合气体水合物在NaCl溶液中生成过程

本实验着重研究了纯水、质量分数为3.4%和5.0%的NaCl溶液中,甲烷-二氧化碳混合气体水合物的生长速率以及气体在水合物相中分布规律。研究结果表明水合物生成过程中对甲烷和二氧化碳的吸收存在一定的选择性。二氧化碳在水合物晶核生长初期更容易被捕获,表明二氧化碳更易于占据水合物中大笼,同时有利于稳定水合物的晶体结构。NaCl的存在提高了水合物三相平衡压力,降低了水合物的气体消耗总量。随着溶液中初始盐浓度的提高,水合物生长初期对二氧化碳的选择性吸收得到了强化。表明溶液中NaCl浓度的上升提高了水合物晶核的不稳定性同时抑制了晶核生成。因此,NaCl对水合物的生长过程具有一定的抑制作用。     

高压CO2水合物的生成机理实验和模拟

温室气体CO_2的捕捉和储存对减缓温室效应具有重大意义。CO_2水合物法储存CO_2具有效率高、储量大、易运输等优点。为了更高效制备CO_2水合物,对其生成机理进行实验和模拟研究。通过建立水合物生成的热力学模型,对水合物生成条件进行预测,利用高压静态釜式反应容器开展水合物生成实验,通过温度压力数据验证模型的准确性。在选取化学势能差作为水合物生成驱动力的基础上建立气体消耗速率模型,并与实验结果对比,结果表明:模型的预测值与实验值相对吻合。在低于水合物相平衡温度的条件下,升高容器的内反应压力可以促进气-液质量交换过程,提高生成效率。在生成过程中测得不同位置的电阻率变化数据,发现容器内的电阻率随固态水合物的生成而升高,并且首先在容器上部靠近壁面处结晶、团聚。     

CO_2水合物在静态超重力反应器中的生成过程

通过CO_2水合物在静态超重力反应器中的生成过程试验,发现该过程分为非稳定生成和稳定生成两个阶段,在稳定生成阶段CO_2水合物在该反应器内连续快速地生成,生成量可达34.69 kg/h。通过热量分析发现,超重力流场对CO_2水合物的生成起促进作用,在实验范围内该水合物反应器热量利用效率最高可达87.39%。     

水合物封闭升温及降压分解气液迁移特性

水合物分解过程产生的气液固迁移特性是影响水合物分解速率的关键要素。基于此,搭建了一套可视化的水合物生长及分解特性研究实验系统,通过该系统对封闭升温及降压分解过程中气液迁移特性进行了研究。实验结果表明,水合物在封闭升温分解过程中的气液迁移主要是通过形成气体通道实现的;同时,水合物分解过程中的气液迁移会造成沉积物的体积膨胀,在封闭升温分解过程中,沉积物体积膨胀率随着分解次数的增加而增加,三次分解膨胀率依次为18. 7%,34. 7%和45. 4%。背压为0. 1 MPa的降压分解中,体积膨胀率为64. 7%,温度迅速下降,并伴随着冰的生成或水合物的再次生成阻碍分解,但是降压依然加速了水合物的分解,使得水合物的总分解速率相对于封闭升温分解提高了20. 5%。实验结果对水合物技术应用具有理论和数据支撑作用。     

用分子动力学模拟甲烷水合物热激法结合化学试剂法分解

用分子动力学模拟方法研究甲烷水合物的热激法，化学试剂法，以及热激法结合化学试剂法分解，系统研究温度为277K和340K时添加液态水(WTR)和30wt％乙二醇(EG)溶液对水合物分解的影响.模拟显示WTR与水合物表面水分子形成氢键，破坏水合物原有的氢键平衡，造成笼状结构坍塌，水合物分解.EG分子中的羟基与水合物表面水分子形成氢键，从而破坏原有的稳定结构，造成水合物笼状结构被破坏，达到促进水合物分解，释放甲烷气体的效果.比较温度为277K和340K时添加WTR和30wt％EG溶液对水合物分解效果得出EG(340K)> WTR(340K)>EG(277K)>WTR(277K)，热激法结合化学试剂法能更好促进水合物分解.     

水流动强化天然气水合物降压分解研究

降压法被认为是最经济可行的天然气水合物开采方法,但开采后期驱动力不足、甚至产生水合物的二次生成,因此其应用受到限制。本文将降压法与水流动结合提升水合物分解驱动力,研究不同降压模式和水流动对天然气水合物分解特性的影响。发现当降压结合水流动时,压降为水合物分解提供初始驱动力,且压降越大水合物分解驱动力越大。同时水流动能够加快传热传质过程,为水合物分解提供额外的驱动力。在快速降压结合水流动模式中,较高背压下水流动为水合物分解提供主要的驱动力;在梯度降压结合水流动模式中,降压和水流动共同为水合物提供分解驱动力,对水合物分解的促进作用更加显著。     

CO2水合物生长特性的分子动力学模拟

采用分子动力学对CO2水合物生长进行模拟并分析其变化规律,探究了CO2水合物晶体生长的微观过程以及不同温度、压力条件对水合物生长特性的影响机理. CO2水合物的生长是从已有晶胞附近向外扩散并逐具有序性的过程,水分子间逐渐形成四面体氢键与CO2共同形成完整的水合物笼. 另外, CO2水合物生长需要合适的过冷度,在压力为30MPa、温度范围265K至275K,水合物笼型晶胞可正常生成,并且温度越低,生成速率越快;在高温290K和300K时,体系分子运动加剧,水合物笼直接散开. 此外,在温度为270K、不同压力条件下,发现相较温度而言,由于CO2溶解度随压力变化的不明显性,导致CO2水合物增长速度伴随压力的变化相对不敏感.     

NaCl溶液中CO_2置换CH_4水合物的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法,研究NaCl溶液中CO_2置换CH_4水合物的过程。结果表明,模拟开始时,在Na~+、Cl~-离子作用下水合物/溶液相界面处CH_4水合物笼子扭曲形成裂孔,CO_2直接置换CH_4水合物中CH_4,裂孔较大时,CO_2-CH_4分子间发生多次置换;从笼中被置换出的CH_4分子在NaCl溶液中容易聚集成气泡,水合物相和溶液相形成CH_4浓度梯度,水合物开始发生分解;随着较多的CO_2分子进入水合物相中,界面处形成的CH_4-CO_2混合水合物较为稳定,阻碍了进一步置换。     

CH4水合物在SDS和CTAB溶液中的生成特性研究

为探究不同促进剂在甲烷水合物生成过程的微观作用机理,选取动力学促进剂十二烷基硫酸钠(SDS)和热力学促进剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为添加剂,采用分子动力学方法研究其对甲烷水合物生成速率的影响.通过分析势能变化、均方位移、径向分布函数、分子簇生长速率,发现质量分数为0.9%SDS、1.2%SDS、1.2%CTAB、1.6%CTAB的溶液均可促进水合物生成.质量分数为1.2%的SDS溶液水合物生长速率最快,且SDS促进效果优于CTAB.通过分析甲烷分子密度分布云图,发现呈阴性的SDS分子头部基团吸附了大量甲烷分子,水分子受挤压向中间聚集;CTAB含氮的头部基团朝向均相溶液,包含在不稳定的水合物笼中,形成半笼型水合物.相比之下,CTAB溶液中水合物含气率更高.     

CH4水合物生长速率影响因素的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了温度、压力和电解质溶液对CH4水合物生长速率的影响.通过分析势能、均方位移、氢键数量、径向分布函数和四体结构有序参数,表征了CH4水合物的生长动力学.模拟结果表明,降低温度和提高压力可以显著提高CH4水合物的生长速率.当压力恒为15MPa,温度高于290K时,势能升高,CH4水合物晶体发生分解;温度由290K降至260K时,势能降低,CH4水合物持续生长.当温度恒为275K,压力由3MPa增至50MPa时,CH4水合物生长速率提高12%.此外,电解质离子的存在抑制了水合物的生长,电解质溶液浓度由1.5wt%增加到3.5wt%时, CH4水合物生长速率降低25%.     

Span80促进甲烷水合物生成动力学研究

促进水合物快速生成是天然气水合物技术产业化的关键,表面活性剂作为水合物生成的促进剂,对其动力学促进作用进行研究十分必要.本文在已有的天然气水合物储气实验台上,利用高压反应釜,在温度为(274.15±0.10)K,压力为(8.30±0.10)MPa条件下研究了非离子表面活性剂失水山梨醇单油酸酯(Span 80)存在下的甲...     

甲烷水合物拉曼光谱法研究进展

介绍了甲烷在气相、水合相中的拉曼光谱特征,从水合物生成热力学、生成动力学、分解动力学和分解机理几方面对甲烷水合物实验室拉曼光谱分析和深海拉曼光谱检测的最新进展进行了综述。生成热力学方面重点介绍了基于拉曼光谱技术的水合物生成条件的原位观测、水合物结构的鉴定及水合物孔穴占有率和水合数的求算,生成动力学方面主要介绍了水合物生成过程中孔穴形成随时间的变化关系及水合物形成后流体中甲烷浓度的变化规律等内容。水合物分解方面着重介绍了水合物分解的微观机理、孔穴占有率的变化规律及多孔介质中水合物分解速率表达式。针对目前拉曼光谱法研究水合物存在的问题,对未来的发展方向和重点提出了建议。     

微乳液中R141b水合物快速生成实验研究

制冷剂水合物作为一种理想的蓄冷工质受到广泛关注,但烃类制冷剂与水不互溶造成水合反应诱导时间长、过冷度大。为增大制冷剂与水的相容性,本研究筛选出T20(吐温20)/SPC(大豆卵磷脂)复配表面活性剂,使大量R141b溶于水相,形成热力学稳定的微乳液,考察了微乳液体系中T20浓度、R141b含量、温度等对水合物生成诱导时间的影响,在该体系中均匀快速生成了大量R141b水合物晶体颗粒,诱导时间显著缩短,得到了致密的水合物浆体,提高了蓄冷密度。     

多孔介质中气体水合物孔隙尺度分布特征

天然气水合物在沉积物中的分布规律对其勘探开发起着至关重要的作用。本文采用X射线计算机断层扫描技术(X-CT),通过原位扫描气体水合物生成与分解各个阶段,研究了水合物在生成与分解过程中在多孔介质中的分布规律。实验结果表明,水合物在多孔介质中的生成位置主要受传热速度及气体扩散的影响,水合物分布呈现随机性;在分解过程中,热刺激法及降压法均导致水合物二次生成,前者可以促进水合物在多孔介质中的均匀分布,后者则使沉积物分布更加均匀。     

甲烷水合物形成促进技术实验研究

实验研究了液态烃(环戊烷和甲基环己烷)对甲烷水合物形成条件的影响,测试结果表明液态烃降低了甲烷水合物的形成压力,并改变了形成水合物的结构。实验研究了促进剂(液态烃和表面活性剂)对水合物形成诱导时间和生长过程的影响,结果表明液态烃和表面活性剂降低了水合物形成的诱导时间,提高了水合物形成速度;而且表面活性剂提高了水合物形成过程中的耗气量,并改变了水合物形成机理。     

SⅡ型R134a水合物稳定性的分子动力学模拟

SⅡ型R134a制冷剂笼状水合物是理想的蓄冷介质之一。基于分子动力学(MD)方法,建立晶体结构模型,在NPT系综下运算,通过观察最终构象,分析计算体系中粒子的均方位移(MSD)和径向分布函数(RDF),从微观上揭示了小分子和温度对SⅡ型水合物晶体结构稳定性的影响。结果表明:小分子对小晶穴(512)占有率从0.25变化到1.00,占有率为0.25和0.50时,水合物晶体结构分解严重,体系中分子混乱,晶体结构难以稳定存在,占有率在0.75以上时,水合物晶体结构清晰有序,能够稳定存在;当体系温度由260K增大到290K时,水合物结构的稳定性逐渐降低,在280K时晶体结构出现扭曲变形,此时有部分水合物开始分解。     

超声波振动对水/E-GaIn在不同基板表面润湿的影响

液体在固体表面上的润湿铺展在许多科学和工程领域中有重要意义,但是外界能量诱导润湿的机理尚不清楚。本文研究了在超声振动作用下原子/分子液体的润湿性,并探讨了其铺展驱动力。研究表明,超声振动作用下能显著提高液体在固体表面的润湿性。超声波提高液体的润湿性主要是由两个因素造成的。一方面,超声波在固/液界面处产生动量传递层,对于润湿系统,该层可以驱动液体的润湿铺展,但是对于非润湿系统,当接触角在90°附近时,界面处的动量传递并不是它的驱动力。另一方面,超声振动引起的气液界面粗化(即,在气液界面的表面张力波)也是驱动液体润湿铺展的因素之一。因此,在超声辅助钎焊的应用中,超声振动提高润湿性的主要原因可能是上述提到的物理因素,而不是固液界面的化学反应.     

不同驱动力下瓦斯水合物生长过程Raman光谱特征

基于煤矿瓦斯(CH₄∶C₂H₆∶N₂=67.5∶22.5∶10)水合物相平衡曲线开展四种驱动力ΔP水合动力学实验,利用可见显微Raman光谱仪获取水合物生长过程光谱图,根据水合物相中C₂H₆ C-C键伸缩振动特征峰Raman位移确定了4组实验中水合物为sⅡ结构。基于van der Waals与Platteeuw模型获取瓦斯水合物生成过程中水合物相气体组分及水合指数变化规律。研究表明： 驱动力的大小影响水合物的稳定性,随着驱动力的增加,CH₄相比C₂H₆逐渐占据更多的孔穴结构,CH₄在水合物相内比例增加,水合物稳定性越强;瓦斯中N₂,CH₄和C₂H₆进入水合物孔穴优先级可以通过分子与水合物孔穴的直径比进行确定,分析认为在sⅡ水合物结构中小孔穴CH₄优先级最高,大孔穴C₂H₆最高;基于瓦斯水合物稳定性,对水合物生长过程客体分子的物质传递规律进行描述,为瓦斯水合物的微观生长提供理论基础。     

弱电场下THF水合物生成特性

四氢呋喃(THF)水合物可以在常压、4.4℃时生成,广泛被用于水合物基础研究.本研究中,在反应釜两端的电极板之间施加了不同大小的电压,分析了不同电场强度对THF水合物一次生成、二次生成及三次生成的影响。研究结果显示:电场的存在对THF水合物生长期具有促进作用,加快了水合物的生成。在THF水合物的第二次生成过程中,由于弱电场以及水合物分解水记忆效应的存在,导致了THF水合物在生长期的生成速度增加,并出现了更高的温度峰值。在没有THF氧化反应的情况下,发现水合物快速生长期持续时间缩短。在电场存在条件下,水合物的生成表面以整齐的锯齿形由四周向轴线方向生成。