甲烷水合物膜生长动力学研究

采用水中悬浮气泡法测定了温度为273.4～279.4 K、压力为3.60～11.90 MPa范围内甲烷微小气泡表面水合物膜生长动力学数据. 应用无因次Gibbs自由能差(－ΔG^exp/RT)作为推动力, 提出了具物理意义的水合物膜生长动力学模型, 并回归得到甲烷水合物膜生长动力学反应级数为1.60, 表观活化能为55.95 kJ•mol^－1, 指前因子为1.65×10¹¹ mm²•s^－1. 同时考察了温度和压力对甲烷水合物膜生长速率的影响.     

活性炭中甲烷水合物的分解动力学

在封闭体系内,在初始分解压力0.1 MPa,温度范围276～265 K之间,测定了 五组甲烷水合物在活性炭中的解动力学数据。分析了甲烷水合物在活性炭中分解的 物理过程,提出了以微分方程表达的宏观分解动力学模型。使用单步积分的吉尔（ Gear)方法解得微分方程的数值解,结合单纯形最优化方法拟合模型参数,模型计 算值与实验值符合良好。     

气体水合物膜生长动力学研究进展

由于大多数水合物客体不溶于水,水相与客体相界面首先形成一层气体水合物膜,气体水合物膜生长是水合物生长的主要形式,研究水合物膜生长规律对于理解水合物生长动力学及进一步开发促进和抑制水合物生长的应用技术具有重要意义.本文综述了近年来气体水合物膜生长形态、横向生长和增厚生长的理论和实验研究进展.首先介绍了不同客体-水体系(包括气/液界面、液/液界面和气-液-液体系)形成的水合物膜生长形态随实验条件的变化规律,然后分别从横向生长和增厚生长两方面总结了水合物膜生长的实验和模型方面的研究工作,阐述了常见的膜生长速率和膜厚度的测量方法,分析了水合物膜生长的传热和传质机理.同时展望了未来水合物膜生长研究的发展方向.     

硫酸铈水合物的热分解行为及动力学研究

利用TG—DTA和DSC手段研究了Ce(SO_4)_2·4H_2O的热分解行为。由TG—DTA曲线经Freeman法求出了热分解反应的活化能及反应级数,由DSC曲线测定了分解反应的脱水焓及分解焓值。通过化学分析、X射线物相分析及磁矩测量等方法表征了分解产物。     

二维气相色谱法分析天然气水合物区沉积物间隙水中示踪气体的浓度

利用微流路控制技术中心切割装置(Deans Switch)、两根色谱柱(PoraPLOT Q和Molsieve 5A)和3个检测器(脉冲氦离子化检测器、火焰光度检测器、热导检测器),建立了一种二维气相色谱分析系统,实现了海洋中多种示踪气体组分(氢气、甲烷、二氧化碳、硫化氢)的同时分析和精确测定。氢气、甲烷、二氧化碳、硫化氢的含量分别在2～1030、0.6～501、120～10500和0.2～49.1 μmol/mol范围内的校正曲线线性关系良好,检出限分别为0.51、0.17、82和0.08 μmol/mol,10次重复测定含量的相对标准偏差均小于10%。通过对南海天然气水合物区沉积物间隙水顶空气的测定,表明该方法方便、灵敏、可靠,易于实现海上现场测定;与以往采用多种分析方法分别测定示踪气体相比,大大节省了样品量。该方法适用于海洋天然气水合物、海底热液等资源的调查和海洋溶解态气体的研究等。     

水合物生成条件下甲烷在水中的吸附

采用悬滴法系统地测定了温度274.2 ~ 282.2 K、压力0.1 ~ 10.1 MPa下甲烷/纯水间界面张力。实验结果表明在恒定温度下界面张力随压力的增加而增大。在高压条件下,压力对界面张力有很大的影响。不同温度和压力下计算出的甲烷在水中的表面过剩浓度结果表明,压力越高,温度越低,甲烷在水溶液中的吸附浓度越高。同时,计算出的甲烷在水溶液中的表面吸附自由能结果表明,在水合物生成条件下,甲烷在水中的吸附比298.2 K更容易。     

用激光散射法研究冷冻剂R12水合物的生成动力学

建立了高压混相全透明循环管路装置, 装置中配备有水合物生成器、激光粒度仪和控温系统等, 工作压力可达4 MPa, 用来研究水合物生成动力学行为. 利用激光散射方法, 测定了0.24和0.32 MPa下, 温度为277.1 K 时, 冷冻剂CCl₂F₂, 即R12, 生成水合物的颗粒尺寸和分布, 液体流量范围为300~1400 L/h. 并使用Rosin-Rammler分布分析了所测粒径分布数据. 实验结果表明, 反应初期水相中水合物粒子的直径增加很快, 随着水合物的大量生成, 水相中水合物的浓度不断增加, 水合物颗粒的尺寸逐渐趋于稳定. 在液体流量较大和压力较高的情况下所生成水合物颗粒的浓度较大. 根据物料平衡, 建立了水合物的粒度生长模型, 将水合物生成气消耗量与所生成水合物粒度分布相关联. 基于由粒度生长模型算出的气体消耗量与实测值相近.     

硝酸钕水合物热分解机理及脱水过程动力学的研究

本文采用TG-DTG法研究了Nd(NO)·nHO(n=6,5,4)的热分解行为,并通过IR对反应物、中间产物和最终产物进行了鉴别。发现中间产物有低水合物、无水盐和碱式盐,最终产物是氧化钕。另外,还进行了上述样品某些脱水过程的动力学研究,借助不同升温速率下的TG-DTG曲线,应用Kissinger法计算了它们脱水的表观活化能值,并利用DSC求出了它们的脱水焓值。     

甲基丙烯酸甲酯水溶性对其悬浮均聚动力学的影响

通过比较在大水油比下的甲基丙烯酸甲酯 (MMA)悬浮均聚的实验数据以及本体聚合实验结果 ,发现单体的水溶性对其聚合动力学有影响 ,不能用本体聚合动力学代替其悬浮聚合动力学 .为了能更好了解单体的水溶性对其悬浮聚合动力学的影响以及影响动力学的原因 ,在MMA本体聚合动力学模型基础上 ,进一步提出 3个假设 :扣除溶于水相部分的单体量、增长和终止速率参数降低、少部分的油溶性引发剂被带到水相中 ,得到改进的悬浮聚合动力学模型 .运用该模型能很好预测水油比、聚合温度、引发剂浓度等对MMA悬浮聚合动力学的影响 ,且与实验数据能较好吻合     

甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应的研究：ⅢSr（La）NiAl11O19积炭动力学

用热重（ＴＧＡ）方法，研究了ＬａＮｉＡｌ１１Ｏ１９和ＳｒＮｉ１１Ｏ１９催化剂上甲烷与二氧化碳重整反应的积炭动力学。实验结果表明，甲烷裂解是ＣＨ４＋ＣＯ２反应中主要的积炭反应，甲烷的二氧化碳重整反应的积炭速率随反应温度升高而增大，但春衰减速度也较快；ＣＨ４＋ＣＯ２反应的积炭速率相对甲烷分压的反应级数是１，相对二氧化碳分压的反应级数是一－０５；在ＳｒＮｉＡｌ１１Ｏ１９中掺入Ｌａ＾３＋离子，提高了催化剂     

煤与甲烷共转化过程中煤焦二氧化碳气化动力学研究

以煤与甲烷共转化为背景,运用热重方法进行了由煤焦、甲烷和二氧化碳组成的共转化反应体系中碳的反应动力学研究。在1173K~1273K考察了温度对碳转化的影响。结果表明,该反应体系中碳的表观反应速率比煤焦的纯二氧化碳气化速率慢一倍左右,且表观上碳不能完全被气化。通过改变甲烷和二氧化碳的比例考察了气相组成变化对共转化反应中碳转化速率的影响,发现甲烷浓度的增加和二氧化碳浓度的减少都会降低碳的转化速率,且随着甲烷浓度的增加,表观上碳最终所能达到的转化率也会降低。通过数据分析发现,该反应适合采用均相反应模型进行描述,关联得到其表观活化能为312.4kJ/mol,甲烷的反应级数为-0.13,二氧化碳的反应级数为0.3。     

多孔介质中甲烷水合物的生成特性的实验研究

在定容的条件下,实验研究了甲烷水合物在不同的多孔介质中的生成特性,所使用的多孔介质平均孔径为9.03,12.95,17.96与33.20 nm,其中孔径为12.95 nm的多孔介质使用了三个粒径范围,分别为0.105～0.150 mm,0.150～0.200 mm,0.300～0.450 mm;其他孔径的多孔介质的粒径...     

甲烷水合物导热机理的分子动力学模拟

甲烷水合物导热系数是甲烷水合物勘探、开采、储运以及其他应用过程中一个十分重要的物理参数.我们采用平衡分子动力学（EMD）方法Green-Kubo理论计算温度203.15～263.15K、压力范围3～100MPa、晶穴占有率为0～1的sI甲烷水合物的导热系数,采用的水分子模型包括TIP4P、TIP4P-Ew、TIP4P-FQ、TIP4P/2005、TIP4P/Ice.研究了主客体分子、外界温压条件等对甲烷水合物导热性能的影响.研究结果显示甲烷水合物的低导热性能由主体分子构建的sI笼型结构决定,而客体分子进入笼型结构后,使得笼型结构导热性能增强,同时进入笼型结构的客体分子越多,甲烷水合物导热性能越强.研究结果还显示在高温区域（T〉TDebye/3）内不同温度作用下,所有sI水合物具有相似的导热规律.压力对导热系数有一定影响,尤其是在较高压力条件下,压力越高,导热系数越大.而在不同温度和不同压力作用过程中,密度的改变对导热系数的增大或减小几乎没有影响.     

甲烷水合物分子间势能的量子化学研究

用Hartree-Fock SCF和密度泛函(BLYP,B3LYP,MPW1PW91)方法对以结构-Ⅰ为单元的甲烷水合物进行了分子间势能的理论研究.该结构单元为正十二面体,其中包括20个水分子,甲烷分子在其中心.采用从头算HF/6-31G(d,p)对甲烷分子进行几何优化,采用ST2模型对水分子作几何优化.水-水间氢键势能Ehb(l)和水-甲烷间范德华势能Evdw(l)作为边长l的函数进行计算,计算时固定水和甲烷分子的几何形状.所有计算中均使用6-31G(d,p)基组.基组重叠误差(BSSE)经校正其上限和下限为水-水氢键能加以确定.由B3LYP经基组重叠误差(BSSE)校正得到的O—O距离为RO—O=0.280 nm,C—O距离RC—O=0.392 nm,比其他方法更接近实验值的0.282和0.395 nm.结果表明,在天然气水合物结构-Ⅰ中水-水分子对的氢键能(30~36 kJ/mol)大于水的二聚体(H2O)2氢键能(-22.6±2.9)kJ/mol,亦大于六角形冰的(-21.7±0.5)kJ/mol,十二面体结构为一稳定单元.以上分子间相互作用势能的结果为得出Lennard-Jones和Kihara势能参数提供了坚实的基础,此参数对分子动力学模拟天然气水合物是非常有用的.     

十二烷基硫酸钠对甲烷水合物生成过程影响研究

根据甲烷水合物含气率高、分解速度慢等特性,提出利用高压注水技术和表面活性剂促进作用促使矿井瓦斯水合化以预防煤与瓦斯突出的思路。进行了3·6~12℃、7·82~12·26MPa条件下两种浓度体系(10mmol/L和0·3mmol/L)中十二烷基硫酸钠(SDS)对甲烷水合物作用效果的实验研究,结合水合物诱导时间、生成速度及含气率等计算对实验数据进行了分析,并运用表面张力法测得8℃时SDS溶液的临界胶束浓度(CMC)为2·5mmol/L。结果表明,高浓度体系对水合物生成速度、含气率的影响较之低浓度体系的更强,但是低浓度体系中水合物生成的诱导时间却较短,表面活性剂溶液浓度超过其CMC后对水合物的生成影响显著。     

反相悬浮聚合法制备球状卡波树脂的研究

以偶氮二异丁脒盐酸盐(V50)作为引发剂,失水山梨醇硬脂酸酯(Span60)和聚二甲基硅氧烷PEG-7磷酸酯为复合分散剂,蔗糖烯丙基醚和三甲基丙基聚氧乙烯(15)醚三丙烯酸酯为复合交联剂,丙烯酸为单体,正已烷为反应介质,采用反相悬浮聚合方法制备了球状卡波树脂.用光学显微镜和扫描电镜分别对聚合反应的成粒过程和产物的形貌进行了研究.结果表明,聚合体系呈现典型的悬浮聚合相态特征,并获得了堆积密度较高(0.65 g/cm3)的球状卡波树脂.聚合反应动力学研究结果表明,该反相悬浮聚合的聚合速率对单体浓度和引发剂浓度的反应级数分别约为1.36和0.70;聚合反应的表观活化能为78.0 kJ/mol.交联剂对卡波树脂的性能有重要的影响,通过适度交联可提高产物的增稠效率及其抗剪切性能.     

天然气水合物抑制剂用高分子研究进展

海底天然气开采过程中,甲烷和水可以形成天然气水合物,阻塞油气管道。本文先简要介绍高分子化合物用于水合物抑制剂的发展过程,从抗冻抑制剂的结构与性能关系,探讨了高分子型的低剂量天然气水合物抑制剂的特性、作用机理和主要影响因素。近年来的研究发现在寒冷地区海洋鱼类和昆虫体内存在一些抗冻蛋白,不仅能够降低水的冰点,而且能抑制天然气水合物的形成,是绿色环保的天然抑制剂,模拟这些具有抗冻性能的蛋白质结构的高分子化合物为今后水合物抑制剂研究提供一个新的发展方向。本文还提出了今后值得开展研究和应用的若干问题。     

硝酸钕和钐的水合物在水中溶解热的测定

本文用补偿式数字量热计测定了六水、四水硝酸钕和六水、五水硝酸钐298.15K时在水中的溶解热,求得了它们的标准生成热、相应的标准脱水焓和晶格能。     

甲烷水合物在静态体系中生成反应的促进

静态体系生成甲烷水合物是个缓慢的、不完全的过程。即使使用表面活性剂也不能实现反应物的100％转化。本文讨论了在静态反应停止后,使用系统温度振荡的方法来促进水合反应的继续进行,直至完全转化。在系统温度从-10～4℃之间周期振荡时,原本停滞的水合反应在水的相变温度附近又开始发生反应,由于水合物合成时铠甲效应的存在,水在样品中的过冷度达到10℃左右。文中对样品的热物性测试表明,在经过几个温度变化周期后,反应非常完全,反应器中样品是100％的甲烷水合物。     

多孔介质中甲烷水合物的分解特性

利用定容降压方法测定了在不同多孔介质中甲烷水合物的分解实验数据, 所使用的多孔介质平均孔径分别为9.03, 12.95, 17.96和33.20 nm, 其中孔径为12.95 nm的多孔介质采用了3个粒径范围, 分别为0.105～0.150, 0.150～0.200和0.300～0.450 mm; 其它孔径的多孔介质的粒径范围为0.105～0.150 mm. 在封闭的条件下测定了不同温度与不同初始生成压力下甲烷水合物的分解实验数据(实验温度范围为269.15～278.15 K, 初始生成压力范围为4.1～11.0 MPa), 结果表明, 水合物的分解速度随着初始生成压力的增加和水浴温度的降低而升高, 也随孔径的增加而升高, 但随多孔介质粒径的增大而降低. 在孔径较大和分解温度较低时, 多孔介质中水合物分解引起的温度降低会使水结冰, 从而减缓水合物的分解速度.