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文檔簡介
1、隨著社會進步,人類對于能源的依賴越來越明顯。天然氣水合物作為一種新型能源,已經(jīng)逐漸引起人們的重視。自20世紀30年代天然氣水合物因為阻塞輸氣管道而被關注以來,全球范圍內(nèi)先后開展了大量天然氣水合物的試驗研究,對于天然氣水合物的基本性質有了一定程度的了解。 室內(nèi)對于天然氣水合物的試驗研究,所采用的試驗釜一般都是可以通過肉眼直接觀察到內(nèi)部的反應釜。這種反應釜具有直觀的特點,觀察方式也比較靈活,但其對于反應釜可透視部分的材質及工藝程度要
2、求較高,且反應釜容積較小,其觀察效果也并非特別理想。 中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室首次嘗試使用CT系統(tǒng)(X射線掃描系統(tǒng))來開展天然氣水合物的生成和分解過程研究,獲得了比較理想的試驗效果,為進一步開展天然氣水合物研究奠定了良好的試驗基礎。本文主要開展了純水.純甲烷系統(tǒng)天然氣水合物的生成和分解、天然氣水合物的自保護效應、多孔介質中甲烷水合物的初步試驗研究,取得了如下初步結論: 1.純水純甲烷系統(tǒng)天
3、然氣水合物的生成和分解過程研究 純水一純甲烷系統(tǒng)是一種比較理想的天然氣水合物生成和分解的研究環(huán)境,介質相對比較單純。首次嘗試性地使用CT設備來開展純水.純甲烷環(huán)境中天然氣水合物的生成和分解過程研究;試驗結果表明,CT系統(tǒng)能有效地應用到天然氣水合物的生成和分解試驗中,通過CT系統(tǒng)可以清楚地識別天然氣水合物的生成和分解過程,并能以圖像的形式捕捉該過程。通過試驗發(fā)現(xiàn),當溫度和壓力達到適宜條件時,甲烷水合物會迅速在氣液界面上生成;并隨著
4、時間的進行,水合物的生成狀態(tài)會變得越來越好。隨后升高反應釜內(nèi)溫度,甲烷水合物開始分解。因為反應釜內(nèi)溫度通過反應釜壁來控制,因此首先升溫的是靠近釜壁的部分。隨著分解進行,反應釜內(nèi)靠近釜壁處的甲烷水合物都分解殆盡時,反應釜中間部分仍然有殘留的甲烷水合物還未分解。這些細節(jié)都可以通過CT系統(tǒng)清楚地觀察到。這對于使用壓力跟蹤法來研究水合物相平衡條件是一個非常理想的試驗環(huán)境。 2.多孔介質中天然氣水合物的生成和分解研究 我們使用砂土
5、來模擬多孔介質中天然氣水合物的生成和分解試驗。目前已完成了1-2mm粒徑的不同含水率的模擬試驗,進一步嘗試其他粒徑不同含水率的試驗。由于砂土的吸收系數(shù)較大,多孔介質的CT數(shù)相對于甲烷水合物來說過大,單獨使用CT數(shù)和壓力的變化難以分辨多孔介質中甲烷水合物的生成,因此引入查理數(shù)及查理數(shù)變化率這兩個參數(shù)對多孔介質內(nèi)甲烷水合物的生成和分解狀態(tài)進行輔助判斷。通過試驗發(fā)現(xiàn),甲烷水合物在多孔介質的生成和分解過程中查理數(shù)有明顯的改變。通過對查理數(shù)變化率
6、的比較發(fā)現(xiàn),多孔介質含水率與多孔介質中甲烷水合物的生成量成近似的正比關系。同時在多孔介質中的甲烷水合物形成過程中,砂土中水分具有明顯的遷移特征,當甲烷水合物形成時,水分會向著最適合形成水合物的位置發(fā)生不同程度的遷移,遷移過程受到溫、壓條件和水合物初期成核作用和形成過程的控制和影響。同時我們也發(fā)現(xiàn)了凍結過程對多孔介質中甲烷水合物的生成情況具有一定影響。凍結持續(xù)較長時間、反復凍融過程都可能使得多孔介質中甲烷水合物的生成質量有所提高,但甲烷水
7、合物的生成情況與凍結速率并沒有直接聯(lián)系。 3.對于天然氣水合物自保護效應的初步探索 天然氣水合物的自保護效應(Self-preseⅣ砒ion)是指天然氣水合物在負溫條件下能在溫度和壓力的相平衡條件之外的溫、壓環(huán)境中保持一種亞穩(wěn)定狀態(tài)。通過在試驗室內(nèi)對自保護效應現(xiàn)象的初步研究,我們發(fā)現(xiàn),經(jīng)過深凍處理后的甲烷水合物樣品,置于20℃的恒溫環(huán)境中,其分解初期維持較高的分解速度,隨后其分解速度迅速減緩,并在持續(xù)該低分解速度一段時候
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