氣體水合物生成促進技術(shù)及動力學模型的研究.pdf

1、氣體水合物具有獨特的物化性質(zhì),可以開發(fā)一系列高新應用技術(shù)。但是面臨生成速率慢、生成條件高、實際儲氣密度較理論值過低這一首要技術(shù)瓶頸,所有的應用技術(shù)還停留在實驗室研究階段,因此當前最緊要的即研究水合物生成促進技術(shù),而這要在對水合物分子結(jié)構(gòu)、成核機理充分認識的基礎(chǔ)上,分別從熱力學和動力學的角度采取宏觀的生成促進手段,并最終建立水合物生成熱、動力學模型。本文通過實驗,篩選出了優(yōu)良的新型水合物生成促進劑,研究了其機理及與表面張力的定量關(guān)系,然后

2、考慮促進劑的作用建立了生成動力學模型。
　　首先,簡要介紹了氣體水合物分子結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)及其一系列高新應用技術(shù)。綜述了國內(nèi)外水合物生成動力學中經(jīng)典的成核機理和相關(guān)動力學模型,并對其進行評價。然后,綜述了目前國內(nèi)外水合物生成促進技術(shù)采取的手段及其研究現(xiàn)狀。
　　其次,通過CO2水合物生成促進實驗研究了幾類新型添加劑對水合物生成條件和誘導時間的影響,并以純水和目前研究較多促進效果較好的SDBS作為對比。這幾類添加劑包括CTAB、

3、PEG、P123及本課題組自行合成離子液體[HMIPS]OTs和[HMIPS]Ss。研究發(fā)現(xiàn),這幾種添加劑均能有效降低水合物生成條件,同時確定了每種添加劑的最佳促進濃度范圍。經(jīng)對比,500mg/kg的[HMIPS]OTs離子液體促進效果最好。另外,對誘導時間的研究表明,SDBS、CTAB和P123溶液能不同程度地減少誘導時間,其中SDBS效果最好;PEG和[HMIPS]Ss溶液效果不明顯;而對降低相平衡點作用最強的[HMIPS]OTs溶

4、液反而增大誘導時間,但效果較差。以面向工業(yè)應用為目的,認為4℃~5℃、過壓度ΔP約為1.5MPa為水合物最適宜的生成條件。
　　再次,測定了CO2水合物生成促進實驗中的反應溶液在不同溫度下的表面張力,以此判斷這幾類添加劑對水合物生成促進作用與表面張力的定量關(guān)系。結(jié)果顯示,對于同一種促進劑,若溶液隨濃度變化導致表面張力越小,則水合物生成條件降低越顯著。但是不同的促進劑之間,隨濃度的變化,水合物生成條件的降低與溶液表面張力的降低并不一