15928.油包水乳液中甲烷水合物形成動(dòng)力學(xué)研究

1、油包水乳液中油包水乳液中甲烷水合物形成動(dòng)力學(xué)甲烷水合物形成動(dòng)力學(xué)研究研究KiicsofMethaneClathrateHydrateFmationinwaterinoilemulsion一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程作者姓名：陳超指導(dǎo)教師：李鑫鋼教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一五年五月中文摘要油包水乳液中水合物形成動(dòng)力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究是設(shè)計(jì)天然氣水合物反應(yīng)裝置和吸收水合耦合法氣體分離裝置的基礎(chǔ)，也是輸油管線防堵技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，在

2、低碳?xì)怏w水合分離、天然氣水合物儲(chǔ)運(yùn)以及輸油管線防堵等領(lǐng)域具有重要意義。本文建立了油包水乳液體系中水合物生長動(dòng)力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究體系，系統(tǒng)開展了甲烷水合物動(dòng)力學(xué)方面的相關(guān)實(shí)驗(yàn)和模型研究工作：（1）建立乳液體系水合物形成動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，利用壓力體積溫度法，在轉(zhuǎn)速為300～1100rpm，水滴平均粒徑為1170～2338nm，實(shí)驗(yàn)溫度為69.15～277.15K范圍內(nèi)，測定了甲烷氣體在含水率30%的油包水乳液中的形成動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：誘

3、導(dǎo)時(shí)間隨剪切速率增大先縮短再增加，隨操作溫度升高而增加。水合物形成消耗甲烷的速率隨剪切速率增加、實(shí)驗(yàn)溫度降低、平均粒徑減小而增大。甲烷消耗量隨水滴平均粒徑減小而減少；在冰點(diǎn)以上，氣體消耗量隨實(shí)驗(yàn)溫度降低而增加；在冰點(diǎn)以下，隨溫度降低而減少。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，油包水乳液中甲烷水合物形成速率是純水體系的5倍。（2）將金屬結(jié)晶和高分子結(jié)晶領(lǐng)域的JohnsonMehlAvramiKomogov（JMAK）模型用于油包水乳液中甲烷水合物形成動(dòng)力學(xué)

4、過程。將甲烷水合物形成動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非線性回歸得到了JMAK模型的水合物結(jié)晶動(dòng)力學(xué)常數(shù)和Avrami指數(shù)，實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值吻合良好（R=0.9635～0.9907）。根據(jù)Avrami指數(shù)的范圍提出了油包水乳液中甲烷水合物的生長機(jī)理。（3）考慮到水合物含量對(duì)乳液粘度的影響，在Dalmmazone等的模型基礎(chǔ)上增加一個(gè)描述甲烷傳質(zhì)系數(shù)受水合物量影響的方程來考慮粘度對(duì)傳質(zhì)過程的影響，同時(shí)忽略乳液系統(tǒng)中水滴成核的時(shí)間分布。將本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非線性回歸

5、得到該模型的相關(guān)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算值非常吻合。為了使模型更合理，基于多點(diǎn)成核過程分別考慮了成核速率隨推動(dòng)力改變的情況以及飽和點(diǎn)成核的情況。（4）基于單水滴縮核模型（shrinkingcemodel）以及乳液中水滴形成水合物時(shí)間不同的假定，通過成核時(shí)間分布函數(shù)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)生成水合物的水滴數(shù)量，建立乳液系統(tǒng)中水合物形成動(dòng)力學(xué)模型。使用乳液系統(tǒng)中甲烷水合物形成氣體消耗數(shù)據(jù)與該模型關(guān)聯(lián)，通過分析發(fā)現(xiàn)剪切速率對(duì)乳液中水滴成核分布影響很大。剪切