氣體水合物生成促進(jìn)技術(shù)及動(dòng)力學(xué)模型的研究.pdf

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

2、考慮促進(jìn)劑的作用建立了生成動(dòng)力學(xué)模型。
　　首先,簡(jiǎn)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(yīng)用技術(shù)。綜述了國(guó)內(nèi)外水合物生成動(dòng)力學(xué)中經(jīng)典的成核機(jī)理和相關(guān)動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。然后,綜述了目前國(guó)內(nèi)外水合物生成促進(jìn)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(jìn)實(shí)驗(yàn)研究了幾類新型添加劑對(duì)水合物生成條件和誘導(dǎo)時(shí)間的影響,并以純水和目前研究較多促進(jìn)效果較好的SDBS作為對(duì)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(shí)確定了每種添加劑的最佳促進(jìn)濃度范圍。經(jīng)對(duì)比,500mg/kg的[HMIPS]OTs離子液體促進(jìn)效果最好。另外,對(duì)誘導(dǎo)時(shí)間的研究表明,SDBS、CTAB和P123溶液能不同程度地減少誘導(dǎo)時(shí)間,其中SDBS效果最好;PEG和[HMIPS]Ss溶液效果不明顯;而對(duì)降低相平衡點(diǎn)作用最強(qiáng)的[HMIPS]OTs溶

4、液反而增大誘導(dǎo)時(shí)間,但效果較差。以面向工業(yè)應(yīng)用為目的,認(rèn)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(cè)定了CO2水合物生成促進(jìn)實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)溶液在不同溫度下的表面張力,以此判斷這幾類添加劑對(duì)水合物生成促進(jìn)作用與表面張力的定量關(guān)系。結(jié)果顯示,對(duì)于同一種促進(jìn)劑,若溶液隨濃度變化導(dǎo)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(jìn)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