纳米流体中气体水合物生成过程的实验研究

提出了制冷剂气体水合物在纳米流体中快速生成的设想，并通过HCFC141b气体水合物在纳米铜流体（由质量分数为0．049／6的十二烷基苯磺酸钠-6（SDBS）溶液和名义直径为25nm的纳米铜粒子组成）中的生成实验验证了此设想．实验结果表明：与去离子水中HCFC141b气体水合物的生成过程相比，纳米铜流体中的SDBS是造成HCFC141b气体水合物诱导时间明显缩短的主要原因，而纳米铜粒子对诱导时间的影响不大；纳米铜流体中汹的乳化作用和纳米铜粒子大的比表面积大大促进了HCFC141b在水中的溶解；纳米铜粒子的加入明显加强了HCFC141b气体水合物生成过程中的传热传质，随着纳米铜粒子粒子数的增加，HCFC141b气体水合物生成过程明显缩短．     

天然气水合物新型动力学抑制剂抑制性能研究

提出了一种组合天然气水合物动力学抑制剂GHI1(聚乙烯吡略烷酮(Inhibex157)与二乙二醇丁醚按1:1的质量比组合而成).在温度为4℃、压力为8.5～9.0 MPa下的1.072 L反应釜内,采用定容法,通过反应引起的温度和压力变化,研究了GHI1对天然气水合物形成的抑制性能,比较了不添加抑制剂、添加商用抑制剂Inhibex501、添加GHI1以及Inhibex157后的水合物大量生成时的温度变化,并分析了添加Inhibex501和GHI1后水合物大量生成时的时间,探讨了组合抑制剂的抑制机理.研究结果表明:在天然气和水的反应体系中添加质量分数w为0.5%的GHI1后,天然气水合物生成的平均引导时间为4 800 min,不添加抑制剂几乎没有引导时间,添加w为0.5%的Inhibex501后,水合物生成的平均引导时间为2 100 min,只添加W为0.5%的Inhibex157,平均引导时间为650 min;机理分析认为GHI1中的Inhibex157主要阻止天然气分子进入水合物笼,而二乙二醇丁醚则阻止水分子进一步形成水合物笼.     

小型气体水合物蓄冷装置的实验研究

采用一种内置换热、外置促晶式小型气体水合物蓄冷装置,以HCFC-141b气体水合物为蓄冷工质,测试和计算了气体水合物蓄冷过程中蓄冷量、生长速率、水合率以及总体换热系数等特性参数值,详细考察了换热器种类、十二水合硫酸钠(SDS)的含量、各种促晶方式(连续促晶、促晶5min以及融冰快速成核)等因素对以上特性参数的影响.实验结果表明:采用带垂直金属翅片的换热器相对于采用光管换热器,可以大大提升蓄冷性能,而且在此基础上,通过添加质量分数为0.04%的SDS,可以进一步提升性能.对于3种促晶方式的研究结果表明:连续促晶具有最好的蓄冷效果,但会额外增加能耗并诱发装置故障;融冰快速成核的蓄冷效果最差,但不需要促晶泵,值得进一步深入研究;促晶5 min的蓄冷效果处于中间状态,是目前最具有应用价值的一种促晶方式.     

3A分子筛存在下四氢呋喃水合物的界面生长

通过在显微镜下观测加入3A分子筛粉末后的四氢呋喃(THF)-水体系的水合物生成过程,测量水合物生成时水合物相的界面移动速度.实验结果表明:在不同温度下水合物界面的生长速度都具有一致的规律,而且随温度变化不大,最大值约为1.1μm/s;同时界面生长速度随着反应进行而慢慢降低.     

游离气作用下的渗漏型甲烷水合物形成

为了准确评估海洋水合物的资源潜力,必须研究水合物在沉积层里的形成过程。渗漏体系里往上运移的甲烷气(游离)、原位孔隙水(包括溶解气及溶解盐)与固体骨架共同作用,在动态相平衡条件下形成甲烷水合物并在孔隙里沉淀胶结,形成含水合物藏。游离气迁移能改变沉积层的地质属性,根据规律建立了多相流模型,并以南海北部为背景,以反应开始和结束两个时刻演绎了水合物形成过程中,孔隙毛细压力、渗透率、各相饱和度和盐度的联动变化关系,表明游离气含量是渗漏型水合物成藏的控制性因素之一。     

HCFC-141b水合物在管道中形成及堵塞实验研究

为了研究水合物浆在管道中的安全流动,在低温室中搭建了内径为42 mm、长为30 m的不锈钢实验环道,借助于实验环道进行了一氟二氯乙烷(HCFC-141b)水合物在管道中的形成以及堵塞实验.在水过量的条件下,管道中的水合物形态有浆状水合物和泥状水合物两种,在二者的过渡区,水合物的体积分数为30%-40%.管道中水合物的颗粒粒径在154--450μm之间,而且随着水合物含量的增加,平均粒径逐渐增大.当水合物体积分数达到70%时,管道被完全堵塞.当管道中出现泥状水合物后,随着水合物含量的增加,水合物在管道中的聚集加剧,会很快造成整个管道堵塞,因此在运行过程中应避免泥状水合物的出现.     

Ⅱ型二元氢气水合物相边界条件测定及分解焓计算

针对水合物法储氢存在相平衡数据较少及其分解焓直接实验测定非常困难的问题,在已有的高压可视蓝宝石反应釜中测定了环戊烷/丙酮/叔丁胺/四氢呋喃-水-氢气三组分体系中的水合物相边界条件,并结合Clausius-Clapeyron方程计算确定了4种Ⅱ型二元氢气水合物的分解焓.结果表明:含环戊烷/丙酮/叔丁胺/四氢呋喃的Ⅱ型二元氢气水合物的相平衡压力可降低至纯氢气水合物同温度下相平衡压力的1/10甚至更多.二元氢气水合物的分解焓与添加剂和相平衡温度有关,对于同一种添加剂,随着相平衡温度的升高,所得到的二元氢气水合物分解焓增加.二元氢气水合物相平衡边界和分解焓的测定对进一步研究和开发水合物法储氢技术具有重要价值.     

HCFC141b气体水合物水平换热管外生长特性研究

通过自建的可视化气体水合物反应实验台,对质量分数为0.2%的SDS(十二烷基硫酸钠,分子式为C12H25SO3Na)水溶液和HCFC141b在单根水平换热管外生成气体水合物的过程进行了可视化观测,通过照片和采集的温度值对水合反应的过程特性进行了描述,发现气体水合物和冰的生长形态完全不同,它不是围绕着换热管生长,而是沿着固体表面(换热管表面)渗透到制冷剂相中生长.采用表面自由能理论进行机理分析表明,其原因在于水溶液在表面张力的作用下可以沿着换热管表面自发渗透到制冷剂相中.据此可以认为,在间接接触换热式气体水合物蓄冷系统中,如果在换热器外增加垂直金属翅片,将有利于改进气体水合物的生长过程.     

纳米粒子悬浮液中分散剂选择的实验研究

针对纳米粒子比表面积大、表面能高、在水中易自动团聚下沉的特点,提出了选择分散剂的一些建议,并对体积分数为2%、4%、5%、8%的纳米Cu、Ag、TiO2粒子悬浮液分别进行了实验.结果表明:将聚乙烯醇和十二烷基苯磺酸钠配合使用能够有效地将各种体积分数的纳米Cu、Ag粒子稳定分散在水中;但是无论是聚乙烯醇,还是十二烷基苯磺酸钠都不能使体积分数为8%的TiO2粒子稳定悬浮在水中;在实验范围内,纳米铜粒子的体积分数对悬浮液的稳定性影响不大.     

表面活性剂对气体水合物生成过程的影响

在玻璃试管中就添加物和铁丝对HCFC141b（CH3CCl2F,R141b）水合物生成过程的影响进行了观察研究.首次发现铁丝与十二烷基苯磺酸钠的适当组合可以促使R141b水合物快速结晶成核和生长,并就它们对R141b水合物生成过程的影响机理作了进一步探索,发现：在恒温槽温度一定时,阴离子表面活性剂种类和铁丝与试管壁面的接触点共同决定了R141b水合物的最初结晶成核位置;阴离子表面活性剂种类决定了结晶成核后水合物的生长区域;十二烷基苯磺酸钠水溶液浓度越高,R141b水合物的生长越快;一水合草酸钾对R141b水合物的生成过程则没有明显影响.