微乳体系下甲烷水合物生成和储气性能研究

以正癸烷为分散剂模拟油相体系,一定比例的Span80+Tween80为乳化剂,在超高速搅拌下形成油包水乳液,在自制的高压反应釜中利用恒容降压法进行甲烷水合物生成实验,探究了搅拌速度、温度、乳化剂质量分数以及"记忆效应"对于甲烷水合物生长速率和储气性能的影响.结果表明:一定范围内搅拌速度越大,温度越低,乳化剂质量分数越大,水合物生长速率越大;在273.35 K、700 r/min、2%(质量分数)Span80条件下1体积水合物能储存120倍体积的甲烷,相比于纯水体系40倍体积的储气性能有了很大提高.此外,对乳液体系下甲烷水合物生成过程进行了分析.     

空速对平板微反应器内甲烷水蒸气重整的影响

采用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型,应用表面反应动力学机理,对平板微反应器中Ni/r-Al2O3催化剂涂层上甲烷蒸气重整制合成气进行了二维的数值分析计算,分析了催化空速(CSV)和体积空速(GSV)对甲烷蒸气重整性能的影响.在计算过程中,忽略了甲烷的空间反应的影响,只考虑催化表面上的反应.计算结果表明,较小的催化空速和体积空速能够获得较高的甲烷转化率和氢气产量;除催化空速和体积空速外,反应通道高度对重整性能也是一个重要的影响因素.     

微乳中甲烷水合物的生成反应

以辛烷、十二烷或十六烷为油相,非离子表面活性剂Tween80和Span80按1:1质量比复配的复合型表面活性剂为乳化剂,PEG-400为助乳化剂制备高分散的油包水型(W/O)微乳,并在其静态体系中生成甲烷水合物,把它和纯水体系以及表面活性剂体系(含等量的乳化剂)进行了对比.结果表明:在微乳中甲烷水合物的诱导时间缩短,生成速率和耗气量明显增加,生成的水合物成粒状,含水率低.另外,选择油相时应选取不生成水合物,在水中溶解度小而且对甲烷溶解度尽量大的有机溶剂,并对微乳液中甲烷水合物的生成机理进行了探讨.     

甲烷水合固化过程反应热实验研究

为及时将气体水合过程中的反应热传递出去,使水合物稳定快速生成,利用可视化实验系统研究了三种体系甲烷水合物生成过程中的反应热。根据甲烷水合物相平衡数据,结合推导出的反应热计算方程,计算三种实验体系的反应热。结果表明,在表面活性剂的作用下,甲烷水合物的生成速率提高,对应的反应热增多。     

甲烷浓度对瓦斯水合物生长速率的影响

为提高瓦斯水合物生成速率,利用可视化水合物实验设备,研究了四种不同甲烷体积分数的高浓度瓦斯气样在0.3 mol/L四氢呋喃（THF）和0.2 mol/L十二烷基硫酸钠（SDS）复配溶液中水合固化过程,获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,结合水合物生长速率模型对数据进行计算和分析。结果表明：随着甲烷体积分数的提高,瓦斯水合物生长速率呈增大趋势,最大可达5.40×10~（-6）m~3/min;THF-SDS复配体系在一定程度上提高了瓦斯水合物生长速率,促进了水合物的形成。该研究为应用水合物技术进行瓦斯固化储存提供了参考数据。     

CO_2水合物生成的影响因素研究

在体积350 m L的恒容反应釜中研究了CO2水合物的生成过程,实验考察了搅拌速率、温度和压力等因素对CO2水合物生成过程的影响。实验结果表明,相对静止条件下机械搅拌可以通过促进传质传热,加速CO2水合物生成过程。随着搅拌速率的增大,CO2水合物的平均生长速率从0.283 mmol/min增大到1.132 mmol/min,且搅拌速率为800 rpm时实验条件下的水合物的诱导期最短;不同实验温度(273.65 K,274.15 K,275.15 K,276.15 K)下,CO2水合物生成过程中的溶解速率、诱导期及反应速率变化不大,即受温度影响不明显;CO2水合物的生长受压力影响明显,增压可显著缩短诱导期、加快反应速率。水合物生长过程主要受客体分子浓度的影响,是动力学控制过程。3 MPa时CO2水合物的平均生长速率高达1.1 mmol/min,是2 MPa时的5倍。     

丙烷含量对多组分气体水合物生长速率的影响

为使多组分瓦斯气体迅速固化、储运,利用可视化水合物实验设备,研究了三种多组分气样在0.1 mol/L四氢呋喃(THF)和0.2 mol/L十二烷基硫酸钠(SDS)复配溶液中的水合固化过程,实验获取了水合物生成过程的压力-温度-时间曲线,结合水合物生长速率模型对实验数据进行计算和分析。结果表明:三种气样中随着丙烷含量的提高,生长速率呈增大趋势,在一定程度上可以提高水合物生长速率,抑制水合物中甲烷的含量。     

Span20促进甲烷水合物生成的实验研究

在已有的天然气水合物储气实验台上,利用带磁力搅拌的141 mL高压反应釜,采用定压法,在温度为(274.15±0.10)K、压力为(8.30±0.10)MPa的条件下,从诱导时间、生成速率和储气密度等方面研究了非离子表面活性剂失水山梨醇单月桂酸酯(Span20)的质量分数为0～3%范围内对甲烷水合物生成的影响.结果发现:Span20的质量分数为0.2%时诱导时间最短,为53～167 min;在0.4%时的生成速率最大,是纯水的10倍以上,同时其储气密度V/V0最大,达到145.2.通过分析Span20的分子结构,对表面活性剂促进甲烷水合物形成机理进行了研究,认为可能是Span20分子中带有2个羟基的类四氢呋喃结构的诱导作用以及假六元环的模板作用共同促进了甲烷水合物的形成.     

温度、pH、COD值对水体中二硫氰基甲烷消除的影响

采用超高效液相色谱法(UPLC),研究初始质量浓度1μg·m L-1二硫氰基甲烷在不同温度、p H值、COD值水体条件下的消除规律.结果表明:在5~35℃水温范围内,二硫氰基甲烷的消除速率为:V35℃V25℃V15℃V5℃,35℃水体中,第20天二硫氰基甲烷未被检出.在p H 5.0~9.0的水中二硫氰基甲烷的平均消除速率为:Vp H9.0Vp H8.5Vp H8.0Vp H7.5Vp H7.0Vp H6.5Vp H6.0Vp H5.5Vp H5.0,平均消除速率随着p H值的升高而变大,酸性条件下稳定,不易分解,p H≥8.0的弱碱性条件下极易分解.在COD值为0~30 mg·L-1的水中二硫氰基甲烷的平均消除速率表现为:V30 mg·L-1V20 mg·L-1V10 mg·L-1V0 mg·L-1,二硫氰基甲烷的消除速率随着COD值的增大而变大.     

浸没式厌氧膜生物反应器处理低浓度污水产甲烷特性

研究浸没式厌氧膜生物反应器(submerged anaerobic membrane bioreactor,SAn MBR)处理低浓度生活污水的产甲烷特性,考察运行期间甲烷产率变化以及有机负荷(OLR)与甲烷产生量的关系。结果表明,SAn MBR在中温[(35±1)℃]、p H为6.8~7.2,HRT为6~15 h条件下,甲烷产率最大为0.067 L·g-1COD。在进水OLR为0.29~2.85 kg COD/m3·d-1条件下,甲烷日产生量和累积甲烷产生量与OLR呈线性相关,拟合方程分别为甲烷日产生量=0.3OLR+0.23(R2=0.89)和累积甲烷产生量=29.8OLR-5.45(R2=0.81)。对反应器甲烷产生量通过支持向量机进行模拟预测表明,反应器甲烷产生量可长期保持稳定,反应器耐冲击负荷能力较强。     

重整气中CO深度去除方法

提出了两段CO深度去除法(M-O法):第1段采用选择性甲烷化和第2段采用选择性氧化,即对水汽变换(WGS)反应器出口约含体积分数为1%CO的重整气进行选择性甲烷化,将CO去除至0.1%以下,而后进行选择性氧化将CO去除至10×10-6以下.实验结果表明:一方面,与两段选择性甲烷化CO深度去除法(M-M法)相比,M-O法具有相近的热效率,工作温度移向低温,可在更宽的温度区间和更高的空速下满足CO去除深度的要求;另一方面,M-M法系统简单,而M-O法具有反应器更加紧凑的优势.此外,还探讨了在上述两种工艺过程的后段再附加上一段高空速选择性氧化过程,可将CO的去除深度进而提高到1×10-6以下,更加有利于质子交换膜燃料电池电站系统长时间连续运行的稳定性.     

天然气水合物降压热激法模拟开采方案优化研究

基于南海神狐SH2钻孔水合物储层地质特点和压力温度条件,运用数值模拟方法开展天然气水合物的单一垂直井降压热激法联合试开采的优化研究。为减少气体经上覆透水岩层泄露和过量的产水,生产井过滤器放置于生产井中部,热量被平均分配到过滤器并以恒定功率注入而不是注入热水。研究结果表明:顶底板附近水合物有隔水储气作用,大部分的甲烷气被束缚在水合物储层中,但后期可成为甲烷泄露通道。对底孔压力、热激发强度、初始水合物饱和度、储层渗透率4个参数的敏感性分析表明:底孔压力降低,产气速率相差不大,产水量增加;热激发增强或高初始水合物饱和度下,产气速率增大;本征渗透率影响流体运移和热传导,本征渗透率减小时,产气速率先增大后减小。本文所采用数值模拟及参数敏感性分析方法,有助于设计和优化天然气水合物开采方案。     

环戊烷水合物作为氨基酸型促进剂初筛方法的实验研究

固态天然气水合物是一种潜力巨大,高效安全的储能方式,却一直受限于其苛刻的生成条件和缓慢的生成速率,因而近年来水合物促进剂成为人们关注的焦点。通过对比测试了正缬氨酸、丙氨酸和组氨酸三种氨基酸在常压环戊烷水合物体系和高压甲烷水合物体系中的效果,研究利用更为安全的环戊烷体系对水合物促进剂进行初筛的可行性。实验结果表明,同丙氨酸和组氨酸相比,环戊烷体系中正缬氨酸具有最高效的促进效果,显著提升了水合物生成速率,其最适浓度为0.5wt%,诱导时间和反应最高温度分别为9.5 min和4.5 ℃,另外,乳化剂Span 20对正缬氨酸有良好的协同增效作用;同时,正缬氨酸在甲烷水合物体系同样具有最佳的促进性能,有效提升了甲烷水合物的储气量,初始过冷度的增加可有效提高水合物生成速率与储气能力。因此,环戊烷水合物体系可以作为一种初步筛选高效氨基酸型促进剂的方法。     

EGSB反应器中特殊功能颗粒污泥单组分甲烷化动力学的研究

对从已经完成厌氧甲烷化反硝化与厌氧氨氧化耦合的EGSB反应器中取出的功能颗粒污泥进行厌氧甲烷化动力学试验研究,建立厌氧甲烷化反应动力学方程。试验结果表明:甲烷化比基质降解速率基质浓度的关系遵从Monod方程。对甲烷化进行动力学分析,求出其动力学参数:最大比基质降解速率Vmax=0.158h-1,半饱和常数Ks=464.27mg/L,甲烷的产率系数y=0.254ml/mg。     

SDS促进剂对甲烷水合物蓄冷量的影响

甲烷水合物蓄冷量的确定是甲烷水合物蓄冷降温技术实现工业化的关键。为探究SDS对甲烷水合物蓄冷量的影响,根据Clausius-Clapeyron方程及三参数对应态原理,建立甲烷水合物蓄冷量的计算模型。利用可视化水合物蓄冷实验系统,结合定温压力搜索法测定四组不同SDS浓度体系下甲烷水合物的相平衡条件。依据实验数据和该模型计算得到不同体系、不同相平衡参数下甲烷水合物的蓄冷量。结果表明:甲烷水合物具有较高的蓄冷密度,蓄冷量达40~60 kJ/mol;甲烷水合物的蓄冷量不但与相平衡条件有关,还与SDS的添加浓度有关。相平衡温度越高、SDS添加浓度越高,甲烷气体生成水合物时蓄冷量越低。该研究为甲烷水合物蓄冷降温系统的研制提供了参考。     

气体水合物生成特性实验研究

实验研究了添加剂对甲烷气体水合物形成过程的影响。发现微量的表面活性剂降低了甲烷气体水合物在静止反应器中形成的诱导时间,并使水合物快速形成和生长,提高了水合物形成过程中的填充密度。阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）对水合物生长的促进作用比非离子表面活性剂（烷基多糖苷）强。液态烃环戊烷降低了水合物形成的诱导时间,但环戊烷不能提高水合物的填充密度。     

咪唑离子液体抑制甲烷水合物生成实验研究

为了保证油气输送管道正常运行,必须采取相应措施防止水合物大量生成而造成管道及设备的堵塞。为了规避热力学抑制剂用量大、成本高,并且污染环境的缺点,低剂量抑制剂的研究与开发受到研究人员的高度重视。在体系温度4℃,初始压力8.5 MPa的条件下实验研究了质量浓度均为0.1%的1-乙基-3甲基咪唑氯盐(EMIM-Cl)、1-丁基-3甲基咪唑氯盐(BMIM-Cl)、1-己基-3甲基咪唑氯盐(HMIM-Cl)溶液对甲烷水合物生成的抑制作用。结果表明,上述3种离子液体都能够延长甲烷水合物的生成时间,并降低甲烷气体消耗量及水合物的生成体积,即上述3种离子液体都可抑制甲烷水合物的生成。此外,上述3种离子液体抑制甲烷水合物生成效果强弱顺序为:EMIM-ClHMIM-ClBMIM-Cl。     

含离子液体体系甲烷水合物形成特性实验研究

实验研究了新型水合物抑制剂1-己基-3-甲基咪唑氯盐对甲烷水合物形成的抑制作用。实验结果表明,1-己基-3-甲基咪唑氯盐水溶液中甲烷水合物分解相平衡压力随着温度的升高而增大。与纯水中甲烷水合物相平衡条件相比,添加离子液体使得甲烷水合物的相平衡边界向高压和低温方向偏移。     

南海沉积物中甲烷水合物定压分解特性

在定压条件下,实验研究了我国南海神狐海域沉积物中甲烷水合物的分解特性,所使用的沉积物平均孔径为12.178 nm,总孔容为4.997×10~(-2)mL/g,比表面积为16.412 m~2/g.所用沉积物样品含水量为40%,实验的温度范围为274.15–281.15 K,分解压力范围为3.0–5.0 MPa.实验结果表明,海底沉积物中甲烷水合物在降压过程中就开始迅速分解,分解过程造成体系温度迅速下降,最低温度远低于冰点温度.水合物的分解速率随着分解压力的降低而增大,总的分解产气量以及水合物分解率也随着分解压力的降低而增大.在不同温度的实验中,产气速率随着实验温度的升高而增大,总的分解产气量与初始的水合物量有关.当分解压力低于实验温度下纯水的甲烷水合物平衡分解压力时,水合物可以完全分解.     

含甲烷水合物的玻璃珠渗透率实验与簇状等径颗粒模型

为研究天然气水合物对沉积物渗透率的影响,首先,利用含甲烷水合物的多孔介质渗透率测量实验装置,在BZ-02型玻璃珠(平均粒径为228.4μm)中生成甲烷水合物;其次,采用稳态注水法测量不同甲烷水合物饱和度下多孔介质的水相有效渗透率;最后,根据多孔介质堆积模式与水合物的生成形态,提出了簇状等径颗粒模型.研究结果表明:采用多...