R134a气体水合物蓄冷实验

空调蓄冷是实现电网"移峰填谷"的重要手段.为缩短蓄放冷时间,以R134a为工质,在气体水合物蓄冷循环中加入引射器,研究结果表明:引射器增强了水和R134a气体的混合,在引射器内生成了部分水合物晶核.与无引射循环相比,水合物的成核过冷度降低约2～4 ℃,水合物的生成时间缩短13%～25%,获得了较好的蓄冷效果.并提出"热势"理论对实验现象进行解释,采用引射器后,水合物形成需要的"热势"降低,从而使水合物的成核过冷度和形成时间有明显降低.     

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.     

空调用纳米复合相变蓄冷材料导热性能的研究

对比分析了水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷及气体水合物蓄冷技术的优缺点,提出在常规空调中采用纳米复合材料相变蓄冷技术,针对目前空调用有机相变蓄冷材料普遍存在导热系数低、传热性能差的缺点,采用在其中添加纳米颗粒来改善介质的导热性能,对其导热性能进行了实验研究.结果表明：加入纳米TiO2颗粒后,有效地提高了有机相变蓄冷材料的导热系数.     

纳米石墨颗粒与SDS复配对CO2水合物生成诱导时间的影响

为得到有效降低气体水合物生成诱导时间的工艺方法,在277.15 K、不同压力(2.5~6.5 MPa)条件下,利用釜式水合物实验装置,开展了0.5%纳米石墨颗粒与表面活性剂SDS复配对水合物生成诱导时间影响的实验研究。结果表明,随压力的升高,水合物生成的诱导时间呈现降低趋势,平均降幅达5.8 min/MPa。277.15 K、4.5 MPa时,纳米石墨颗粒与SDS的引入使得体系较纯水体系中水合物生成的诱导期均呈不同程度的缩短趋势,降幅达20%左右。而二者复配体系的诱导时间较纯水体系显著缩短,如0.5%纳米石墨与0.03%SDS复配体系与相同条件下的纯水体系相比降幅高达61.8%。纳米石墨颗粒与SDS的复配有效加快了水合物成核速率,显著缩短了水合物生成的诱导时间;且其在对水合物生成的诱导时间上的作用效果较对应浓度的单一添加剂体系更好,二者复配型水合物生成促进剂的开发是今后重点研究的方向。     

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。     

HCFC141b乳液及微乳液体系水合物生成过程实验研究

为促进制冷剂快速生成水合物,首先利用高剪切混合乳化机制备HCFC141b乳液来增大两相界面,考察了剪切乳化时间、环境浴温度、HCFC141b浓度、"记忆效应"和高浓度表面活性剂对HCFC141b乳液水合反应过程的诱导时间和过冷度的影响.以此为基础,由T20/卵磷脂复配表面活性剂和T80研制热力学稳定的HCFC141b微乳液来提高两相相容性,揭示了HCFC141b微乳液水合反应过程中的晶体生长特征.微乳液中HCFC141水合物晶体均匀快速生长,与乳液水合反应相比,其诱导时间和过冷度大大减小.该研究为有效促进水合物结晶开辟了新途径.     

制冷剂水合物蓄冷技术研究现状及应用前景

通过几种空调蓄冷方式的比较,制冷剂水合物蓄冷被认为是比较理想的蓄冷方式。文章介绍了制冷剂水合物蓄冷技术的工质选择、促晶技术、装置设计等几个方面的研究情况及其在空调产业中的应用前景,并对制冷剂水合物蓄冷技术今后的研究方向提出了看法。     

低维气体水合物的理论研究

随着20世纪后期天然气水合物在全球范围内的大量发现,气体水合物成为能源和资源领域的研究热点.然而,在亚纳米多孔材料内,由于空间尺度的限制,水合物的结构完全不同于常见的I型、II型和H型等体相水合物结构.本文主要结合我们在低维空间内水合物的相关理论研究工作,介绍了纳米空间内低维气体水合物结构及其成核和生长的动力学行为等方面的研究进展.探讨了一维碳纳米管内的氢气水合物以及理想的纳米孔隙夹层内的二维气体水合物的结构、性质及成核和生长的微观机理.这些研究不仅可以探索低维水合物的独特性质,而且有助于我们对沉积物和多孔材料内气体水合物的理解.     

不同类型表面活性剂促进HCFC-141b水合物生成热力学研究

制冷剂水合物蓄冷是实现电网负荷侧调峰、提高空调经济性的一种新型节能技术。提出使用阴离子表面活性剂SDS、非离子型表面活性剂Tween80和Span80、助表面活性剂正丁醇(n-BA)促进静态条件下HCFC-141b水合物生成,基于等容定温法获得5种配比的水合物生成温度曲线,并利用6组平行实验判定水合物平均生成时间、水合体系稳定性;基于图像观察法确定水合物生成位置与质地。结果表明,不同类型表面活性剂均可在不同程度上促进水合物生成,但是水合体系稳定性均较差;其中浓度分别为2 wt%、0.1 wt%、0.1 wt%的Tween80 + Span80 + n-BA体系效果最佳,诱导时间(纯水体系>16 h)缩短至17.5 min,水合物溶液最为均匀,能够实现HCFC-141b水合物快速成核目标。     

驱动力对瓦斯气体水合物成核诱导时间的影响

为探寻多组分瓦斯混合气体水合物成核分布规律,依据Sloan水合物相平衡软件计算驱动力,运用可视化实验装置开展不同驱动对多组分瓦斯混合气体水合物成核诱导时间的影响。当多组分瓦斯混合气体G,和G,分别在20、18和16℃的温度时,测定瓦斯水合物的成核诱导时间。结果表明：多组分瓦斯混合气水合物生成的诱导时间随反应体系驱动力的增大而缩短,且呈指数趋势减小;多组分瓦斯混合气中重烃的含量会影响水合物的含气量,且在相同的实验条件下混合气中的重烃含量越高,水合物的含气量越高;多组分瓦斯混合气水合物诱导时间还受到气体组分浓度的影响,其中重烃的浓度越高,水合物生成的诱导时间就越短。驱动力的变化对重烃含量较高的混合气水合物生成诱导时间影响较小。     

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.     

氯化钠和酪氨酸增强PVP抑制水合物的性能

油气输送管道在一定条件下会形成水合物,可能导致灾难性的后果,通过注入动力学抑制剂,可以延迟水合物的形成。在11.7 MPa和293.1 K条件下,向高压反应釜内注入混合气体(甲烷、乙烷和丙烷),实验研究NaCl和酪氨酸(L-tyrosine)对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)抑制水合物性能的影响。通过测量水合物的成核温度、诱导时间和耗气量,评判NaCl和L-tyrosine对PVP抑制水合物的效果。实验结果表明:添加1%(质量分数,下同)的PVP后,水合物的成核温度为282.7 K,诱导时间为45 min,耗气量为5.96×10~(-2)mol;然而,添加0.25%NaCl、0.25%L-tyrosine与0.5%PVP组合抑制剂后,水合物的成核温度为281.7 K,诱导时间为65 min,耗气量为5.19×10~(-2)mol,比蒸馏水系统的气体消耗量减少了约27%。因此,NaCl和L-tyrosine能明显提高PVP抑制水合物的效果。     

四丁基溴化铵水合物的生成-分解特性

对四丁基溴化铵(TBAB)水溶液与柴油形成的油包水乳状液中的水合物生成-分解特性进行实验研究,考察水合物的悬浮液混输。结果表明:四丁基溴化铵水溶液分散到柴油中形成油包水乳状液以后,相对于TBAB+水体系,生成水合物所需的温度降低,反应时间延长,能形成较稳定的水合物悬浮液;在相同的剪切速率下,TBAB水合物悬浮液的表观黏度明显大于对应的油包水乳状液的表观黏度,并且TBAB水合物颗粒体积分数越大,悬浮液的表观黏度越大,非牛顿流体的特性越明显;温度升高时,TBAB水合物在油包水乳状液中迅速分解,由固体颗粒融化成为液体,在此过程中对油包水乳状液具有明显的破乳作用,导致TBAB水合物在柴油中的悬浮液与水滴在柴油中形成的油包水乳状液的复合体系稳定性下降。     

液化条件下多孔介质中CO2水合物的生成特性

基于水合物法的二氧化碳气体地层封存和固化技术是实现温室气体减排的有效方法之一。进行液化条件下多孔介质水合物的生成过程及其生成特性研究,有助于进一步丰富不同相态CO2的地层存储规律。为此,利用气体水合物生成与分解模拟实验装置研究了粒径分别为24目、32目、40目和60目四种不同的石英砂体系中多孔介质水合物的生 成过程,实验温度选定276.5 K,初始压力为4.85 MPa。结果表明：在液化条件下,水合物生成的诱导时间随多孔介质粒径的减小而缩短,并且当粒径减小到40目附近时,诱导时间将急剧减小,与32目的石英砂体系相比,此时诱导时间明显缩短超过2/3;多孔介质对水合物生成速率和储气量的影响较为显著且存在一临界粒径尺寸,在40目的石英砂介质中,液化条件下水合物的最大生成速率和储气量分别达到了12.35×10-4 mol/h 和30.599 L/L。     

分子动力学模拟研究ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的影响

为了揭示ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的微观影响机理,通过分子动力学模拟方法研究了有/无ZIF-8颗粒体系中的甲烷水合物成核及生长过程。结果表明：ZIF-8颗粒的加入会影响甲烷水合物的成核及生长动力学,加速或减缓水合物的成核及生长过程。ZIF-8不同的加入量对水合物形成动力学亦有着不同的影响作用。其中,加入少量的ZIF-8颗粒可在不降低水溶液中甲烷过饱和度的情况下,通过加速甲烷分子在水溶液中的运移及水分子的组装行为,促进水合物前驱体及闭合笼状结构的形成,推动水合物的快速成核及生长。当加入的ZIF-8颗粒达到一定浓度时会在短时间内吸引更多的甲烷分子从水溶液中逃离出来并在其表面聚集成纳米气泡,致使水溶液中的甲烷浓度降低、水合物形成驱动力下降,最终导致水合物的形成过程被明显地抑制。     

水合物合成喷雾强化机理研究

针对目前水合物合成过程中受混合均匀程度及搅拌热负面效应等因素影响而导致水合物成核、生长缓慢的问题。应用新型喷雾强化合成技术并对雾化系统中水合物生长机理进行了研究。结果表明：雾化方式提供了疑优的气液传质条件,促使成核现象在整个液相范围内发生,同时有效克服了常规搅拌方式下所生成水合物阻碍气液接触的弊端。与常规搅拌方式相比。极大的加快了溶解、成核及生长过程,其整体反应速度提高了一倍以上,最终含气量也显著提高。