悬垂水滴表面形成天然气水合物的特性研究

《悬垂水滴表面形成天然气水合物的特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学兔兔www.xuetutu.com石油与天然气化工CHEMlCALENGINEERINGOFOIL&GAS悬垂水滴表面形成天然气水合物的特性研究郭丹芳刘道平张亮李刚钟栋梁(上海理工大学能源与动力工程学院)摘要基于静止悬垂水滴合成气体水合物高压可视化实验装置，分析探讨了系统压力、温度、水源等因素对形成气体水合物的生长特性的影响与作用机理。研究结果表明：气相压力越高，水合驱动力越大，水滴表面水合物颗粒成核时间越短；气相温度越低，反应过冷度越大，水合物颗粒成核时间越短，利于水合反应；与纯净水、蒸馏水相比，冰融化后的蒸馏水生成水合物时间较短，作

2、为水合反应的客体水源较好。本实验基于水合物的喷雾法制备，实现了水合物研究从宏观领域到微观领域的迈进。关键词天然气水合物水滴生长特性诱导时间DOI：l0．3969／j．issn．1007—3426．20lo．01．003天然气水合物简称NGH(NaturalGasHy—90．1甲烷一9．9丙烷混合物研究了水合物在水滴drate)，是指由水和甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁表面的形成形态和分解形态；Taylorl1。等使用显微烷、氮气、二氧化碳以及硫化氢等分子在一定的温度摄像技术结合耗气量测量研究了烃一水界面上环戊和压力条件下所形成的结晶状笼形

3、化合物l_1]。该水烷和甲烷水合物膜的生长动力学。但是水合物研究合物储气密度大，1m。的天然气水合物可以储存标处在宏观阶段，对于气体水合物生成机理尚处在摸准状态下150m。～180m。的天然气，同时具有制备索阶段，其微观形成机理需要深入研究。本实验基简单、性能稳定、储存安全等特点]，利于天然气储于水滴水合物实验台，为研究反应釜中静止悬垂水运。滴形成水合物的特点，通过客体气体与液态水滴的目前源于水合物储运良好的应用前景，水合物水合反应，从微观方面着手，寻找影响水合物形成的生长动力学研究El益受到各国水合物研究机构的重主要因素，通过分析对比，

4、主要从压力、温度、水源这视。Vysniauskas、Bishnoi_3'、Englezos[、Dholab—三个影响因素出发，分析不同影响因素对水合物的hail6]、Skovborg和Rasmussen等研究了宏观条生长形态、诱导时问、反应速率的影响，从而探讨水件下水合物的生成机理和经验模型。随着研究的深合物形成机理，力求找到快速合成水合物的途径。人，对气体水合物生长机理的探索逐渐从宏观走向1实验装置和实验步骤微观。Sugaya和Mori[8使用高速显微摄像机研究1．1实验装置了制冷剂(CF。CHzF和CC1FCH。)生成水合物的过实验采

5、用本实验室自行设计搭建的可视化悬垂程；Servio和Englezosl_g。_研究了浸在新已烷中的水滴水合物实验台_】，如图1所示。该装置由高压水滴形成H型气体水合物的生长形态以及甲烷水反应釜、水滴控制系统、气体供给系统、温度控制系合物在水滴表面的形成过程；Ohmurac“研究了部统、CCD显微摄像系统、数据采集系统等组成。分暴露在甲烷气体中、部分浸入大分子客体物质的不锈钢高压反应釜设计压力为10MPa，可视化水滴表面H型水合物的形成与生长；LeeE在实验结构，视镜为耐压光学玻璃；水滴控制系统由手动高装置中使用89．4甲烷一10．6乙烷混

6、合物、*基金项目：上海市重点学科建设项目资助($30503)。学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com石油与天然气化工CHEMlCALENGlNEER}NGOFOIL&GAS变化，见图2(f)，整个过程水合物膜表面细腻、光滑。图3记录了高驱动力条件：T===274．1K，P一6．3MPa时的实验过程。实验进行到约119rain时，水合物膜突然从悬挂管边缘出现，并快速生长，见图3(a)(b)；20S后水滴表面几乎被水合物膜包裹，见图3(c)，但水合物膜从上向下全面生长，出现的水合物壳比较光滑。30S后，水合物

7、壳完全将水滴覆盖，并且在水合物壳的中部出现多颗水合物晶2．2温度对水合物形成的影响粒。随着反应的进行，在水滴左边局部出现枝状晶本文的实验温度范围为273．6K～275．1K，实体，2h后，水合物枝越长越茂盛，并且蔓延到整个验压力为6MPa，实验温度在冰点以上，可以排除悬水滴，直至整个水滴转化为水合物枝状晶体，见图3垂水滴表面结冰，保证观察到的晶体为天然气水合(e)(f)物晶体。T一273．6K和T一275．1K时，水合物的生长形态分别如图5、图6所示。豳豳蹑嘲(a)0s(b)45S(c)60S(d)2mi13(e)3minff)60min

8、阀豳一图2P=-4．8MPa的水合物的生长形态(T=-2741K．／>=-4．8MPa)(a)0S(b)8S(c)15S(d)4SS(e)10min(f)1o11图5T=-273．6K的水合物