本文關(guān)鍵詞：碳納米管、聚氨酯泡沫和新型干水對甲烷水合物生成的強化作用

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【摘要】：水合物技術(shù)現(xiàn)已運用在氣體儲存和運輸、混合氣體分離、空調(diào)蓄冷、污水處理、海水淡化和溶液提濃等工業(yè)領(lǐng)域,但水合物自然形成速率緩慢,極大地限制了水合物技術(shù)的應用,如何強化水合物的生成過程是水合物技術(shù)工業(yè)化的關(guān)鍵。本文在水合物靜態(tài)生成體系中引入了幾種新型材料,采用恒容法研究不同材料對水合物生成過程的強化作用及強化機理,主要研究工作如下:首先,配制了多壁碳納米管-0.03wt%SDS水溶液,研究在不同濃度和氣相壓力下,該混合溶液對水合過程的強化作用。結(jié)果表明,在多壁碳納米管濃度為0.002 wt%~0.04wt%的范圍內(nèi),隨著濃度增大,水合物儲氣量和最大儲氣速率也增大,最大儲氣量為165V/V,最大儲氣速率為12.3 m3·m-3·min-1,t90則減小,最小t90為26.8min。在相同濃度和溫度下,壓力越大,儲氣量和最大儲氣速率越大。其強化作用可以總結(jié)為吸附作用、對傳質(zhì)過程的強化和對傳熱過程的強化。其次,在0.03wt%SDS溶液中引入不同孔徑的聚氨酯泡沫材料,研究孔徑大小對水合過程的影響和聚氨酯泡沫的循環(huán)儲氣性能,以及添加碳納米管溶液后的復合材料對水合過程的強化性能。結(jié)果表明,該材料具有優(yōu)異的循環(huán)儲氣性能,PU-1.0可以實現(xiàn)最高儲氣量179 V/V,PU-2.0可以實現(xiàn)最大的儲氣速率9.7 m3·m-3·min-1。在添加碳納米管溶液提高導熱性能后,復合材料實現(xiàn)了最高儲氣量184 V/V。PU泡沫材料本身疏水、高比表面積的特性和具有連通性良好的孔隙空間的結(jié)構(gòu)特點,可以實現(xiàn)對傳質(zhì)過程的強化。最后,將新型干水引入水合物生成體系發(fā)現(xiàn),銅粉干水的最大儲氣速率比干水樣品的增大了35.69%,但是儲氣量被削弱。冷凍干水可以實現(xiàn)較高的儲氣量148V/V,但是最大儲氣速率比干水降低了43.90%,這是水合物快速生成產(chǎn)生的大量水合熱無法及時移除導致的。銅粉冷凍干水在實現(xiàn)較高儲氣量的同時,對比干水最大儲氣速率提高了48.78%,這是實現(xiàn)了傳熱傳質(zhì)的同時強化的結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：甲烷水合物 生成 強化 多孔介質(zhì)
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ021.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 氣體水合物簡介11-13
• 1.2 氣體水合物的生成13-15
• 1.2.1 氣體水合物成核13-14
• 1.2.2 氣體水合物生長14-15
• 1.3 氣體水合物生成的強化方法15-26
• 1.3.1 機械強化方法16-17
• 1.3.2 化學強化方法17-26
• 1.4 選題依據(jù)及研究內(nèi)容26-28
• 第二章 碳納米管強化甲烷水合物生成的實驗研究28-49
• 2.1 實驗原料及設(shè)備29-31
• 2.1.1 實驗原料及試劑29-30
• 2.1.2 實驗設(shè)備及儀器30-31
• 2.2 實驗步驟31-33
• 2.2.1 碳納米管溶液的制備31-32
• 2.2.2 導熱系數(shù)測定32
• 2.2.3 水合實驗32-33
• 2.3 實驗數(shù)據(jù)處理33-35
• 2.4 實驗結(jié)果與分析35-47
• 2.4.1 碳納米管溶液表征35-37
• 2.4.2 碳納米管溶液的濃度對水合過程的影響37-43
• 2.4.3 壓力對水合過程的影響43-46
• 2.4.4 強化機理分析46-47
• 2.5 本章小結(jié)47-49
• 第三章 聚氨酯泡沫強化甲烷水合物的生成實驗研究49-76
• 3.1 實驗原料及設(shè)備50-52
• 3.1.1 實驗原料及試劑50-51
• 3.1.2 實驗設(shè)備及儀器51-52
• 3.2 實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理52-55
• 3.2.1 聚氨酯泡沫的性能表征52-54
• 3.2.2 水合實驗54-55
• 3.3 實驗結(jié)果與分析55-75
• 3.3.1 聚氨酯泡沫性能表征55-61
• 3.3.2 孔徑對水合過程的影響61-67
• 3.3.3 碳納米管加聚氨酯泡沫實驗67-73
• 3.3.4 循環(huán)儲氣性能評價73-74
• 3.3.5 強化機理分析74-75
• 3.4 本章小結(jié)75-76
• 第四章 新型干水強化甲烷水合物的生成實驗研究76-91
• 4.1 實驗原料及設(shè)備76-78
• 4.1.1 實驗原料及試劑76-77
• 4.1.2 實驗設(shè)備及儀器77-78
• 4.2 實驗步驟78-79
• 4.2.1 新型干水制備和表征78-79
• 4.2.2 水合實驗79
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)處理79
• 4.4 實驗結(jié)果與分析79-90
• 4.4.1 新型干水性能表征79-82
• 4.4.2 水合過程評價82-88
• 4.4.3 強化機理分析88-90
• 4.5 本章小結(jié)90-91
• 結(jié)論91-93
• 參考文獻93-104
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果104-105
• 致謝105-106
• 附件106

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