發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 03:58

【摘要】：水合物法運(yùn)輸天然氣是一種新型的天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù),具有容量大、環(huán)保、儲(chǔ)運(yùn)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。但是水合物法儲(chǔ)運(yùn)天然氣仍然停留在實(shí)驗(yàn)室階段,阻礙其工業(yè)化應(yīng)用的主要原因有:水合物生成較為緩慢、能耗高、生成的水合物移除困難等。水合物的生成過(guò)程主要受兩方面的因素影響,一方面是水合過(guò)程中的氣液傳質(zhì)速率,另一方面是如何快速導(dǎo)出反應(yīng)過(guò)程的熱。通常采用物理方式或在液體中加入添加劑SDS、TBAB、THF、CP等來(lái)提高擴(kuò)散速率。撞擊流技術(shù)是近幾十年來(lái)強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的新方法,相比傳統(tǒng)的攪拌、噴淋、鼓泡等機(jī)械方法,撞擊流技術(shù)能有效的強(qiáng)化多相間熱量和質(zhì)量的傳遞,已成功應(yīng)用于多種化工單元過(guò)程。本文在原實(shí)驗(yàn)室裝置的基礎(chǔ)上改進(jìn)了一臺(tái)垂直液體連續(xù)相撞擊流水合反應(yīng)器,通過(guò)將撞擊流技術(shù)應(yīng)用于甲烷水合物的生成領(lǐng)域,考察了液體連續(xù)相撞擊流反應(yīng)器內(nèi)甲烷水合物生成特性,通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀采集得到純水和SDS兩種體系水合物生成過(guò)程中反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力的變化,分析了甲烷水合反應(yīng)在兩種體系下的耗氣量、水合反應(yīng)速率常數(shù)以及空速等動(dòng)力學(xué)參數(shù),為撞擊流技術(shù)在水合物生成領(lǐng)域的應(yīng)用提供技術(shù)參考,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究取得以下成果:(1)考察了兩種體系不同溫度下,甲烷水合物生成過(guò)程中壓力隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明,純水體系(溫度大于0℃)的條件下溫度對(duì)水合過(guò)程的影響在反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)壓力差值變化范圍為0.01~0.1 MPa左右,而SDS(溫度大于4℃)體系下壓力變化范圍為0.01~0.1 MPa左右。(2)考察了兩種體系不同初始?jí)毫ο?甲烷水合物的生成特性。結(jié)果表明,隨著初始?jí)毫Φ脑黾?純水體系下反應(yīng)釜內(nèi)壓力緩慢降低,而在添加劑體系下壓力迅速降低。兩種體系下耗氣量和水合反應(yīng)速率常數(shù)均隨初始?jí)毫Φ脑黾佣黾印＜兯w系下,隨著初始?jí)毫Φ脑龃?4.5~9.0 MPa),水合反應(yīng)速率常數(shù)由2.73×10~(-8) mol~2/(s·J)增大到5.28×10~(-8) mol~2/(s·J)。而在SDS存在時(shí),隨著初始?jí)毫Φ脑龃?3.5~6.5 MPa),甲烷水合反應(yīng)速率常數(shù)由2.41×10~(-8) mol~2/(s·J)增大到4.29×10~(-8) mol~2/(s·J)。(3)考察了兩種體系不同撞擊強(qiáng)度條件下,甲烷水合物的生成特性。結(jié)果表明隨著撞擊強(qiáng)度的增大,系統(tǒng)壓力變化曲線的斜率越來(lái)越大,通過(guò)對(duì)比兩種體系可以發(fā)現(xiàn)SDS的加入極大地促進(jìn)了水合物的形成過(guò)程。與純水相比,添加SDS系統(tǒng)即使在撞擊強(qiáng)度較小情況下也能較好的促進(jìn)水合物的形成。純水體系下耗氣量隨著撞擊強(qiáng)度的增大而增大,而添加劑體系下耗氣量隨撞擊強(qiáng)度先增大后減小。純水體系下水合反應(yīng)速率常數(shù)先增大后降低,最大值為3.68×10~(-8) mol~2/(s·J),而添加劑體系下水合反應(yīng)速率常數(shù)隨撞擊強(qiáng)度的增大而增大,最大值為4.61×10~(-8) mol~2/(s·J)。(4)SDS的最佳濃度為600 mg/L,此時(shí)的誘導(dǎo)時(shí)間最短為59 min,轉(zhuǎn)速為600r/min(撞擊強(qiáng)度為0.21)。(5)實(shí)驗(yàn)計(jì)算出純水和添加劑體系不同初始?jí)毫l件下甲烷水合物生成過(guò)程的活化能Ea范圍分別為14.26~16.8 kJ/mol和19.30~30.26 kJ/mol。甲烷水合物在純水體系中是通過(guò)擴(kuò)散控制,而在SDS體系中是既有擴(kuò)散控制又有表面反應(yīng)控制。
【圖文】：

圖 2.1 經(jīng)典水合物的形成過(guò)程ammerschmidt[1]首次指出在水合生成過(guò)程中存在著一段誘導(dǎo)時(shí)間，誘導(dǎo)合物晶核處于形成時(shí)期，在水合物晶核形成動(dòng)作完成后緊接著就是晶階段。誘導(dǎo)期受推動(dòng)力大小影響較大，在推動(dòng)力較小時(shí)，誘導(dǎo)期會(huì)出不確定性；增大推動(dòng)力，水合物的成核將趨于穩(wěn)定和可預(yù)測(cè)性，誘導(dǎo)性將會(huì)大大降低。成核事件的隨機(jī)性表明即使在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，事件都是不可重復(fù)的。對(duì)水合物成核過(guò)程，，有多種水合物成核模型來(lái)解釋成核機(jī)理，目前對(duì)成核的機(jī)理，目前主要有 4 種假說(shuō)。這 4 種假說(shuō)分別為：成簇成核機(jī)核機(jī)理，局部成核機(jī)理，雙膜過(guò)程水合物成核模型[19-29]。四種成核模述了水合物晶核的形成原理，雖然關(guān)于成核模型的機(jī)理的假說(shuō)有很多合物的成核機(jī)理仍然沒(méi)有形成一致的定論。隨著人們對(duì)于水合物的研及將來(lái)新技術(shù)在水合物的應(yīng)用，對(duì)水合物的成核機(jī)理將會(huì)得到進(jìn)一步善。

upur=up-(-ua)=up+ua撞 擊 面氣體+顆粒加速管加速管氣體+圖 2.3 撞擊流原理圖[8]主要是指添加添加劑來(lái)促進(jìn)水合物的快速生成，在面活性劑，能夠有效地降低氣-液界面張力，降低了相分子在溶液中的溶解度。因此，氣液接觸面積增大，而縮短誘導(dǎo)時(shí)間，提高氣體水合物的生成效率。劑十二烷基硫酸鈉(SDS)，單獨(dú)或和其他物質(zhì)結(jié)合用學(xué)，世界各地眾多研究者都基于 SDS 為基礎(chǔ)對(duì)此進(jìn)行 SDS 在提高水合物形成的動(dòng)力學(xué)具有較好的有效性力學(xué)添加劑十二烷基硫酸鈉（SDS）及其相關(guān)復(fù)配對(duì)DS 分子結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ052.5

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉唯一;陳勇;王淼;張韓靜;;鹽類(lèi)對(duì)甲烷水合物穩(wěn)定性影響研究進(jìn)展[J];巖礦測(cè)試;2018年02期

2 張煒;邵明娟;王銘晗;田黔寧;;全球首次近海甲烷水合物試采:從選址到實(shí)施[J];中國(guó)礦業(yè);2017年02期

3 鄭卓;王秀林;;甲烷水合物生成和分解的實(shí)驗(yàn)研究[J];廣東化工;2016年14期

4 云雨;;深海新能源:甲烷水合物[J];科學(xué)新聞;2002年23期

5 孫志高;焦麗君;趙之貴;王功亮;劉成剛;周波;黃海峰;;含離子液體體系甲烷水合物形成特性實(shí)驗(yàn)研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2013年15期

6 張亮;劉道平;樊燕;鐘棟梁;李剛;;噴霧反應(yīng)器對(duì)生成甲烷水合物的影響[J];吐哈油氣;2009年02期

7 張亮;劉道平;樊燕;鐘棟梁;李剛;;噴霧反應(yīng)器中甲烷水合物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型[J];化學(xué)反應(yīng)工程與工藝;2008年05期

8 伍向陽(yáng);段體玉;楊偉;孫檣;;不同壓力下Ⅰ型甲烷水合物拉曼光譜[J];巖石學(xué)報(bào);2008年01期

9 張亮;劉道平;樊燕;鐘棟梁;李剛;;噴霧反應(yīng)器對(duì)生成甲烷水合物影響研究[J];齊魯石油化工;2008年03期

10 未名;甲烷水合物開(kāi)發(fā)利用研究進(jìn)展[J];環(huán)境污染與防治;2004年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張浩;劉朝;;H型甲烷水合物穩(wěn)定性分子動(dòng)力學(xué)研究[A];高等教育學(xué)會(huì)工程熱物理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第二十一屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——工程熱力學(xué)專(zhuān)輯[C];2015年

2 伍向陽(yáng);段體玉;楊偉;孫檣;;不同壓力下I型甲烷水合物拉曼光譜[A];中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所2008學(xué)術(shù)論文匯編[C];2009年

3 承峰;劉昌嶺;孟慶國(guó);;基于顯微拉曼光譜的甲烷水合物生長(zhǎng)過(guò)程研究[A];第十七屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議摘要文集[C];2013年

4 戴春山;龔建明;;甲烷水合物資源評(píng)價(jià)技術(shù)探討[A];2001年全國(guó)沉積學(xué)大會(huì)摘要論文集[C];2001年

5 業(yè)渝光;劉昌嶺;張劍;刁少波;;甲烷水合物實(shí)驗(yàn)合成的初步研究[A];海洋地質(zhì)環(huán)境與資源學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要匯編[C];2003年

6 吳保祥;段毅;雷懷彥;張輝;;水+沉積物體系中甲烷水合物的填充率[A];第十屆全國(guó)有機(jī)地球化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要匯編[C];2005年

7 彭超;耿建華;;海洋甲烷水合物形成動(dòng)力過(guò)程模擬方程及計(jì)算方法[A];中國(guó)地球物理第二十一屆年會(huì)論文集[C];2005年

8 穆德富;祁影霞;;熱激勵(lì)的二氧化碳置換甲烷水合物的實(shí)驗(yàn)研究[A];上海市制冷學(xué)會(huì)2015年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2015年

9 宋天銳;;關(guān)于巖古鉀肥、古—新地震和人造甲烷水合物的思維啟迪[A];2001年全國(guó)沉積學(xué)大會(huì)摘要論文集[C];2001年

10 曹品強(qiáng);寧伏龍;吳建洋;方彬;;甲烷水合物蠕變行為的分子機(jī)制[A];2018年全國(guó)固體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集（上）[C];2018年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 王林;日本50家公司“抱團(tuán)”支持可燃冰商業(yè)化[N];中國(guó)能源報(bào);2017年

2 張煒 邵明娟 田黔寧;日本即將實(shí)施第二次近海甲烷水合物試采[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2017年

3 邵明娟;緊跟國(guó)際進(jìn)展 提高服務(wù)能力[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2017年

4 張煒;日本未來(lái)甲烷水合物產(chǎn)業(yè)化路線圖確定[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2017年

5 愛(ài)古;甲烷水合物引發(fā)能源革命？[N];市場(chǎng)報(bào);2003年

6 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心 石宏仁　唐金榮;美國(guó)的甲烷水合物開(kāi)發(fā)計(jì)劃[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2010年

7 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心 石宏仁　唐金榮;美國(guó)甲烷水合物開(kāi)發(fā)計(jì)劃透視[N];中國(guó)國(guó)土資源報(bào);2010年

8 高喬孝介美國(guó)《簡(jiǎn)氏防務(wù)周刊》駐日本特約作者、駐東京記者 本報(bào)編譯 向平;“可燃冰”是日本能源救星嗎?[N];世界報(bào);2009年

9 ;日本要開(kāi)發(fā)海底能源[N];新華每日電訊;2003年

10 愛(ài)古;甲烷水合物：一種新的替代能源[N];中國(guó)電力報(bào);2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 黃盈盈;甲烷水合物和超低密度冰的新相研究[D];大連理工大學(xué);2018年

2 吳祥恩;含抑制劑體系甲烷水合物形成動(dòng)力學(xué)的拉曼光譜研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2018年

3 張蕾;基于能量的分塊方法在水/水合物和多肽中的應(yīng)用[D];南京大學(xué);2017年

4 宋小飛;正十四烷相變強(qiáng)化傳熱下甲烷水合物生成和分解過(guò)程研究[D];天津大學(xué);2016年

5 楊明軍;原位條件下水合物形成與分解研究[D];大連理工大學(xué);2010年

6 唐現(xiàn)瓊;低維碳材料在微納圖案表面包覆及促進(jìn)甲烷水合物解離的分子模擬研究[D];湘潭大學(xué);2015年

7 陳超;油包水乳液中甲烷水合物形成動(dòng)力學(xué)研究[D];天津大學(xué);2015年

8 周青;蒙脫石層間域微結(jié)構(gòu)及其吸附有機(jī)物的分子模擬[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(廣州地球化學(xué)研究所);2015年

9 唐玲麗;基于拓?fù)渌惴ǖ膱F(tuán)簇結(jié)構(gòu)全局搜索[D];大連理工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 謝庚彪;撞擊流反應(yīng)器內(nèi)甲烷水合物生成動(dòng)力學(xué)研究[D];鄭州大學(xué);2019年

2 彭林;無(wú)機(jī)鹽存在下甲烷水合物分解規(guī)律研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2017年

3 吳琪;互層型甲烷水合物沉積物力學(xué)特性研究[D];大連理工大學(xué);2018年

4 孫曉亮;化學(xué)助劑對(duì)甲烷水合物分解影響的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D];中國(guó)石油大學(xué)（北京）;2017年

5 唐啟忠;sⅠ型甲烷水合物微觀構(gòu)型與力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)研究[D];重慶大學(xué);2018年

6 何雙毅;面向天然氣固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的甲烷水合物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性研究[D];重慶大學(xué);2014年

7 付U

本文編號(hào)：2708971