高密度和可逆水合物储甲烷技术

【摘要】：水合物技术是一种新型天然气储运方式。当前水合物储气存在储气密度较小、储气材料不可逆等问题，制约了水合物储气的工业应用。针对上述问题，本文提出了一系列提高水合物储气密度及可逆性的方法。 论文首先在300mL不锈钢高压反应釜研究了不同条件下木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠等阴离子表面活性剂溶液储气密度及速度。初始压力8.3MPa、水浴温度273.2K时，0.5wt%木质素磺酸钠溶液在进气过程中压力还未达到目标压力时水合反应已开始，30min水合储气量为180.7VC H4/VH2O，二次水合最终储气量高达204.1 。向0.03wt%十二烷基硫酸钠溶液中引入不同金属填料（泡沫铜和不锈钢鲍尔环），初始压力8.3MPa、水浴温度273.2K时，当加入的鲍尔环与水质量比R=1:5，水合诱导时间由5.7min缩短至5.0min，30.0min内储气量由156.9提高至176.4。木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠等阴离子表面活性剂具有一定的润湿、产生细微泡沫、降低表面张力、增大气体溶解度等活性，加入水合体系后有利于增大气水接触面积、提高气液传质速率，水合体系诱导时间缩短、储气密度增大。引入金属填料能快速移除水合过程产生的热量，提高水合速率。 其后，采用同一实验装置考察了水凝胶聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯（pHEMA）和干水系列水合储甲烷的可逆性。初始压力7.5MPa、水浴温度273.2K时，pHEMA-20水合-分解循环11次过程中储气量一直维持110.0左右。pHEMA-20在水合-分解过程中三维网络结构不变，孔道依然畅通，水合储气可逆性良好。随后向干水中加入pHEMA进行改性。在初始压力7.5MPa、水浴温度273.2K下，干水三次水合循环储气量依次为178.0、78.2、20.5，凝胶干水四次水合循环储气量依次为137.5、101.5、75.9、45.3。与干水相比，凝胶干水初次水合储气量略有下降，但其可逆储气性能得到极大提高。凝胶干水中的pHEMA在水合物生成-分解过程中起固水和支撑作用，延缓了干水的“硅包水”结构被破坏，使其依然保持较好分散性。 最后，在5.3L定容式反应釜中进行了pHEMA-20和干水系列等的水合储气试验。pHEMA-20五次水合储气量依次是86.9、73.1、58.1、55.8、48.1VC H4/VH2O，储气量衰减较为缓慢；干水储气量由第一次的100降至第二次的11.7，说明其在水合-分解过程中很不稳定，高比表面积的结构在反应时极易破坏；凝胶干水八次循环储气量依次为159.9、70.8、72.7、62.4、56.5、48.8、41.9、53.8，展现了良好的可逆储气性能。 【关键词】：甲烷水合物 木质素磺酸钠 泡沫铜/鲍尔环 凝胶干水 可逆储气
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE82
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 气体水合物11-16
• 1.1.1 水合物的组成和结构12-15
• 1.1.2 水合物的性质15-16
• 1.2 水合物储气16-30
• 1.2.1 热力学强化技术18-23
• 1.2.2 动力学强化技术23-24
• 1.2.3 传热强化技术24-25
• 1.2.4 可逆技术25-30
• 1.3 选题依据及研究内容30-31
• 第二章 实验部分31-40
• 2.1 实验材料31-32
• 2.2 实验装置32-36
• 2.2.1 合成 pHEMA 仪器32-33
• 2.2.2 制备干水及凝胶干水装置33
• 2.2.3 水合装置33-36
• 2.3 实验步骤36-40
• 2.3.1 pHEMA 的合成36-37
• 2.3.2 干水及凝胶干水的制备37-38
• 2.3.3 THF 溶液水合实验38
• 2.3.4 水合储气实验38-40
• 第三章 高密度水合储甲烷研究40-59
• 3.1 木质素磺酸钠溶液水合储甲烷42-52
• 3.1.1 木质素磺酸钠对 THF 溶液水合影响42-48
• 3.1.2 木质素磺酸钠对甲烷水合影响48-52
• 3.2 SDS 溶液+不同填料水合储甲烷52-57
• 3.2.1 SDS 溶液不同初始压力储气过程比较53-55
• 3.2.2 SDS 溶液+泡沫铜不同初始压力储气过程比较55-56
• 3.2.3 SDS 溶液+鲍尔环不同初始压力储气过程比较56-57
• 3.2.4 初始压力 8.3 MPa 不同体系储气过程比较57
• 3.3 本章小结57-59
• 第四章 可逆水合储甲烷研究59-80
• 4.1 pHEMA 可逆水合储甲烷59-63
• 4.1.1 pHEMA-30 水合储甲烷60-61
• 4.1.2 pHEMA-20 水合储甲烷61-63
• 4.2 凝胶干水可逆水合储甲烷63-67
• 4.3 不同体系在 5.3 L Buchi 反应釜水合储气研究67-79
• 4.3.1 SDS 溶液水合储气67-69
• 4.3.2 pHEMA-20 水合储气69-72
• 4.3.3 干水水合储气72-74
• 4.3.4 凝胶干水水合储气74-79
• 4.4 本章小结79-80
• 结论80-81
• 参考文献81-90
• 致谢90-91
• 答辩委员会对论文的评定意见91

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