氣液系統(tǒng)氣體水合物生成驅(qū)動(dòng)力初步研究.pdf

1、氣體水合物技術(shù)在天然氣水合物開(kāi)采、蓄冷、二氧化碳分離及深海儲(chǔ)藏、氣體儲(chǔ)運(yùn)、海水淡化等領(lǐng)域具有潛在的廣闊應(yīng)用前景。氣體水合物技術(shù)的應(yīng)用與氣體水合物生成驅(qū)動(dòng)力、生成速率、生成過(guò)程等生成動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題密切相關(guān)。目前，國(guó)內(nèi)外氣體水合物生成動(dòng)力學(xué)的研究尚處于初級(jí)階段，氣體水合物生成過(guò)程中生成驅(qū)動(dòng)力存在許多爭(zhēng)議。本文在分析與比較前人氣體水合物生成驅(qū)動(dòng)力公式的基礎(chǔ)上，選擇摩爾吉布斯自由能變△g表征氣體水合物生成驅(qū)動(dòng)力，并對(duì)氣體水合物生成過(guò)程中生成驅(qū)動(dòng)

2、力做了初步研究，具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 (1)通過(guò)計(jì)算等溫條件下純水中純組分氣體(甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳和硫化氫)的生成驅(qū)動(dòng)力和3.5％NaCl溶液中甲烷和二氧化碳水合物生成驅(qū)動(dòng)力，理論分析二氧化碳置換海底甲烷氣體的動(dòng)力學(xué)可行性，并就壓力、溫度等參數(shù)對(duì)氣體水合物生成驅(qū)動(dòng)力的影響做了定量分析。結(jié)果表明：氣液系統(tǒng)水合反應(yīng)摩爾吉布斯自由能變隨壓力的增大非線性減小，即單位壓力的增加對(duì)生成驅(qū)動(dòng)力的貢獻(xiàn)不一樣，壓力對(duì)甲烷和二氧化

3、碳水合物生成驅(qū)動(dòng)力的影響可分為兩個(gè)階段。
　　 (2)利用自行設(shè)計(jì)的一套可視化實(shí)驗(yàn)裝置觀測(cè)了丙烷水合物在純水、1950ppm十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液、400ppm十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液中的生長(zhǎng)過(guò)程，研究了水合反應(yīng)中壓力、溫度、水合物的生長(zhǎng)厚度、反應(yīng)速率、生成驅(qū)動(dòng)力等參數(shù)變化。通過(guò)對(duì)比純水和表面活性劑溶液中的水合物生成實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有/無(wú)表面活性劑溶液中的水合物生成情況有很大區(qū)別：無(wú)表面活性劑存在時(shí)，水合物首先在兩相界面

4、生成，水合反應(yīng)緩慢且不充分：添加表面活性劑后，水合物生長(zhǎng)速度加快，水合物完全生成。顯然，表面活性劑可以有效的降低水合反應(yīng)物兩相界面張力，減小了氣液界面的比表面積，使氣體分子更容易進(jìn)入液相中，促進(jìn)了氣體水合物的生成。
　　 (3)根據(jù)理論計(jì)算得到的驅(qū)動(dòng)力數(shù)值與實(shí)驗(yàn)所得的水合反應(yīng)速率數(shù)據(jù)，擬合以常數(shù)、冪函數(shù)和雙曲線函數(shù)的線性組合函數(shù)表征的氣液系統(tǒng)水合物生成動(dòng)力學(xué)模型。純水中氣—液界面上水合物層的厚度呈階梯性生長(zhǎng)，水合反應(yīng)速率與驅(qū)動(dòng)力

5、都存在先增長(zhǎng)后保持穩(wěn)定的趨勢(shì)，并且兩者隨著反應(yīng)的進(jìn)行呈常數(shù)、冪函數(shù)和雙曲線函數(shù)的線性組合擬合函數(shù)趨勢(shì)變化。本文認(rèn)為靜態(tài)條件下水合物生長(zhǎng)緩慢且不充分并且水合物在生長(zhǎng)后期存在穩(wěn)定階段的原因取決于鎧甲效應(yīng)、水合反應(yīng)相變熱以及壓力對(duì)一定溫度和容積條件的氣液系統(tǒng)水合物結(jié)晶過(guò)程影響的綜合效果。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)和意義在于：①首次得到以摩爾吉布斯自由能變表征的靜態(tài)條件下氣液系統(tǒng)丙烷水合反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力數(shù)據(jù)；②首次得到了丙烷水合物層生長(zhǎng)過(guò)程中溫度、