低浓度瓦斯水合物生成动力学及促进剂实验研究

论文摘要

低浓度瓦斯安全输送和利用技术缺乏等因素限制了矿井瓦斯抽采利用,造成了环境污染和资源浪费,水合物技术为充分利用瓦斯资源提供了新的尝试。瓦斯水合固化储运技术工业化的关键是水合物的快速稳定生成,因此对低浓度瓦斯水合物生成动力学及其促进剂研究具有非常重要的意义。本文利用可视化水合物装置,首先进行了低浓度瓦斯在纯水中水合物生成动力学的3组实验,结果表明在无促进剂的静止体系中,水合物诱导时间较长,水合物诱导时间长达700min,且水合物生长极其缓慢。进而研究了添加SDS的9组实验体系中低浓度瓦斯水合物生成动力学实验,结果发现SDS显著缩短了水合物生成宏观诱导时间,提高了水合物生长速率,诱导时间最短为30min,生长速率最大可达3.395×10-5m3·h-1。接着研究了添加THF的9组实验体系及其与SDS复配的3组实验体系中低浓度瓦斯水合物生成动力学实验,结果表明THF改善了低浓度瓦斯水合物生成热力学参数,缩短了水合物生成的宏观诱导时间,加快了水合物生长速率,水合物生成诱导时间最短仅为14 min,最快生长速率为2.847×10-5m3·h-1。THF-SDS复配体系中水合物生成诱导时间最短为31 min,水合物的生长速率比同比浓度的单一促进剂中水合物的生长速率大。本文针对促进剂对低浓度瓦斯水合物生成动力学的影响,共进行了24组实验,获得了大量的实验数据和图像资料,得到了SDS、THF和THF-SDS促进剂体系对低浓度瓦斯水合物生成动力学的影响规律,为瓦斯固化储运在技术上实现工业化应用奠定了基础。该论文有图39幅,表11个,参考文献82篇。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 目的和意义
• 1.3 主要研究内容及特色
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究特色
• 1.4 文章结构
• 2 文献综述
• 2.1 气体水合物概述
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 结构特征
• 2.1.3 物化性质
• 2.2 水合物生成动力学研究进展
• 2.3 促进剂对瓦斯水合物影响研究进展
• 2.4 本章小结
• 3 理论基础
• 3.1 水合物生成动力学理论
• 3.1.1 诱导时间
• 3.1.2 晶体成核
• 3.1.3 晶体生长
• 3.2 表面活性剂对水合物生成影响
• 3.2.1 表面活性剂概述
• 3.2.2 表面活性剂对水合物成核阶段的影响
• 3.2.3 表面活性剂对水合物生长速率的改善
• 3.2.4 表面活性剂作用下水合物生成诱导时间模型
• 3.3 本章小结
• 4 瓦斯水合物生成动力学实验系统
• 4.1 实验系统
• 4.1.1 可视高压反应釜
• 4.1.2 温度调控与测定系统
• 4.1.3 压力调控与测定系统
• 4.1.4 数字图像摄录系统
• 4.1.5 实验数据采集系统
• 4.1.6 气相色谱分析系统
• 4.1.7 实验装置的特点
• 4.2 实验材料
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 实验原理
• 4.3.2 实验过程
• 4.3.3 水合分离气相和水合物相组分测定
• 4.4 本章小结
• 5 SDS 溶液中低浓度瓦斯水合物生成动力学实验
• 5.1 低浓度瓦斯水合物在纯水中生成动力学实验
• 5.1.1 实验体系概述
• 5.1.2 实验结果与分析
• 5.1.3 结论
• 5.2 低浓度瓦斯水合物在SDS 溶液中生成动力学实验
• 5.2.1 实验体系概述
• 5.2.2 实验结果与分析
• 5.2.3 结论
• 5.3 本章小结
• 6 低浓度瓦斯水合物在THF 及其复配溶液中生成动力学实验
• 6.1 低浓度瓦斯水合物在THF 溶液中生成动力学实验
• 6.1.1 实验体系概述
• 6.1.2 实验结果与分析
• 6.1.3 结论
• 6.2 瓦斯水合物在 THF-SDS 复配溶液中生成动力学实验
• 6.2.1 实验体系概述
• 6.2.2 实验结果与分析
• 6.2.3 结论
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集