丙烷气体水合物合成实验的设计与研究
气-液水合反应界面生长实验初步研究
气-液水合反应界面生长实验初步研究摘要：本文在气液系统中进行了丙烷气体与纯水的水合反应实验，通过实验观察了气液界面丙烷水合物厚度的生长情况，在试验中主要观察和研究气体水合物生长过程中的压力、温度、水合物厚度、水合反应速率等重要参数。
实验结果表明：丙烷水合物的厚度生长形式是以梯级形式生长，而并不是线性生长。
研究结果对气体水合物技术的工业应用具有重大指导意义。
关键词：水合反应；气体水合物；实验；界面；引言由于气体水合物技术所具有的极大的工业应用前景以及天然气水合物矿规模化的发现，越来越多的学者已关注对气体水合物的研究[1-5]。
在对气体与水的界面反应实验研究中在静态条件下，无搅拌及无表面活性剂的气体水合物自然生成速率缓慢这一技术瓶颈，也很大程度上影响了气体水合物技术的工业化应用。
所以探寻静态条件下气体水合物的生长规律具有极为重要的工业意义。
孙长宇、马昌峰、陈光进学者[6,7]测定了水中悬浮气泡表面上甲烷水合物、二氧化碳水合物、乙烯水合物生长速度，考察了压力和温度对其水合物膜生长的影响。
Lars Jensen等[8]研究了有添加剂和无添加剂以及在不同搅拌速率的各种条件下的丙烷水合物生成情况，研究结果表明，高速率的搅拌可以明显缩短水合物诱导时间，增大生成速率，而低速率的搅拌则增加了水合物的诱导时间。
李刚，李小森等[9] 分别以0.49K/h和1.62K/h的两种不同的降温速度也对水合膜的生长过程进行了实验研究。
1水合反应实验为了能更好的观察到气液系统中气体水合物生成的完整过程及水合反应的现象，自行设计了一套可视化实验装置。
通过此实验装置，可以直接观察到反应釜内的相态变化、观察到气体水合物的生长过程。
1.1试验方法由于温度、压力、搅拌的速率、气体组分以及水的状态等诸多因素都会影响气体水合物的生成，而且改变任何一个或多个影响因素都会影响水合反应。
本实验以丙烷气体的水合反应为例，在其他条件不变的情况下，只改变一个因素，即压力，观察研究等温条件下加压后丙烷在纯水中的气体水合物生长过程。
气体水合物的生成_测定和应用
气体水合物的生成、测定和应用赵炳超 马沛生*(天津大学化工系 300072)摘要:对气体水合物的微观结构进行了详细的分析,阐述了气体水合物的实验测定方法以及它在工业上的应用。
关键词:气体水合物 相平衡 实验测定0 引言1811年,Davy H 发现,当氯水溶液冷却到9.0℃以下时,溶液中将有一种固体物质析出。
Faraday通过实验证实了这种固体物质的图1 丙烷水合物生成示意图存在。
并提出这种固体化合物中m (Cl 2)/m (H 2O)的摩比近似为1∶10。
现在已发现有几十种物质能和水生成非化学计量的固体化合物。
这种固体化合物被称作“笼形水合物”,也被称作“气体水合物”。
其中可生成气体水合物的典型物质包括:甲烷、乙烷、丙烷、CO 2和H 2S 。
如图1所示,容器中装有水和丙烷,可以通过改变温度和压力使溶液中生成水合物晶体。
1 气体水合物的结构气体水合物是一类特殊的包含化合物。
该类物质的结构中主要有两类分子。
其中一类分子通过化学键的连接形成一个笼状结构,该类分子被称为主体分子。
另一类分子则被包含在主体分子所形成的笼状结构中,称为客体分子。
根据这两类分子所形成的空间结构的不同可分为笼状包含化合物、通道形包含化合物和*通讯联系人 43:821～83422 Shu G r andjean ,et al .,Canad .J .Chem .Eng .,1991,69(10):1036～1060Progress in research of catalytic Pd -based membrane reactorsL i X uehui W ang L ef uH uang Zhongtao(Department o f Chemical Engineering,So uth China Univer sity of T echnolo gy ,Guang zhou 510641)The separation and reaction pro perties of palladium -based m em br anes and preparation metho ds o f the membranes are described in detail .Tw o kinds of palladium -based m em -brane reactor models and their applications in hy dro genation,dehy dro genation and hydro -gen transfer reactions are introduced .T he de-velopm ent pro spects of palladium -based membrane reactors ar e also out-looked in this paper.Key words :palladium ,membrane reac-to r,preparation45第3期 赵炳超等:气体水合物的生成、测定和应用 层形包含化合物[7,8]。
水合物法分离合成气实验研究
丙烷气体水合物合成实验的设计与研究
拧 紧 ；将 温度 、压 力传 感器 、数 据采 集仪 与 电脑 连 接好 。 打开 丙烷 气瓶 ，向反应 釜 中充入 丙烷 气体 ，观 察压 力传感 器 读数 ，待 反应 釜 内压强 达 到 ０ ３ＭＰ ． ａ 后 关 闭进气 阀 ，此 时反应 釜 中 的状态 处于 丙烷 水合 物 相平 衡 线 上 方 。为 了保 证 丙 烷 水 合 物 的 充 分 形 成 ，将 反应 釜 在 冷 冻 槽 中放 置 １ ，期 问保 证 冷 ２ｈ 冻 槽 内始终 有冰 块存 在 ，并记 录反 应釜 内温度 与压 强 的变 化 。反 应 期 间 ，反 应 釜 内 的 压 强 会 不 断 下 降 ，直 到恒定 ；温度 在反应 一 段 时间后 会有 一 突然 上 升 （ ４中 ＡＢ） 图 ，随后 出现 平 台 （ ４中 Ｂ ） 图 Ｃ， 而后 再次 下 降至冰 点 （ ４中 Ｃ 。 图 Ｄ） 反应结束后 （ 强不再下 降、温度恢 复至 冰 压 点） ，将反 应釜 内的剩余 气体 排 出 ，打开 反应 釜盖 ， 将 里 面 的固体倒 出置 于表 面皿 中 ，在 通风橱 中点燃 （ ５ 。若 无 法点 燃可 以加入 温 水 ，观 察 是 否有 气 图 ） 泡 冒出 ，如 果生 成 的 白色 固体 可 以点燃 或是 有气 泡 冒出 ，说 明 白色 固体 为丙 烷水 合物 ，否 则为 冰 。
・
７ ・ ８
化
学
教Leabharlann 育 ２１ ０ ０年第 ８期
丙 烷 气 体 水 合 物 合 成 实 验 的 设 计 与 研 究
王 燕鸿 樊栓 狮
（ 华南理工大学 化学与化工学院
郎 雪梅
， 州 ５ ０ ４ ） １ ６ ０
摘要 针对 高 中化学和 大 学化 学 中有 关气体 水合 物 的 内容 ，设计 了丙 烷 气体 水 合物 的教 学实
气体水合物合成研究进展
2024年第14卷第2期油气藏评价与开发PETROLEUM RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT气体水合物合成研究进展吴财芳1,2，高彬1,2，李清3，陈贞龙3（1.中国矿业大学教育部煤层气资源与成藏过程重点实验室，江苏徐州221116；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116；3.中国石化华东油气分公司，江苏南京210000）摘要：水合物法捕集与封存CO 2气体可服务于大规模减排的技术需求，加速“碳中和”目标的实现，对应对气候变化具有重要意义。
从气体水合物的基本性质、生成机理及模型，多孔介质中水合物合成，水合物合成的分子动力学模拟等方面，综述了前人针对水合物合成领域的研究现状，提出了气体水合物合成过程中存在的科学问题，并对气体水合物的发展及煤系地层CO 2水合物的封存方向进行了评价。
研究认为，CO 2气体的溶解度是限制准确计算多孔介质中水合物储气量的关键因素；气体水合物的局部结构化（成核）机制复杂，仍需深入研究；高纬度及永久冻土区煤系地层可作为水合物法封存CO 2气体的地下空间。
关键词：水合物；碳中和；煤基介质；CO 2水合物合成；研究进展中图分类号：TE31文献标识码：AResearch progress of gas hydrate synthesisWU Caifang 1,2,GAO Bin 1,2,LI Qing 3,CHEN Zhenlong 3（1.Key Laboratory of Coalbed Methane Resource &Reservoir Formation Process,Ministry of Education,China University of Mining &Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China;2.School of Resources and Earth Science,China University of Mining &Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China;3.Sinopec East China Oil &Company,Nanjing,Jiangsu 210000,China ）Abstract:The utilization of hydrate-based capture and storage of CO 2presents a promising avenue for substantial emissionsreduction,contributing significantly to achieving carbon neutrality goals and addressing climate change.This paper delves into the foundational aspects of gas hydrates,including their properties,formation mechanisms,and models,as well as hydrate synthesis within porous media and the use of molecular dynamics simulations for understanding hydrate formation.Key challenges identified in the synthesis process of gas hydrates include the limited solubility of CO 2in porous media,which poses a significant hurdle in precisely determining the storage capacity of CO 2hydrates.Additionally,the local structural mechanisms,particularly nucleation processes involved in gas hydrate formation,are highlighted as complex areas that warrant further investigation.The paper also evaluates the potential of coal-bearing strata,especially in high-latitude and permafrost regions,as viable underground repositories for CO 2storage via hydrate formation.This approach not only offers a method for reducing atmospheric CO 2levels but also leverages the unique geological characteristics of these regions to enhance the efficiency and stability of CO 2storage.In summary,while hydrate-based CO 2capture and storage technologies hold considerable promise for climate change mitigation,addressing thescientific and technical challenges identified in this review is crucial for advancing the field and optimizing the efficacy of this storage method.Keywords:hydrate;carbon neutralization;coal-based medium;CO 2hydrate synthesis;research progress引用格式：吴财芳,高彬,李清,等.气体水合物合成研究进展[J].油气藏评价与开发,2024,14（2）:267-276.WU Caifang,GAO Bin,LI Qing,et al.Research progress of gas hydrate synthesis[J].Petroleum Reservoir Evaluation and Development,2024,14（2）:267-276.DOI ：10.13809/32-1825/te.2024.02.012收稿日期：2023-04-28。
气体水合物生成特性实验研究
器 中形成 的诱 导时间， 并使水合物快速形成和生长 ， 高 了水合 物形 成过程 中的填充 密度 。 阴离子 表面 活性剂（ 提 十二烷基硫 酸钠） 对水合物生长的促 进作用 比非离子表面活性剂（ 烷基 多糖苷） 强。液 态烃环戊烷 降低 了水合物形成的诱导 时间， 但环 戊
烷 不能提 高水合 物的填 充密度 。
天 然气 ， 是潜 在 的天 然 气 安全 储 运 方 法 。通 常 情
节器、 数据测量和采集系统等。高压反应器的有效 容积约为 １ ０ 最高工作压力 ２ Ｐ 。恒温水 ０ｃ ， ０ ｍ ０Ｍ ａ 浴的 控 温 范 围 为 （一１ ５～９ ） ， 温 精 度 为 ５℃ 控
４００ ℃ 。质 量 流 量 计 的 流 量 范 围 为 （ －．１ ０～１ Ｌ ）／ ｍｎ 测量 精度 为 ４２ 。反 应釜 中的压 力 由 ０ ２ ｉ， －％ ．５级
气体水合物和能源利用技术 。Ｅ—ｍ ｉ ｓ ．ｚ＠１３ ｃｍ。 ａ ：ｚ ｙｕ ６ ．ｏ ｌ ｇ
维普资讯
２ 期 ３
表 １ 实 验试 剂
孙志高 ， ： 等 气体水合物生成特 性实验研究
可加 速水合物 的形成 ， 但不 能提 高水合物 的填 充
纯度／ ％
９ ９ ９． ９ ９ ． ８４ ＞９ ８ ９ ８
名称
甲烷
密度 ； Ｐ Ａ Ｇ体系 水合 物形 成 时 间（ 即达 到极 限填 充密度所需 时 间 ） 短 ， 合物 形成 的耗 气 量 也 最 水
最 小 ， 明 Ａ Ｇ 对 水 合 物 形 成 的 促 进 作 用 比 说 Ｐ
Ｓ Ｓ弱 。 Ｄ
精密压力表测定 ， 量程为 １ Ｐ 。实验温度由安装 ０Ｍ ａ 在反应釜 内的 Ｐｌ０铂 电阻温度器测量 ， 中一个 ｔ ０ 其 铂电阻在反应釜的下端 ， 测量液相 （ 或水合物相） 温
天然气水合物合成与分解模拟实验研究与设计
学
教
育（ ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗｗｗ ． ｈ ｘ ｊ ｙ ． ｏ ｒ ｇ ）
２ ０ １ ５ 年第 １ ４ 期
３ 实 验 结 果 与 讨 论
３ ． １ 水 合物合 成 实验
验 气体 ；
（ ６ ） 打开采 集软 件 ，进 行数 据采集 ； （ ７ ） 打开恒 压泵 ，给 反应 釜增压 ； （ ８ ）观察 实验现 象 、记录 实验结 果 ； （ ９ ）实验结 束后 ，将 压力 放空 ，清洗 仪器 ，整 理实 验数 据 。 给装 有 水 和 天然 气混 合 物 的釜 体 不 断加 压 和 ／
（ ３ ）打 开机器 电源 和恒 温浴槽 ；
（ ４ ）打 开真 空泵 ，抽真 空 ； （ ５ ）打 开气 源 、流量计 ，向缓 冲容器 内充入 实
或降温 ，当达到水合物形成的临界点时 ，温度 、压 力 曲线开 始 出现异 常波 动 。根 据温 、压 曲线变 化可 以判 断水 合 物 是 否 形 成 （ 如图 ２ ） ，同 时也 可 以通 过可视窗口进分解 实验 是指 保持 釜体低 温状 态 ，逐
热力 学抑 制剂加 量较 大 ，但可 以完 全 防止 水合 物 的 生成 ，动力学 抑制剂 虽然 加量 较小 ，但在 高 过冷度 条件 下抑 制效果 变 差 ，而 防聚集剂 则 主要 用 于油气
渐降低釜体 内压力 ，观察水合物分解 的初始压力、 分解 速度 等 。同理 ，高压 升温分 解实 验则 是保 持釜 体压力不变而升高釜体 的温度 ，同样可以观察到水
３ ． ３ 水合 物分解 实验
Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｄ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ａｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｈ ｉ ｈ ｇ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ
注甲醇溶液分解丙烷水合物实验模拟
第22卷 第3期 石油化工高等学校学报 Vol.22 No.3 2009年9月 J OU RNAL OF PETROCH EMICAL UN IV ERSITIES Sep.2009 文章编号:1006-396X(2009)03-0009-05注甲醇溶液分解丙烷水合物实验模拟董福海1,2, 臧小亚1, 樊栓狮3, 梁德青13(1.中国科学院广州能源研究所,广东广州510640; 2.中国科学院研究生院,北京100049;3.华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州510640)摘 要: 在自制的可视化水合物开采装置中进行了以恒流量注入不同质量分数(30.0%,60.1%,80.2%,99.5%)甲醇溶液定容分解丙烷水合物的模拟化学试剂法分解天然气水合物实验。
结果表明,分解实验开始后,釜内液相温度缓慢降低,压力近似于线性增长,分解时间随着质量分数的增加逐渐减少但减少的程度在减弱。
通过计算得到丙烷水合物的平均分解速率介于0.02059～0.04535mol/(min・L),并随注入甲醇质量分数的增加而增大。
与注入纯水分解水合物实验相比甲醇的注入可以减少水合物分解时所需要的热量、加速水合物分解,同时提高甲醇的质量分数有利于加速水合物的分解。
关键词: 热力学抑制剂; 甲醇; 丙烷水合物; 分解; 实验模拟中图分类号: TE33 文献标识码:A doi:10.3696/j.issn.1006-396X.2009.03.003Experimental Simulation on Dissociation Behavior of PropaneHydrate by Met hanol G lycol Solution InjectionDON G Fu-hai1,2,ZAN G Xiao-ya1,FAN Shuan-shi3,L IAN G De-qing13(1.Guangz hou I nstitute of Energ y Conversion,Chinese A cadem y of Science,Guangz hou Guang dong510640,P.R.China;2.Graduate School of Chinese A cadem y of Sciences,B ei j ing100049,P.R.China;3.T he Key L ab of Enhanced Heat T rans f er and Energy Conservation,M inist ry of Education,S outh China Universit yof Technology,Guangz hou Guang dong510640,P.R.China)Received28A p ril2008;revised10December2008;acce pted18A p ril2009Abstract: The characteristics of propane hydrate dissociation by methanol injection(mass f raction of30.0%,60.1%,80.2%, 99.5%)were investigated using a self-made visual equipment.The results indicate that the liquid temperature decreased slowly and the pressure in the reactors grew linearly when the dissociation reaction began,moreover,the dissociation time decrease with the methanol concentration’s increase,but the degree of decrease became weaker.The average dissociation rates are0.02059～0.04535mol/(min・L),and increase linearly with the concentration of methanol pared with pure water injection,methanol injection reduces dissociation heat of gas hydrate and accelerates gas hydrate dissociation rate.The enhancement of concentration of methanol is benefit to promote dissociation of hydrate.K ey w ords: Thermodynamics inhibitor;Propane hydrate;Dissociation;Experimental simulation3Corresponding author.Tel.:+86-20-87057669;fax:+86-20-87057669;e-mail:liangdq@ 水合物是一种类似于冰的非化学计量笼形晶体化合物(clat hrate)。
丙烷对瓦斯混合气水合物相平衡的影响
丙烷对瓦斯混合气水合物相平衡的影响吴琼;吴强;张保勇;高霞【摘要】利用全透明水合物相平衡测定装置,采用恒容温度搜索法测定了2种浓度CH4-C3H8-C2H6瓦斯混合气水合物相平衡条件,结合Sloan相平衡预测理论对比分析了C3H8添加影响.结果表明:由于丙烷的加入改变了水合物结构类型,使得14.1～19.4℃温度内,CH4-C3H8-C2H6混合气水合物相平衡压力较CH4-C2H6大幅度降低,压差最大至11.78 MPa;随着温度升高,C3H8对瓦斯水合物相平衡压力影响逐步增大;相同压力下,水合物相平衡温度随着丙烷含量的增大而升高;运用Chen-Guo水合物生成理论分析了C3H8添加影响机理.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2014(039)007【总页数】6页(P1283-1288)【关键词】丙烷;混合气;水合物;相平衡;固化储运【作者】吴琼;吴强;张保勇;高霞【作者单位】黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学瓦斯等烃气输运管网安全基础研究国家级专业中心实验室,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学瓦斯等烃气输运管网安全基础研究国家级专业中心实验室,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学瓦斯等烃气输运管网安全基础研究国家级专业中心实验室,黑龙江哈尔滨150022;青岛海洋地质研究所,山东青岛266071;黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江哈尔滨150022;黑龙江科技大学瓦斯等烃气输运管网安全基础研究国家级专业中心实验室,黑龙江哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】TD712瓦斯水合物与煤矿生产安全、瓦斯气体提纯和高效储运密切相关,且关乎环境污染、温室效应以及未来新型能源等重大问题。
瓦斯水合物具有生成易(2～6 MPa,0～10℃条件下生成);贮藏稳(常压、-15～10℃条件下稳定储存);储气高(标准状况下,1体积的水合物可以储存160～210体积标况下甲烷气体)三大特点[1-2]。
气体水合物生长动力学及促进机理研究的开题报告
气体水合物生长动力学及促进机理研究的开题报告一、研究背景气体水合物是以天然气、二氧化碳等气体为主要组成物的化合物，由水分子在高压和低温下产生的稠密晶体结构所组成。
气体水合物具有高度的稳定性和储气能力，并被广泛认为是未来能源资源的重要来源。
然而，气体水合物的生长速度较慢，制约了其开发利用。
因此，研究气体水合物的生长动力学和促进机理具有重要的理论和应用价值。
二、研究目的和内容本研究旨在探究气体水合物生长的动力学过程和促进机理，具体研究内容包括：1. 对气体水合物的生长过程进行定量分析研究，建立数学模型，确定气体水合物生长速率和温度、压力、气体组成等因素的关系；2. 研究气体水合物的晶体结构、表面形貌，通过分子动力学模拟等手段探究气体分子在水合物中的扩散、交换机制；3. 探究气体水合物生长的反应机理和影响因素，研究添加剂（如流体添加剂、烷基化试剂等）对气体水合物的生长、稳定性和吸附能力的影响；4. 通过实验和理论计算相结合的方法，研究气体水合物的晶体生长机制、晶体缺陷形成机制及其对气体吸附能力的影响。
三、研究方法本研究将采用实验和理论相结合的方法，包括：1. 采用高压高温条件下的合成方法，制备气体水合物样品，并通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对水合物的结构、表面形貌等进行表征；2. 基于密度泛函理论（DFT）、分子动力学模拟（MD）等计算方法，研究气体水合物中气体分子和水分子的吸附行为，探究分子在水合物中的扩散和交换机制；3. 通过实验和分子模拟等方法研究添加剂对气体水合物生长和吸附能力的影响机理，探究添加剂在气体水合物中的作用机制；4. 建立气体水合物晶体生长的数学模型，研究晶体生长的影响因素和动力学行为，通过实验验证模型的可靠性。
四、研究意义本研究将探究气体水合物生长动力学和促进机理，为进一步提高气体水合物的制备效率、稳定性和吸附能力提供新的理论依据和技术手段。
同时，本研究将为气体水合物的应用和开发提供重要的科学支撑，为解决能源和环境问题提供新思路和新方向。
一种利用丙烷水合物粉末进行水合储氢的方法[发明专利]
![一种利用丙烷水合物粉末进行水合储氢的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/631701efeff9aef8951e060c.png)
专利名称：一种利用丙烷水合物粉末进行水合储氢的方法专利类型：发明专利
发明人：郎雪梅,李诵,樊栓狮,王燕鸿
申请号：CN201810032981.6
申请日：20180113
公开号：CN108373137A
公开日：
20180807
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种利用丙烷水合物粉末进行水合储氢的方法。
所述方法主要包括以下步骤：（1）进行冰粉的制备；（2）在‑3至‑5℃、0.3MPa至0.36MPa条件下向含有冰粉的反应釜中充入预冷后的丙烷气体使冰粉中生成丙烷水合物；（3）降低反应釜内温度到‑8℃至‑20℃之间，向反应釜中充入预冷后的高压氢气8MPa至11MPa以生成氢气/丙烷二元水合物，水合物生成过程持续0.5至4小时，速率很高。
本发明提供了一种简单快速、具有环境友好性和可降解性的水合物储氢方法，以避免常规水合物储氢过程所需超高压及超低温的严苛环境。
申请人：华南理工大学
地址：510000 广东省广州市天河区五山路381号
国籍：CN
代理机构：广州粤高专利商标代理有限公司
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压力扰动对丙烷水合物生成过程的影响
压力扰动对丙烷水合物生成过程的影响李金平;张学民;吴青柏;王春龙;焦亮【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2014(034)009【摘要】气体水合物的快速生成与分解是水合物技术广泛工业化应用的关键,因而进行气体水合物生成过程和生成特性的研究具有重要的意义,但目前关于气体水合物生成过程的研究主要集中在温度梯度、降温速率、温度扰动等方面,而针对压力扰动对气体水合物生成过程影响的研究还较鲜见.为此,进行了压力扰动条件下C3H8水合物的生成实验,研究了压力扰动对C3H8水合物静态生成过程的影响.结果表明:①与无压力扰动的条件相比,压力扰动有效地促进了C3H8水合物的生成过程,提高了C3H8水合物的生成速率和生成量;②在100 h的静态水合物生成过程中,压力扰动条件下C3H8水合物的平均生长速率达到了0.052 6mm/h,是无压力扰动条件下C3H8水合物平均生长速率(0.013 2 mm/h)的4倍;③静态体系中水合物的生成过程比较困难且水合反应不完全,在压力扰动条件下,0.1 MPa的压力差可导致0.4 kJ/mol的生成驱动力,可使停滞的水合反应重新开始.【总页数】6页(P143-148)【作者】李金平;张学民;吴青柏;王春龙;焦亮【作者单位】兰州理工大学西部能源与环境研究中心;兰州理工大学西部能源与环境研究中心;兰州理工大学西部能源与环境研究中心;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所;兰州理工大学西部能源与环境研究中心;兰州理工大学西部能源与环境研究中心【正文语种】中文【相关文献】1.超重力因子对CO2水合物生成过程的影响 [J], 白净;梁德青;吴能友;樊栓狮;方书起2.组合型抑制剂对天然气水合物生成过程的影响 [J], 戴兴学;杜建伟;梁德青;唐翠萍;白净3.流量对高含水体系CO2水合物生成过程的影响 [J], 李乐;陈小康;李青岭4.压力扰动对甲烷水合物诱导期的影响研究 [J], 刘艳军;郭晓玮;曾浩鹏5.超声波对CO_(2)水合物生成过程的影响 [J], 孙始财;杨震东;谷林霖;李艳敏;金宵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水合物实验方法研究 ppt课件
I 型和 II 型结构气体水合物的记忆效应
高压反应釜采用法兰盘 式结构, 由316不锈钢制 成, 耐压30 MPa, 反应 釜尺寸为Φ 49.5 mm×250 mm, 实验过 程中通过注水测量反应 釜的有效体积为460
cm3.
实验采用日本AS-ONE公司生产的玻璃 砂, 该玻璃砂为等径球体堆积成多孔介 质模拟水合物储层环境, 玻璃砂粒径以 及模拟堆积层孔隙度和渗透率数据如表 1所示, 实验过程中采用单一粒径玻璃砂 模拟堆积层, 对其孔隙度和渗透率进行 了重复测量,测试结果显示模拟堆积层 孔隙度、渗透率等基本物性参数具有很 好的一致性.20实验用甲烷、二氧化碳 与丙烷由大连光明特种气体有限公司生 产, 体积分数分别为99.99%、99.99%、 99%, 所用水为去离子水.
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水合物法分离合成气实验研究
① 第Ⅰ阶段开始时温度降低阻抗升高。体系温度降低,溶液中自由 离子的导电能力下降,阻抗增大。
② 第Ⅱ阶段阻抗和温度都相对稳定。这是水合物生成的诱导期,反 实验应测体得系了相煤对气稳化定合。成气在纯水及 THF 溶液中的水合物生成条件， ③在一第定Ⅲ程阶度段上温丰度富稳了定关,阻于抗C小O幅水度合增物大的。热这力是学水相合平物衡成数核据阶。段对的比表
现,在这一阶段中水分子开始与二氧化碳分子形成微小晶核,随 发现着二TH氧F化能碳够分大子大的降消低耗合逐成渐气增水加合,溶物液生中成离压子力浓，度从逐而渐能下够降在,较阻低 压力抗下从实而现增水大合。物法分离合成气。 ④ 第Ⅳ阶段温度突然上升,阻抗相应下降。这是水合物大量生成的
⑦ 4 h 后，若仍有痕量的水合物晶体悬浮于溶液表面或粘附在反 应釜内壁上，则此时的压力即为该温度下的水合物生成压力。 若在 4 h 内生成的水合物晶体全部化解，说明此时的压力低 于体系平衡压力，需将压力调整至一较高值(增幅为0.02 MPa)，并再次让体系稳定 4 h，直至体系达到平衡，最终测 得合成气在该体系温度下的生成压力。
气体水合物的研究与应用
2003 年 第 32 卷
( 例如海水淡化) 已小型工业化[ 28~ 32] 。 2. 3. 1 水合物技术储运天然气
天然气是一种对环境比较友好的清洁能源, 现 在应用的 3 种运输方法都存在很大的缺点。目前最 常用的运输方法是管道运输, 压力高, 初期投资大; 另一种低温液化方法压力高, 成本高; 较少采用的吸 附运输方法吸附剂寿命短, 吸附和脱附周期长。所 以人们一直在寻求更好的运输方式。天然气水合物 储存 密 度高, 运输 费 用低, 引起 广泛 的 研究 和 关 注[ 33] 。水合物技术也可用于天然气储存, 将天然气 转变为水合物储存在特定的海域或地面上, 需要时 再分解水合物获得天然气。 2. 3. 2 水合物技术分离混合物
关键词: 气体水合物; 结构; 应用
中图分类号: O742. + 6
文献标识码: A
文章编号: 1008- 021X ( 2003) 05- 0024- 03
Research and Application of Gas Hydrate
X U H ong1, ZH A N G Bao- hua2, FA N A i - j uan 2
0. 41 0. 42 0. 51 0. 512 0. 436 0. 458 0. 55 0. 628 0. 65
14. 30 11. 10 0. 55 1. 26 2. 56 0. 093 0. 53 0. 176 0. 113
SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼 SI 型大笼和小笼
的类似冰的晶体水合物( 气体水合物的气体成分中 甲烷含量超过 99% 时称为天然气水合物) , 1m3 天 然气水合物可释放出 164m3 甲烷气体, 因此极易燃 烧, 俗称! 可 燃冰∀, 是最重 要的 一种 气体 水合物。 1965 年, 以 Makogon 为代表的前苏联研究人员在西 伯利亚永冻土层中发现了天然气水合物之后, 世界 很多国家投入了相当的资金和人力开展了天然气水 合物的研究工作, 俄罗斯一直在小规模开采。天然 气水合物具有能量密度高、分布广、规模大、埋藏浅、
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丙烷气体水合物合成实验的设计与研究
摘要针对高中化学和大学化学中有关气体水合物的内容,设计了丙烷气体水合物的教学实验。
该实验采用简单的方法合成丙烷水合物,操作简单、安全,实验重复性高,可以调动学生的学习兴趣。
通过实验,便于学生了解丙烷水合物的物理化学性质、水合物相图的构成及作用。
关键词丙烷水合物合成冰粉教学实验气体水合物
气体水合物是水与甲烷、乙烷、丙烷、CO2及H2S等小分子气体形成的一种外观似冰的笼形晶体化合物[1]。
现行高中化学课本中所说的“可燃冰”——天然气水合物就是其中的一种。
气体水合物中,水分子通过氢键相连形成一些多面体笼,尺寸合适的客体分子可填充在这些笼中。
气体水合物的研究历史可追溯到1810年,Davy发现氯气可使水在0℃以上变成固体,这种固体就是氯气水合物[2]。
到1934年,Hammersdhmidt在天然气管道中发现水合物堵塞管道,水合物的研究得到快速发展。
近二十年来在海洋和冻土带发现储量巨大的天然气水合物资源,使得天然气水合物被认为是21世纪重要的后续能源,气体水合物的研究受到世界范围内的高度重视。
气体水合物的结构与冰相似,基本结构特征是主体水分子通过氢键在空间相连,形成一系列大小不同的多面体孔穴。
空的水合物晶格可以认为是一种不稳定的冰,当这种冰的孔穴被客体分子填充后,就变成稳定的气体水合物。
其孔穴被客体分子填充的百分数越大,水合物越稳定。
目前已发现的水合物晶体结构有I型,II 型和H型[3]。
客体分子在水分子形成的笼形孔穴中的分布是随机的,只有当客体分子达到一定的孔穴占有率时水合物晶格才能稳定存在。
至于形成哪种水合物结构主要由客体分子大小决定,另外也受客体分子形状、温度、压力、是否有水合物促进剂等因素影响。
为了使课本知识与最新的科研动态相结合,激发学生兴趣,使学生在学习过程中对气体水合物有更加感性的认识,设计了适合高中及大学化学的丙烷气体水合物合成实验,让学生可以自己动手合成气体水合物,以便学生可以更好地认识、了解气体水合物的性质。
选择丙烷作为客体分子原因:一是丙烷气体与水是不互溶的,将2种不互溶的物质混合形成一种稳定物质,可以提高学生对实验的兴趣;二是丙烷气体水合物的相平衡条件比较温和,易于学生在实验室实现。
图1为丙烷水合物相平衡[3]和饱和蒸气压曲线[4],在冰点附近,丙烷的饱和蒸气压为0.5 MPa,而丙烷水合物的生成压强为0.2 MPa,故很容易实现丙烷水合物的形成条件;三是合成后的丙烷水合物可以通过简单的方法进行检测,如点燃或放在水中观察是否有气泡产生。
图1 丙烷水合物相平衡和饱和蒸气压曲线
1 实验仪器与试剂
实验仪器:不锈钢反应釜(图2)、温度传感器、压力传感器、数据采集仪、冷冻槽。
辅助仪器:碎冰机、冰箱。
试剂:蒸馏水、丙烷、液氮。
将以上实验仪器按照图3流程连接。
图2 不锈钢反应釜
图3 丙烷水合物合成实验示意图
2 实验操作步骤
对图3所示的反应系统进行检漏实验,确定系统不漏气后开始丙烷水合物合成实验。
将反应釜放入充满冰块的冷冻槽中进行预冷,冷至0℃;将冰块放入碎冰机中粉碎成冰粉;粉碎后的冰粉约10 g倒入预冷后的反应釜中,将釜盖拧紧;将温度、压力传感器、数据采集仪与电脑连接好。
打开丙烷气瓶,向反应釜中充入丙烷气体,观察压力传感器读数,待反应釜内压强达到0.3 MPa后关闭进气阀,此时反应釜中的状态处于丙烷水合物相平衡线上方。
为了保证丙烷水合物的充分形成,将反应釜在冷冻槽中放置12 h,期间保证冷冻槽内始终有冰块存在,并记录反应釜内温度与压强的变化。
反应期间,反应釜内的压强会不断下降,直到恒定;温度在反应一段时间后会有一突然上升(图4中AB),随后出现平台(图4中BC),而后再次下降至冰点(图4中CD)。
反应结束后(压强不再下降、温度恢复至冰点),将反应釜内的剩余气体排出,打开反应釜盖,将里面的固体倒出置于表面皿中,在通风橱中点燃(图5)。
若无法点燃可以加入温水,观察是否有气泡冒出,如果生成的白色固体可以点燃或是有气泡
冒出,说明白色固体为丙烷水合物,否则为冰。
图4 丙烷水合物形成过程温度、压强变化曲线
图5 丙烷水合物点燃实验
3 实验数据探讨
实验过程中,温度变化如图4所示。
在一开始,温度维持在冰点,此刻尚未发生水合反应;经过一段时间后,温度发生突变,骤增至B点(5℃左右),说明水合反应开始发生。
温度突变是因为水合反应为放热反应,一旦水合反应开始,会产生大量的热,引起周围温度升高,此刻压强开始有明显的下降趋势。
从O点到A点的时间叫做水合物的诱导时间;随着水合反应的进行,反应釜中的温度一直保持在B点温度,直到反应完成(BC);反应结束后,温度回落至冰点(CD),此时压力下降逐渐趋于平缓,反应完成。
4 实验中注意问题
本实验中所用的丙烷气体为可燃气体,实验前必须对反应釜进行检漏测试,可用正压法。
向反应釜中通入0.8 MPa左右的空气,放置过夜,观察压力传感器所显示的压强是否有下降,如有下降需用肥皂水查漏点,重新对漏点进行密封、并检漏。
冰粉倒入反应釜之前,反应釜必须进行预冷,否则冰粉很容易融化,环境温度较高时可以向反应釜中加入少量的液氮进行冷却,以保持冰粉的状态。
向反应釜中通入气体时注意釜中气体的压强,将压强控制在0.3~0.4 MPa,不要超过 0.45 MPa ,否则丙烷气体被液化。
点燃实验中,如水合物储气量过小或分解速度过快都有可能造成水合物无法点燃。
若遇见水合物无法点燃,可以通过冒泡法检验水合物是否生成。
向合成出的丙烷水合物中加入约50 mL温水,若水中出现密集的小气泡,也说明已形成丙烷水合物。
参考文献
[1] 樊栓狮.天然气水合物储存与运输技术.北京:化学工业出版社,2005
[2] Sloan E D,Koh C A.Clathrate hydrate of natural gases.3rd Edition,London:CRC Press,2007
[3] 陈光进,孙长宇,马庆兰.气体水合物科学与技术.北京:化学工业出版社,2008
[4] Lide D R.CRC Handbook of Chemistry and Physics.87th Edition,New York:CRC Press:2006。