面向天然氣固態(tài)儲運的甲烷水合物反應(yīng)動力學(xué)特性研究.pdf

1、面向天然氣固態(tài)儲運的甲烷水合物反應(yīng)動力學(xué)特性研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：何雙毅指導(dǎo)教師：鐘棟梁副教授專業(yè)：動力工程及工程熱物理學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)動力工程學(xué)院二〇一四年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要世界能源形勢日趨嚴(yán)峻，天然氣作為一種儲量豐富的清潔能源，正逐漸成為一次能源中不可忽視的主要能源。天然氣資源的開發(fā)與利用對環(huán)境保護和國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要的推動作用。因此，天然氣資源受到世界各國的普遍重視。然而

2、，由于氣源一般距離用氣中心城市及企業(yè)較遠，將天然氣安全、連續(xù)和高效的輸送給用戶是天然氣資源利用的一個重要環(huán)節(jié)。因此，發(fā)展并完善天然氣儲運技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。利用氣體水合物方法進行天然氣固態(tài)儲運具有經(jīng)濟成本低、儲氣量大、安全、環(huán)保等顯著優(yōu)點。但是，氣體水合物的反應(yīng)速率和儲氣量尚未達到工業(yè)應(yīng)用要求，提高天然氣水合物的反應(yīng)速率和儲氣率是目前需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。針對這些關(guān)鍵科學(xué)問題，本文向反應(yīng)體系引入表面活性劑、多孔介質(zhì)和熱力學(xué)促進劑，主

3、要研究了表面活性劑（十二烷基硫酸鈉SDS）、熱力學(xué)促進劑（環(huán)戊烷）和多孔介質(zhì)（石英砂）對甲烷水合物生成過程動力學(xué)特性的作用規(guī)律，主要研究結(jié)論如下：①SDS是一種理想的表面活性劑，能有效縮短甲烷水合物的誘導(dǎo)時間、促進甲烷水合物快速生成并提高水合物儲氣率。在所有測試的SDS濃度中，500ppm為最佳濃度。②在相同實驗條件下，甲烷水合物在石英砂SDS溶液體系的儲氣率略高于機械攪拌體系。石英砂SDS溶液體系可節(jié)約機械攪拌投資、節(jié)約能耗，具有良好

4、的應(yīng)用前景。③研究了甲烷水合物在環(huán)戊烷H2O環(huán)戊烷SDSH2O體系的動力學(xué)特性。研究結(jié)果表明，盡管加入環(huán)戊烷能極大的緩和反應(yīng)熱力學(xué)條件并節(jié)省機械攪拌的能耗，但是過低的儲氣率將影響其整體經(jīng)濟效益。由此可見，對甲烷水合物而言，環(huán)戊烷不是一種理想的熱力學(xué)促進劑。④向環(huán)戊烷體系引入表面活性劑SDS后，SDS能有效縮短甲烷水合物的結(jié)晶誘導(dǎo)時間。但是在靜態(tài)條件下，隨著過冷度的增大，甲烷水合物更容易在氣液界面快速生長與聚集，阻礙甲烷水合物的進一步生長