Span80促进甲烷水合物生成动力学探究.pdfVIP

中国工程热物理学会 工程热力学与能源利用 学术会议论文 编号：091077 Span 80 促进甲烷水合物生成动力学研究 ， ， ， ， ， ， ， 1 2 3 1 2 1 2 3 1 2 3 1 杜建伟 ，梁德青 ，戴兴学 ，唐翠萍 , 李新军 (1.中国科学院广州能源研究所，可再生能源与天然气水合物重点实验室，广州，510640；2.中国科学 院广州天然气水合物研究中心，广州，510640；3.中国科学院研究生院，北京，100039) 电话：020 E-mail：liangdq@ms.giec.ac.cn 摘要：促进水合物快速生成是天然气水合物技术产业化的关键，表面活性剂作为水合物生成的促进剂， 对其动力学促进作用进行研究十分必要。本文在已有的天然气水合物储气实验台上，利用高压反应釜， 在温度为274.15±0.10K，压力为8.30±0.10MPa 条件下研究了非离子表面活性剂失水山梨醇单油酸酯 （Span 80）存在下的甲烷水合物生成过程。结果表明：Span 80 的加入有利于甲烷气体分子进入水相 中，加快了晶核形成过程，缩短了甲烷水合物生成的诱导时间，提高了生成速率和表观速率常数，并 提高了相应反应时间内甲烷水合物的储气密度。通过分析 Span 80 的分子结构，对其促进甲烷水合物 的生成机理进行了研究，认为可能是 Span 80 分子中的三个羟基和四氢呋喃结构与水分子形成氢键以 及羰基对水分子的固定作用共同促进了甲烷水合物的生成。 关键词：甲烷水合物；表面活性剂；生成动力学；形成机理 0 前言 天然气水合物是天然气在高压（一般大于50 个大气压）及低温（低于7℃）的条件 下形成的类冰状笼型包合物。天然气的主要成分为甲烷，因此天然气水合物又被称为甲 烷水合物。其具有高含气率、高生成热的特性。目前基于水合物的新技术开发利用特别 是天然气的固态输送和储藏由于其能显著降低天然气储运费用、提高天然气储运的经济 性和安全性，受到了工业界的普遍重视。但水合物技术产业化受到水合物储气密度低、 生成速率慢以及诱导时间长等动力学因素的阻碍。究其本质是气-水的混合问题，气-水 混合一直是水合物快速生成的难点所在，它控制着水合物的成核、生长速率，并一定程 度上影响着其最终储气密度。施加外场（如超声波雾化、磁场等）[2]以及外力（如搅拌、 振荡等）固然可以在一定程度上通过增大气-液接触面积来促进水合物的生成，使水合物 生成速率和较短时间内的含气率有较大提高，但是距离工业化大规模生产要求仍有较大 的差距。添加表面活性剂是通过改变反应体系内部化学场而促进水合物生成的一种比较 有效的方法。它能大大降低工业生产的能耗和成本 [2，3，4] [5] 。Kalogerakis 等率先发现表 面活性剂作为水合物生成过程中的促进剂在一定条件下能大大提高水合物生成速率； Zhong 和Rogers[6] [7] [8] [9] [10] 、Karaaslan 、章春笋 、H.Ganji 和林微 等随后分别研究了SDS、 LABSA （线性烷基苯磺酸）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和CTAB 等表面活性剂对甲烷及乙 烷水合物生成过程的影响并从表面活性剂形成胶束增溶气体分子的角度对表面活性剂促 进水合物的生成进行机理分析。但到目前为止对于阴、阳离子表面活性剂促进水合物生 基金项目：国家自然科学基金）和国家973 项目（2009CB219504 ） 成的研究较多而对于两性离子和非离子表面活性剂则鲜有报道。本文实验研究了非离子 表面活性剂Span 80 对甲烷水合物生成动力学的影响，并在此基础上对Span 80 促进甲 烷水合物的生成机理进行了分析。 1