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多元复杂体系水合物生成的实验及热动力学模型研究

作　者: 宋琦
导　师: 王树立
学　校: 常州大学
专　业: 油气储运工程
关键词: 天然气水合物复合促进剂热力学模型动力学模型
分类号: TE621
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

应用技术是目前水合物研究发展的趋势之一,而解决应用难题的科学关键就是水合物动力学和热力学的研究。实验模拟是水合物成因研究的一个重要部分,也是动力学研究的基础。动力学研究对了解水合物成核机制,水合物生长条件和稳定存在的环境等都有着非常重要的作用。热力学研究为利用水合物相平衡点发展气体分离技术提供了理论支持。本文通过实验,研究多元复杂体系中水合物的生成条件、机理,并建立和推导出新型水合物热动力学模型。首先,综述了国内外水合物技术的研究应用现状,文中分析了水合物技术在天然气长距离储存与运输、气体储存与分离、汽车燃料、海水淡化、有机水溶液提浓、二氧化碳水合物灭火、制冷与蓄冷、生物工程与新材料、直接燃烧、蓄电池、处理有毒害物质等领域的工业价值,展望了水合物技术的研究研究发展方向。同时对水合物热力学和动力学的研究现状进行了概括和总结。其次,通过实验研究了纯水和盐类体系下复合型添加剂对水合物生成的影响,选用甲基环己烷(MCH)与NaCl分别和阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)混合溶液作为实验溶液。研究发现,两种类型体系相比较,NaCl +SDBS混合溶液在SDBS浓度为255mg/kg时诱导时间最短,为复合型添加剂的最佳反应浓度,此时的溶液体系能很好地优化水合物形成过程,且比单一的NaCl溶液、MCH溶液或SDBS溶液的诱导时间都有明显缩短,此时的氯化钠溶液浓度为海水浓度。在现有的Chen-Guo热力学模型的基础上,研究多元混合体系中水合物热力学生成条件。对于在不同的气体组分的条件下,液态烃与表面活性剂混合体系、盐类与液态烃混合体系和醇类与盐类混合体系三种体系的热力学模型进行总结与推导。用软件编程模拟计算出相平衡点并生成的图形进行分析与总结。建立了复合促进剂作用下的水合物生成动力学模型,利用软件编程实现模型求解。将不同反应溶液和不同反应气体条件下得到的诱导时间计算值与实验结果及理论分析结果进行比较,吻合度较高,较准确地描述水合物生成的诱导过程。热力学和动力学模型的建立为天然气水合物储运技术的应用与发展提供了理论支持。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-27
  1.1 天然气水合物研究的意义  9-13
    1.1.1 资源背景  11-12
    1.1.2 环境效应  12-13
  1.2 天然气水合物的应用与展望  13-21
    1.2.1 储运技术  14-16
    1.2.2 分离技术  16-18
    1.2.3 其他应用  18-20
    1.2.4 研究方向与展望  20-21
  1.3 水合物法气体储运技术  21-26
    1.3.1 不同天然气储运方式的比较  21-23
    1.3.2 不同储运技术对比与经济性分析  23-26
  1.4 本文的主要研究工作  26-27
2 水合物热动力学的研究现状  27-35
  2.1 水合物热力学研究现状  27-32
    2.1.1 van der Waals-Platteeuw 模型  27-29
    2.1.2 Chen-Guo 水合物模型  29-32
  2.2 水合物动力学研究现状  32-35
3 天然气水合物合成实验研究  35-49
  3.1 实验装置  35-38
  3.2 实验体系及方法  38-40
  3.3 实验步骤  40-41
  3.4 实验结果及分析  41-45
    3.4.1 相平衡点分析  41-42
    3.4.2 初次诱导时间和反应时间  42-44
    3.4.3 第二次诱导时间和反应时间  44-45
  3.5 实验结果分析  45-46
  3.6 复合型添加剂促进水合物生成作用机理  46-47
  3.7 盐类体系下表面活性剂溶液水合物生成过程  47-49
4 多元混合体系中水合物热力学模型的研究  49-68
  4.1 多种混合体系中水合物生成的热力学研究  49-62
    4.1.1 液态烃与表面活性剂混合体系  49-54
    4.1.2 盐类与液态烃混合体系  54-59
    4.1.3 醇类与盐类混合体系  59-62
  4.2 水合物生成化工热力学分析及软件编写  62-67
    4.2.1 混合物逸度与逸度系数的计算  62-64
    4.2.2 闪蒸计算  64-65
    4.2.3 程序编写说明  65-67
  4.3 小结  67-68
5 多元复杂体系中水合物动力学模型的研究  68-77
  5.1 表面活性剂与临界成核半径关系的建立  68-69
  5.2 新型天然气水合物生成动力学模型的建立  69-73
  5.3 模型软件编写及计算结果分析  73-76
    5.3.1 表面活性剂存在下的结果及分析  73-74
    5.3.2 不同反应气体条件下的结果及分析  74-75
    5.3.3 水合物动力学软件编写  75-76
  5.4 小结  76-77
6 结论与展望  77-79
  6.1 主要结论和创新点  77
  6.2 展望  77-79
参考文献  79-85
附录  85-88
攻读学位期间研究成果  88-89
致谢  89

多元复杂体系水合物生成的实验及热动力学模型研究

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