面向天然氣固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的甲烷水合物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、面向天然氣固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的甲烷水合物反應(yīng)動(dòng)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(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)動(dòng)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(shì)日趨嚴(yán)峻，天然氣作為一種儲(chǔ)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(kāi)發(fā)與利用對(duì)環(huán)境保護(hù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。因此，天然氣資源受到世界各國(guó)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(yuǎn)，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(gè)重要環(huán)節(jié)。因此，發(fā)展并完善天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用氣體水合物方法進(jìn)行天然氣固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)具有經(jīng)濟(jì)成本低、儲(chǔ)氣量大、安全、環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)。但是，氣體水合物的反應(yīng)速率和儲(chǔ)氣量尚未達(dá)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(chǔ)氣率是目前需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。針對(duì)這些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(jìn)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(jìn)劑（環(huán)戊烷）和多孔介質(zhì)（石英砂）對(duì)甲烷水合物生成過(guò)程動(dòng)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(shí)間、促進(jìn)甲烷水合物快速生成并提高水合物儲(chǔ)氣率。在所有測(cè)試的SDS濃度中，500ppm為最佳濃度。②在相同實(shí)驗(yàn)條件下，甲烷水合物在石英砂SDS溶液體系的儲(chǔ)氣率略高于機(jī)械攪拌體系。石英砂SDS溶液體系可節(jié)約機(jī)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(dòng)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(jī)械攪拌的能耗，但是過(guò)低的儲(chǔ)氣率將影響其整體經(jīng)濟(jì)效益。由此可見(jiàn)，對(duì)甲烷水合物而言，環(huán)戊烷不是一種理想的熱力學(xué)促進(jìn)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(shí)間。但是在靜態(tài)條件下，隨著過(guò)冷度的增大，甲烷水合物更容易在氣液界面快速生長(zhǎng)與聚集，阻礙甲烷水合物的進(jìn)一步生長(zhǎng)