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降低表面張力,可提高天然氣水合物的生長速率

來源:深??茖W(xué)與工程研究所 瀏覽 254 次 發(fā)布時(shí)間:2024-08-16

天然氣水合物的熱力學(xué)研究關(guān)注水合物賦存的溫度、壓力等環(huán)境參數(shù),而動(dòng)力學(xué)研究主要關(guān)注水合物形成及分解速率的影響因素。相關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究可為天然氣水合物的開采、儲(chǔ)運(yùn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。


中國科學(xué)院深??茖W(xué)與工程研究所深海極端環(huán)境模擬研究室應(yīng)用大體積藍(lán)寶石反應(yīng)釜與熔融毛細(xì)硅管實(shí)驗(yàn)平臺(tái),結(jié)合拉曼光譜手段,開展了甲烷水合物的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)研究。研究發(fā)現(xiàn),表面活性劑(CTAB)不會(huì)改變甲烷水合物的相平衡條件(圖1)。在微觀尺度(毛細(xì)硅管),CTAB對(duì)甲烷水合物的生長速率無明顯影響;而宏觀尺度(藍(lán)寶石反應(yīng)釜)的實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)出不同的特征。水合物形成初期,它的生長過程與微觀實(shí)驗(yàn)過程相似,CTAB無明顯影響;隨著大量水合物的形成,氣體傳質(zhì)受阻,CTAB會(huì)明顯提升水合物的生長速率。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果揭示了表面活性劑的作用機(jī)理,即通過降低表面張力,增大氣液固接觸面積,從而提高水合物的生長速率。

圖1.甲烷水合物在純水與表面活性劑溶液中的相平衡條件

圖2.甲烷水合物階段生長模式

結(jié)合微觀與宏觀尺度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,該研究總結(jié)出兩階段水合物生長模式——第一階段為顆粒分散生長過程、第二階段為顆粒聚集生長過程(圖2)。