• / 4
  • 下载费用:1 下载币  

复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件影响的实验研究及

关 键 词:
复合 添加剂 二氧化碳 水合物 生成 条件 影响 实验 研究
资源描述:
天然气化工 2011年第36卷能源和环境问题是当今国际关注的焦点之一。如果不抑制1 世纪全球温度将继续上升 2℃~5℃[1],温室效应不断增强的趋势严重威胁着气候平衡和生态环境,并引起了世界各国政府的高度重视。 目前统的分离回收 物理吸附法、化学吸收法、低温分离法等,设备投资大、成本高、工艺复杂[2]。 近年来,利用水合物法储存固定到越来越多研究者的关注。 本文通过实验研究了 过添加不同浓度的表面活性剂降低溶液的表面张力,改善 选出了最佳反应浓度的溶液,同时建立了考虑复合促进作用的新型水合物动力学模型。1 验装置如图 1 所示, 反应釜的设计压力为 30计温度为容积为 1L,工作介质为海水、气体及沉淀物。 同时要求装有玻璃视镜光波通路及声波通路,要求密封预紧力小(防止玻璃压裂),密封可靠,并且拆卸方便。 系统采用反应釜浸入盐浴温控槽的方式来控制反应温度, 压缩机功率为 冷剂为 发温度为 载冷剂为100 4.6 低温高压釜内装有磁搅拌子(磁豆),釜外下部电动机输出轴上装有稀土磁钢,电动机转动时带动釜内搅拌子转动,达到釜内搅拌目的,电动机轴外部装有测速探头,当电动机转动时,测速探头接收到信号,送到数字转速仪表直接显示釜内搅拌子转速。 经过各组分高纯度气体配比后,混合气体经过高压增压系统快速增压后导入反应釜。 本系统采用先进的气驱气体增压的方式来完成高效、低成本的增压过程。 控制台主要功能有浴槽制冷温度控制、 釜内温度显示、釜内悬浮磁豆搅拌转速控制、釜内压力显示、开机计时等功能。 同时,反应釜内外的温度和压力数显数据被统一转换为电流和电压数据后由计算机统收稿日期:2010金项目:中国石油化工集团资助项目(20050523),江苏省科技计划国际合作项目(作者简介:王树立(1957-),男,教授,博士,主要从事油气管输,水合物技术, 天然气净化等工作, 电话 13813698610, 电邮合添加剂对二氧化碳水合物生成条件影响的实验研究及动力学模型建立王树立,余汇军,石青树,于永涛(常州大学江苏省油气储运技术重点实验室,江苏常州 213016)摘要:基于水合物法储存分离二氧化碳具有较广阔的应用前景,通过实验研究了复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件的影响,选用十二烷基硫酸钠(十二烷基苯磺酸钠(及两者的混合溶液作为实验用溶液,研究发现当采用浓度为 265 的 量比为 1:1 的复合添加剂溶液时,二氧化碳水合物的相平衡点最低,最易生成,此时的溶液体系能很好的促进水合物生成,而且比单一的 液或者 液体系下水合物的生成条件都有所降低。 建立了考虑复合添加剂促进作用的新型水合物生成动力学模型。关键词:二氧化碳;水合物;动力学模型;相平衡点中图分类号:O 643 文献标识码:A 文章编号:1001011)0101234567 反应釜中获得的光纤摄像信号和超声波监测信号也由计算机进行采集和瞬时图样分析。验方法本实验旨在测量不同浓度添加剂下,验用 9%,由南京特种气厂提供,实验所用溶液分为 4 种:第一种是纯水体系; 第二种是 系溶液; 第三种是系溶液; 第四种是 合添加体系溶液。 各体系溶液浓度也分为 3 组, 分别是174、265 和 384。 实验采用等温压力搜索法,首先将反应釜用去离子水清洗 3 遍,向反应釜中注入约200 到观察窗三分之二的位置,以方便实验中进行观察。 安装好反应釜后,用实验气体冲洗实验装置,确保没有空气残留。 设定水浴温度到实验温度,进行实验时,温度高于生成纯 温度稳定后,向反应釜中注入气体到预测的水合物平衡生成压力以上 l 右,并开始搅拌。 当反应釜中出现少量水合物时,通过泄压阀降低压力,使水合物完全分解。 每组实验均重复生成、分解 3 次以消除滞后效应。 然后将反应釜压力增加到预测的平衡生成压力以上 当有微量水合物生成时将压力迅速下降到预测的平衡生成压力,保持5h,如果反釜中仍有水合物存在,且温度和压力保持稳定,则反应釜中的压力、温度可看成该体系的平衡生成条件。 如果没有水合物存在,说明压力低于平衡生成压力, 则提高预测的平衡生成压力,重复上面的实验步骤,直到有少量水合物存在并能保持5 将此时的压力视为水合物的相平衡点压力。 温度和压力数据由连科茂实验设备有限公司制造。2 平衡点分析从图 2 中可以看出,与纯水体系相比,在加入各种浓度的添加剂后,相平衡点都有所降低。 由此可见,有效降低进其生成。 阴离子表面活性剂比水更容易被吸附在带有正电荷的金属反应器壁面上,它取代了金属壁表面上形成的一层水膜,由于体系的温度很低,这种类似冰状结构的水膜在水相中继续存在,它能和气体快速反应生成晶核,从而提高了水合物的生成速率,降低水合物相平衡点。任何添加剂时它表现出更强的亲水特性,在水中的溶解度相对较大,较3组选用浓度为265 的 液时,能很好的优化促进水合物生成过程,此时的生成水合物的相平衡点最低,增加其浓度也不能提高水合物的生成速率, 优化生成过程;比较 3 组 会发现与 着相似之处,当选用的溶液浓度过高或过低都会抑制水合物的生长,延长诱导时间,增高相平衡点,液促进在比较完 液对 者又将的质量比混合制成复合添加剂,并分成 3 组不同浓度,研究发现,复合添加剂能更有效的促进 低其相平衡点,当选用 265 的复合添加剂,在实验温度为 2℃时,相平衡点最小,仅为 他对应温度下的相平衡点也都是所有实验数据中最低的,由此可见,复合添加剂比单一的添加剂更有效的降低了溶液表面张力,更好的促进水合物生成。 图2中的十条曲线都保持着较为规则的斜率,没有拐点出现,水合物生成的相平衡点压力大致随着温度的增加而增加,与理论相符。无论是单一的 液还是 都存在一个促进 就总体而言,由于综合了两类添加剂的优势,复合添加剂的效果要比单一添加剂图 2 合添加剂对二氧化碳水合物生成条件影响的实验研究及动力学模型建立 21天然气化工 2011年第36卷的效果要好,最佳反应浓度为 265。 是水合物生成初期的图像,当水合物晶核在水相中生成以后, 浮力使其上升到气液界面;晶核快速移到金属随着反应的进行水面下降,生成的水合物被吸附在金属表面上,此时诱导已经完成,是水合物大量生成的预备阶段,其中左图的时间较早。 可以看出水合物是从气液接触面开始生成的;另外从左图至右图水合物的光透率逐渐降低, 这是因为随着反应的进行,水合物的储气量逐渐增加,水合物的质地从疏松转向密实。 水合物首先是在金属着时间的推移水合物会从金属边缘慢慢地向上和向中间生长,最后充满整个反应釜[3,4]。3 新型水合物动力学模型[5,6]通过对实验数据的拟合,分析研究了 理、实验现象,建立了考虑复合促进剂的作用的新型水合物动力学模型。首先提出的水合物生长模型,在生长过程中气泡体积和水合物体积可分别表示为:式中,图 4 所示。水合物的生长速率可表示为:水合物生成的过程是在气体—水合物和水合物—水两个相界接触面发生反应的过程,即水分子通过水合物层到达气泡壁与气体反应和气泡里的气体往外扩散到达水合物外层与水反应的过程,在这个过程中水分子的传输和气体分子的传输决定着水合物层体积的增长速率,水合物体积的变化率可表示为:因为水合物的生成速度与水合物的相平衡压力、反应溶液的表面张力、反应温度皆有关,所以在下式中加入一个修正系数,其值可结合实验数据拟合得到。上述数学模型实际计算比较困难,结合水合物实际生成的过程,将水合物形成过程分成很小的时间段, 在这段时间内假设气泡内的压力是不变的,在水合物完全生成后,压力相应的发生变化,然后稳定在另一个时间段,那么上式中 那么式(4)就变为关于 t 的函数,可计算出 可表达水合物的生成速率。 因此在(3)可变为:式中△t 为固定的一个微小时间段, 在这段时间内,假设不变,△t 可根据精度要求人为给定,d、ha、 这些参数可根据实验条件和经验公式得到。所以给定△t,即先求出一个;之后根据对应公式可求出下一个上各式系本文提出的水合物图3 in )(2)(3)(4)(5)(下转第 33 页)图4 of 中 b、b、都随时间变化,而 此该模型最终被表达为 该模型描述了水合物生成压力、温度、水合物半径、反应溶液的表面张力之间的关系。 通过控制温度、压力、添加最佳表面活性剂的方法,选择 结论(1)当溶液浓度为 265 时,该体系的水合物相平衡点最低,是复合添加剂的最适宜浓度,此时能更好的促进水合物的生成。 比起单一的2)考虑了复合促进剂作用的新型动力学模型描述了水合物生成压力、温度、水合物半径、反应溶液的表面张力之间的关系。 通过控制温度、压力、添加最佳表面活性剂的方法,选择 该模型能准确的表达水合物生成的诱导过程,可对实现以 考文献[1] 肖杨,刘道平,谢应明,等. 二氧化碳水合物最新研究进展[J]007,18(4):6072] 李刚,刘道,平肖杨,等. ]009,31(3): 2133] 陈光进,孙长宇,]学工业出版社,2008:2574] 胡汉华,刘道平,谢应明,J]. 齐鲁石油化工,2006,34(3): 2565] N, . to in J]. 998,193(11976] N, Y, I,et of in ].J 001,223(1of of il 13016,on a of of or as It DS :1) at 65 DS a 接第 22 页)of in 2S on of on 2S of 00 m3/h,h , up 2S 2(11):23.[6] 羌宁. 气态污染物的生物净化技术应用. 环境科学,1996,17(4):357] K,of ]. 004,35:1258] 16[C]997.[9] ]防工业出版社,2009. 3.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!邱尚煌等:超重力环境下选择性脱除气体中的硫化氢的工艺研究 33
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:复合添加剂对二氧化碳水合物生成条件影响的实验研究及
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-51975.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开