水合物分解过程中释气控制因素及机理研究

Gas release during gas hydrate dissociation is closely related to the storage and transportation of natural gas or methane by forming gas hydrate, hydrate plug removing and exploitation of natural gas hydrate. However,the controlling factors that affect gas release are still unclear. In other words, the mechanism of gas release has not been revealed. In this proposal, a series of hydrate dissociation experiments will be performed in the autoclave at various temperature, pressure, gas composition, size of hydrate, hydrate forming systems and additives. The controlling factors which affect gas release rate will be determined. Meanwhile, observation on the process of gas hydrates/ice surface renewal in gas hydrate dissociation will be conducted by using a device equipped with microscope. Based on the obtained results, combine with two-film theory, solute osmosis theory, surface renewal theory, and the mechanism of self-preservation that caused by ice film covering, the kinetic law of gas hydrate dissociation will be groped, kinetic model of gas hydrate dissociation will be established, and then mechanism of gas release will be revealed. The obtained results will provide guidance to the application of different kinds of gas hydrate-based technology.

水合物分解气体释放过程与水合物法储运天然气或甲烷、水合物解堵、水合物开采等技术密切相关。但“水合物分解过程中气体释放的控制因素是什么？”、“水合物分解过程中气体释放机理如何？”尚未完全清楚，有待更为系统和深入的研究。本课题针对这两个问题，借助高压反应釜系统研究水合物分解过程，考察不同温度、压力、气体组成、水合物尺寸、形成水合物体系、添加剂等因素对水合物分解的影响，确定控制气体释放的主要因素。同时，对水合物表面分解进行显微观测，研究水合物分解时表面的水合物膜、冰膜更新过程对水合物分解的影响。基于以上结果结合双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论以及冰膜覆盖产生自我保护效应机理，摸索水合物分解过程中动力学规律，建立水合物分解动力学模型，探究水合物分解过程中的释气机理，为水合物相关技术在不同方向的应用提供指导。

天然气水合物开采、水合物解堵、水合物衍生技术均涉及到水合物分解过程。本项目提出系统研究水合物分解过程，确定影响水合物分解过程中气体释放的控制因素，提出水合物分解过程气体释放机理，从而最终实现控制水合物分解过程中气体释放。. 通过显微镜与激光显微探头对水合物分解进行研究，发现了水合物表面更新过程。考察了不同添加剂（TBAB、Span 20、鼠李糖脂）、不同含水率（10 vol%、20 vol%、30 vol%、95 vol%、99 vol%、100 vol%）、不同温度（266.0 K、267.2 K、274.2 K、293.2 K）下水合物解过程研究，发现温度是影响水合物分解过程气体释放的控制因素。添加剂的加入、含水率的变化等对水合物分解均有重要的影响，尤其是添加剂，对水合物分解过程气体释放有一定的调控作用。.提出了通过添加物表面覆盖的方式减缓水合物分解过程的气体释放。THF、环戊烷、环已烷、正十四烷分别添加至水合物表面。结果表明，在冰点以下，加入THF 、环戊烷、环已烷、正十四烷均能缓解水合物分解过程中的气体释放过程。但在冰点以上，正十四烷的加入对水合物分解过程气体释放未起到任何缓解作用，THF 、环戊烷、环已烷的加入对水合物分解前期气体释放过程没有起到缓解作用，但水合物分解后期因水合物再次形成在一定程度上减慢了气体释放过程。根据实验结果，提出了水合物分解过程气体释放机理，并认为水合物分解过程的传质模型能很好的描述水合物分解过程。.本项目对水合物分解过程有了系统的了解，提出的水合物分解机理也有利于解释一些情况下水合物分解过程，添加物覆盖的研究丰富和拓展了水合物分解过程的研究方向，为后续水合物储气的研究提供了新的思路。