化工学报 ›› 2021, Vol. 72 ›› Issue (9): 4872-4880.DOI: 10.11949/0438-1157.20210194
收稿日期:
2021-01-31
修回日期:
2021-04-29
出版日期:
2021-09-05
发布日期:
2021-09-05
通讯作者:
樊栓狮
作者简介:
王燕鸿(1979—),女,博士,副研究员,基金资助:
Yanhong WANG(),Kai YAO,Xuemei LANG,Shuanshi FAN()
Received:
2021-01-31
Revised:
2021-04-29
Online:
2021-09-05
Published:
2021-09-05
Contact:
Shuanshi FAN
摘要:
油包水乳液是近年来新兴的一种水合强化材料,具有良好的水合储气潜力,但是为了保证乳液的稳定性,通常所用的油包水乳液含水量不超过50%。然而水合物的储气量与水含量密切相关,因此高含水的油包水乳液更具有应用前景。对含水量超过50%的油包水乳液进行了水合物的储甲烷研究,考察了乳化剂用量、初始压力及搅拌速率对储气性能的影响,最后考察了乳液的循环储气能力。结果表明:含水量超过55%后,含水量的增加会造成乳液液滴的增大,储气量的降低。乳液含水量为55%,复合乳化剂Span80 / Tween80(mTween80∶mSpan80=0.783∶1)用量5%(质量)(以水量为基准)的乳液最适合水合储气;初始压力的增加有利于水合储气性能的提高,但压力过高会造成水合物壳的快速形成,从而降低整体储气能力;适宜的搅拌速率有利于水合物的生成,过快或过慢都会引起水合速率的下降。本实验中最佳的乳液水合储气条件为:温度274.15 K、反应釜中气水体积比10∶1、甲烷初始压力6 MPa、搅拌速率700 r/min,在此条件下,储气量可达141.42 L 气/L 水。在此条件下进行循环储气实验证明该乳液具有良好的循环利用性,四次循环中储气量均在130 L 气/L 水以上。研究结果可为天然气储运以及含烃混合气分离提供技术参考。
中图分类号:
王燕鸿, 姚凯, 郎雪梅, 樊栓狮. 高含水油包水乳液的水合物储气性能研究[J]. 化工学报, 2021, 72(9): 4872-4880.
Yanhong WANG, Kai YAO, Xuemei LANG, Shuanshi FAN. Investigation on hydrate-based methane storage properties in water-in-oil emulsion with high water content[J]. CIESC Journal, 2021, 72(9): 4872-4880.
实验药品 | 规格 | 供应商 |
---|---|---|
甲烷 | 纯度≥99.9% | 广州盛盈气体有限公司 |
Span80 | 化学纯 | 天津科密欧化学试剂有限公司 |
Tween80 | 化学纯 | 天津科密欧化学试剂有限公司 |
正癸烷 | 分析纯 | 北京伊诺凯科技有限公司 |
去离子水 | 电阻率≥ 18.25 MΩ?cm | 实验室自制 |
表1 实验原料及试剂
Table 1 Experimental materials and reagents
实验药品 | 规格 | 供应商 |
---|---|---|
甲烷 | 纯度≥99.9% | 广州盛盈气体有限公司 |
Span80 | 化学纯 | 天津科密欧化学试剂有限公司 |
Tween80 | 化学纯 | 天津科密欧化学试剂有限公司 |
正癸烷 | 分析纯 | 北京伊诺凯科技有限公司 |
去离子水 | 电阻率≥ 18.25 MΩ?cm | 实验室自制 |
实验组别 | 含水量 | 液相体积/ml | 诱导时间/h | 储气量/(L 气/L 水) | 最高储气速率/(L 气/(L 水?h)) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 纯水 | 50 | — | 无水合 | |
2 | 纯水+7%(质量)S80/T80 | 50 | — | 无水合 | |
3 | 30% | 50 | — | 无水合 | |
4 | 40% | 50 | — | 无水合 | |
5 | 50% | 50 | — | 无水合 | |
6 | 55% | 50 | 3.80 | 22.25 | 19.61 |
7 | 60% | 50 | 0.19 | 17.26 | 49.56 |
8 | 70% | 50 | 4.01 | 12.07 | 15.08 |
表2 不同水油比的乳液水合储气结果[T=273.15 K,P0=7 MPa,乳化剂用量:7%(质量)]
Table 2 Hydrate-based methane storage results of emulsions with different water-oil ratios
实验组别 | 含水量 | 液相体积/ml | 诱导时间/h | 储气量/(L 气/L 水) | 最高储气速率/(L 气/(L 水?h)) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 纯水 | 50 | — | 无水合 | |
2 | 纯水+7%(质量)S80/T80 | 50 | — | 无水合 | |
3 | 30% | 50 | — | 无水合 | |
4 | 40% | 50 | — | 无水合 | |
5 | 50% | 50 | — | 无水合 | |
6 | 55% | 50 | 3.80 | 22.25 | 19.61 |
7 | 60% | 50 | 0.19 | 17.26 | 49.56 |
8 | 70% | 50 | 4.01 | 12.07 | 15.08 |
实验组别 | 乳化剂用量/%(质量) | 液相体积/ml | 诱导时间/h | 储气量/(L 气/L 水) | 最高储气速率/(L 气/(L 水?h)) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | 50 | — | 无水合 | |
2 | 3 | 50 | — | 无水合 | |
3 | 5 | 50 | 1.05 | 25.31 | 25.13 |
4 | 7 | 50 | 3.80 | 22.25 | 19.61 |
表3 不同乳化剂用量的乳液水合储气结果[T=273.15 K,P0=7 MPa,水油比:55/45]
Table 3 Hydrate-based methane storage results of emulsions with different emulsifier dosages
实验组别 | 乳化剂用量/%(质量) | 液相体积/ml | 诱导时间/h | 储气量/(L 气/L 水) | 最高储气速率/(L 气/(L 水?h)) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | 50 | — | 无水合 | |
2 | 3 | 50 | — | 无水合 | |
3 | 5 | 50 | 1.05 | 25.31 | 25.13 |
4 | 7 | 50 | 3.80 | 22.25 | 19.61 |
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