碳纳米管、聚氨酯泡沫和新型干水对甲烷水合物生成的强化作用

发布时间：2017-07-18 06:05

  本文关键词：碳纳米管、聚氨酯泡沫和新型干水对甲烷水合物生成的强化作用

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【摘要】：水合物技术现已运用在气体储存和运输、混合气体分离、空调蓄冷、污水处理、海水淡化和溶液提浓等工业领域,但水合物自然形成速率缓慢,极大地限制了水合物技术的应用,如何强化水合物的生成过程是水合物技术工业化的关键。本文在水合物静态生成体系中引入了几种新型材料,采用恒容法研究不同材料对水合物生成过程的强化作用及强化机理,主要研究工作如下:首先,配制了多壁碳纳米管-0.03wt%SDS水溶液,研究在不同浓度和气相压力下,该混合溶液对水合过程的强化作用。结果表明,在多壁碳纳米管浓度为0.002 wt%~0.04wt%的范围内,随着浓度增大,水合物储气量和最大储气速率也增大,最大储气量为165V/V,最大储气速率为12.3 m3·m-3·min-1,t90则减小,最小t90为26.8min。在相同浓度和温度下,压力越大,储气量和最大储气速率越大。其强化作用可以总结为吸附作用、对传质过程的强化和对传热过程的强化。其次,在0.03wt%SDS溶液中引入不同孔径的聚氨酯泡沫材料,研究孔径大小对水合过程的影响和聚氨酯泡沫的循环储气性能,以及添加碳纳米管溶液后的复合材料对水合过程的强化性能。结果表明,该材料具有优异的循环储气性能,PU-1.0可以实现最高储气量179 V/V,PU-2.0可以实现最大的储气速率9.7 m3·m-3·min-1。在添加碳纳米管溶液提高导热性能后,复合材料实现了最高储气量184 V/V。PU泡沫材料本身疏水、高比表面积的特性和具有连通性良好的孔隙空间的结构特点,可以实现对传质过程的强化。最后,将新型干水引入水合物生成体系发现,铜粉干水的最大储气速率比干水样品的增大了35.69%,但是储气量被削弱。冷冻干水可以实现较高的储气量148V/V,但是最大储气速率比干水降低了43.90%,这是水合物快速生成产生的大量水合热无法及时移除导致的。铜粉冷冻干水在实现较高储气量的同时,对比干水最大储气速率提高了48.78%,这是实现了传热传质的同时强化的结果。
【关键词】：甲烷水合物 生成 强化 多孔介质
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 气体水合物简介11-13
• 1.2 气体水合物的生成13-15
• 1.2.1 气体水合物成核13-14
• 1.2.2 气体水合物生长14-15
• 1.3 气体水合物生成的强化方法15-26
• 1.3.1 机械强化方法16-17
• 1.3.2 化学强化方法17-26
• 1.4 选题依据及研究内容26-28
• 第二章 碳纳米管强化甲烷水合物生成的实验研究28-49
• 2.1 实验原料及设备29-31
• 2.1.1 实验原料及试剂29-30
• 2.1.2 实验设备及仪器30-31
• 2.2 实验步骤31-33
• 2.2.1 碳纳米管溶液的制备31-32
• 2.2.2 导热系数测定32
• 2.2.3 水合实验32-33
• 2.3 实验数据处理33-35
• 2.4 实验结果与分析35-47
• 2.4.1 碳纳米管溶液表征35-37
• 2.4.2 碳纳米管溶液的浓度对水合过程的影响37-43
• 2.4.3 压力对水合过程的影响43-46
• 2.4.4 强化机理分析46-47
• 2.5 本章小结47-49
• 第三章 聚氨酯泡沫强化甲烷水合物的生成实验研究49-76
• 3.1 实验原料及设备50-52
• 3.1.1 实验原料及试剂50-51
• 3.1.2 实验设备及仪器51-52
• 3.2 实验步骤和实验数据处理52-55
• 3.2.1 聚氨酯泡沫的性能表征52-54
• 3.2.2 水合实验54-55
• 3.3 实验结果与分析55-75
• 3.3.1 聚氨酯泡沫性能表征55-61
• 3.3.2 孔径对水合过程的影响61-67
• 3.3.3 碳纳米管加聚氨酯泡沫实验67-73
• 3.3.4 循环储气性能评价73-74
• 3.3.5 强化机理分析74-75
• 3.4 本章小结75-76
• 第四章 新型干水强化甲烷水合物的生成实验研究76-91
• 4.1 实验原料及设备76-78
• 4.1.1 实验原料及试剂76-77
• 4.1.2 实验设备及仪器77-78
• 4.2 实验步骤78-79
• 4.2.1 新型干水制备和表征78-79
• 4.2.2 水合实验79
• 4.3 实验数据处理79
• 4.4 实验结果与分析79-90
• 4.4.1 新型干水性能表征79-82
• 4.4.2 水合过程评价82-88
• 4.4.3 强化机理分析88-90
• 4.5 本章小结90-91
• 结论91-93
• 参考文献93-104
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果104-105
• 致谢105-106
• 附件106

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本文编号：556279