多孔介质中天然气水合物生成影响因素研究进展

发布时间：2019-11-05 09:22

【摘要】：天然气水合物是天然气分子和水分子在低温高压条件下形成的非化学计量的笼型晶体。作为一种潜在性能源的同时,其在工业上也有广泛的应用前景。自然条件下的水合物主要存在于永冻区和海底沉积物的空隙中,实验模拟自然条件下水合物的生成,对于研究水合物的成矿机理、勘探开采以及工业应用都具有实际意义,因此许多学者在多孔介质中进行了水合物的生成实验。本文通过整理前人的研究成果,总结了多孔介质环境下介质粒径、表面特性以及添加剂(盐分和表面活性剂)的协同作用对于水合物生成速率和相平衡的影响,并归纳了不同反应条件下水合物在多孔介质中的生成位置分布情况以及几种热力学理论模型;最后提出,介质表面特性、不同种类多孔介质与盐离子的混合体系对水合物生成的影响以及多孔介质中不同的反应条件对水合物的生成位置的影响均值得进一步探讨和明确。此外,裂隙环境中不同的裂隙宽度及壁面粗糙度条件下水合物的生成情况也需要进行深入研究。
【图文】：

饱和条件,多孔介质,中水,转化率

第12期潘振等：多孔介质中天然气水合物生成影响因素研究进展·4405·图1全饱和条件下不同粒径多孔介质中水分转化率[11]成速率增加。另外温度越低，多孔介质对于水合物成核速率的影响越明显。李明川等[13]也指出多孔介质会明显减少水合物生成的诱导时间，并且随着颗粒粒径的减小，缩短的时间越长。（2）大粒径有利于水合物生成WROTTESLEY[14]则通过实验得出了相反的结论，他们发现水合物更容易在较大的孔径中成核。TURNER等[15]的研究成果或许能够解释这一实验现象，他们通过实验认为晶核形成的尺寸大小与温度有关，温度越低，晶核形成的尺寸就会越校因此水合物若在较小的孔隙中形成，就需要更低的温度来形成小尺寸的晶核，即所需的温度条件相对苛刻。而水合物形成大尺寸晶核时由于所需的温度条件更容易达到，所以水合物更容易在大孔径中生成。CHONG等[16]采用了4种粒径不同的硅砂作为多孔介质进行水合物生成实验，发现硅砂粒径越小水合物越不易生成，且生成水合物的携气率越低。同时，SUN等[17]也指出相比于大孔径，小孔径的毛细管力更强，在降低水活度的同时不利于气体分子的扩散，阻碍了气体与水分子的接触，所以水合物会优先在毛细管力较弱的大孔径中生成。综上可知，对于同一种多孔介质而言，随着粒径变化，其表面积和毛细管力也会相应变化，而两者对于水合物生成速率的影响正好是相反的，因此本文作者认为理论上应该存在一种临界尺寸，使得两者对于水合物生成速率的影响达到平衡。大于此临界尺寸的多孔介质由于毛细管力较小并且提供了一定的成核位置，使水合物生成速率加快；小于此临界尺寸时，根据小粒径能加快水合物生成的实验现象推断，应该是由于较大的表面积提供的成核位置占主导因素，?

曲线,相平衡,甲烷水合物,硅胶

衔锵嗥?衡条件影响的争议，主要集中在这两点。（1）多孔介质环境下相平衡条件更苛刻李明川等[13]指出多孔介质的存在会使水合物生成的相平衡曲线向左上方偏移，即相平衡温度更低，压力更高，且介质粒径越小，对相平衡条件影响越大。他们认为这是由于多孔介质孔隙会产生很强的界面张力和毛细管凝聚作用，从而导致水合物在其内的生成与在纯液态环境中的生成有很大差别。KANG[22]在硅胶中进行水合物相平衡研究时发现，硅胶在使水合物生成速率增大，气体消耗量增加的同时，会使相平衡的温度更低，，压力更高。如图2所示。他同时提到，由于实验所采用的硅胶粒图2不同粒径硅胶中甲烷水合物相平衡曲线[22]

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