一种悬垂水滴生成水合物实验系统的开发与研究
FLOATING SEAL
专利名称：FLOATING SEAL 发明人：UMEHA GENKICHI,NAKAMURA
YOSHIKATSU,KAWAMURA OSAMU,IKUTAKE HIROSHI 申请号：J P 12774 182 申请日：19820723 公开号：J P S59204 4 8A 公开日：1984 0202
摘要：PURPOSE:To improve the wear resistance, strength, machinability and castability of the sealing surface of a floating seal by forming a chilled structure on the sealing surface of a material having specified contents of C, Si, Mn, Ni, etc. for the floating seal by remelting and cooling. CONSTITUTION:The base material of a floating seal is cast in flake graphite cast iron having a pearlite matrix and consisting of, by weight, 2.5-3.8% C, 1.52.5% Si, 0.4-1.2% Mn, 0.5-5.0% Ni and the balance Fe with trace impurities or further contg. proper amounts of Cr, P and S. The sealing surface of the base material is remelted with high density energy and cooled to form a chilled structure. The depth of the structure is about 0.5mm.-1/3 time the thickness of the floating seal, and the volume is <=1/10 time the volume of the seal. The matrix of the chilled structure of the sealing surface is made of martensite, and fine dendritic cementite is contained in the matrix in a dispersed state. The structure of the sealing surface of the resulting floating seal is dense and has superior strength.
四丁基溴化铵水合物的生成-分解特性
四丁基溴化铵水合物的生成-分解特性丁垚;宫敬;彭宇【摘要】对四丁基溴化铵(TBAB)水溶液与柴油形成的油包水乳状液中的水合物生成-分解特性进行实验研究,考察水合物的悬浮液混输.结果表明:四丁基溴化铵水溶液分散到柴油中形成油包水乳状液以后,相对于TBAB+水体系,生成水合物所需的温度降低,反应时间延长,能形成较稳定的水合物悬浮液；在相同的剪切速率下,TBAB水合物悬浮液的表观黏度明显大于对应的油包水乳状液的表观黏度,并且TBAB水合物颗粒体积分数越大,悬浮液的表观黏度越大,非牛顿流体的特性越明显；温度升高时,TBAB水合物在油包水乳状液中迅速分解,由固体颗粒融化成为液体,在此过程中对油包水乳状液具有明显的破乳作用,导致TBAB水合物在柴油中的悬浮液与水滴在柴油中形成的油包水乳状液的复合体系稳定性下降.%Based on die investigation of hydrate suspension multiphase transportation technology, experiments on TBAB hy-dtate formation-dissociation characteristics in invert emulsions formed by TBAB solution and diesel were carried out. The following results were obtained; The formation of TBAB hydrate in invert emulsions requires lower temperature and longer induction time compared with that in TBAB aqueous solutions. The apparent viscosity of TBAB hydrate suspension is higher than that of corresponding invert emulsion signifieantly at the same shear rate. The non-Newtonian phenomenon of TBAB hydrate suspension is more obvious and the apparent viscosity of TBAB hydrate suspension increases with the rise of TBAB hydrate particle volume fraction. When the temperature increases, TBAB hydrate dissociates rapidly in invert emulsions, transforming fromsolid particles to liquid. This phenomenon has obvious demulsificatkm effect as invert emulsions, which induces instability of the complex system containing TBAB hydrate suspension and water/diead e-riaion【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(035)004【总页数】4页(P150-153)【关键词】四丁基溴化铵水合物;生成特性;分解特性;油包水乳状液【作者】丁垚;宫敬;彭宇【作者单位】中国石油大学城市油气输配技术北京市重点实验室,北京102249;中国石油大学城市油气输配技术北京市重点实验室,北京102249;中国石油大学城市油气输配技术北京市重点实验室,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE832.332在深海中小型凝析气田的开发过程中，生产井产出的油、天然气、水经管道输送到集中处理平台进行处理。
全可视化双反应釜内甲烷水合物生成与分解特征研究
开发技术及水合物开发。 通讯作者:王凯(1982—) ,男,副教授,2004 年毕业于西南石油学院油气储运工程专业,2009 年毕业于中国石油大学( 北京) 油气储运工程专业,获博士学
位,研究方向为油气流动与传热智慧管理、气体水合物、新能源油气融合。
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合物缓慢生成阶段;第 4 阶段为温度压力基本稳定 至实验结束,为稳定阶段。 实验结果与文献中的水 合物生成阶段划分相吻合[28] 。
成后,利用真空泵对反应釜进行抽真空操作。 打开 2. 1. 1 生成过程
恒温室,使水合物平台的温度处于恒定值。
图 3a 为上、下釜生成水合物过程。 上釜中首
(2) 打开进液阀,通过恒压恒速泵以一定的速 先在反应釜壁面的液滴处形成附着于壁面的小块
进行研究具有非常重要的科学价值以及政治经济
意义。 当前对于水合物的生成分解过程研究主要
分为生成动力学、分解动力学以及水合物稳定条件 3 个方面[2] ,主要手段为数值模拟和室内实验。 数
值模拟是分析水合物生成分解行为的重要手段, TOUGH+HYDRATE、CMG、Fluent、COMSOL 等软件
细记录观察水合物的生成分解特征,分析不同因素 对生成分解行为的影响。 在此基础上,选取了纯度 为 99. 99 %的甲烷和去离子水作为实验介质,进行 了 2 次生成分解实验,对上下釜水合物演变特征进 行分析。 然后对比 2 个反应釜内温度压力变化、气
长输管道天然气水合物形成与防治
水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞， 因此天然气输送过程中水合物的产生与预防是很重要的问题。
天然气长输管线水合物生成的预防
输气设备中由于天然气形成水合物而产生的危害是普遍的现 象，因此对其防治非常重要。
天然气水合物(Natural Gas Hydrates)也称水化物或简称水合物， 是在一定压力和温度条件下，天然气中某些气体组分与水形成的一种 复杂的但又不稳定的白色结晶固体，是一种类似于冰或雪的物质。密 度为0.88~0.90 g/cm3。其中可形成水合物的典型物质包括：CH4、 C3H6、C2H4、C2H6、CO2 和H2S 等。一般用M⋅nH2O 表示，M 为水 合物中的气体分子，n 为水分子数，如CH4⋅6H2O，CH4⋅7H2O， C2H6⋅7H2O 等。也有多种气体混合的水合物。
大量研究结果表明，水合物是由氢键连接的水分子结构形成笼形 结构，气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格中。至今，在 自然界已经发现了3 种水合物晶格结构：结构Ⅰ型、结构Ⅱ型、结 构H 型，晶格中含有无数大小不等的孔穴。在稳定的水合物中，一 些孔穴被气态化合物占据，称之为客体分子。只有分子尺寸和几何 形状适宜的气体才能进入孔穴。孔穴中可能仅含有一种气态化合物， 也可能含有不同化学种类的气体分子。在一稳定水合物中无需所有 孔穴均被填满，在Ⅰ型结构的晶格空穴中只能填充CH4、C2H6 小分 子烃类以及H2S等非烃分子；Ⅱ型结构中还可以容纳C3H8、C4H8等 较大的烃类气体分子；而H 型结构除了能容纳上述各种分子外，还 能容纳一般的原油分子i-C5。
降压控制
与管线加热技术原理相似，通过降低体系压力来控制水合物的生成。 有3 种极限情况：等温降压，压力十分缓慢地降低；等焓降压，压力迅 速降低，不发生热传递；等熵降压，压力通过理想膨胀机降低，不发生 热传递。实际的降压过程通常介于等温和绝热之间。
流动体系天然气水合物生长研究进展
物 生长的理论模 型应用于流动体 系中的不 多； 动 力学／ 将 传质／ 传热 三者有机 结合起 来 的模 型研 究还不
成 熟 。并 提 出 了 未 来研 究 的 方 向及 建议 。
关键词
天 然气
水合物 生长
动力学
传质
传热 Ａ 文章编 号 ０ ５ －０４ ２ １ ）２０４ －８ ２ ４６ ９ （ ００ ０ －２ ９０
将显微仪所观察到的水合物生长过程的主要
特点 归纳 总结 如下 ： ａ ．客体 分子 连续 相 与 水 分 子 连续 相 分 层存
第３ ７卷
第 ２期
化
工
机
械
２ｌ ５
在时， 水合 物会 在 相 间 界 面迅 速 生 长形 成 水 合 物 分界层 （ １ ）在 客体 液滴或 者气 泡 在连 续 的水 图 ｃ；
２０ ５
化
工
机
械
２１ ００年
水合 物生 长 的实 验观 测多 采用显 微摄 像技 术
验 的结果 均表 明水合 物 是 在 相 界 面处 开 始 形成 、
的仪器实验研究 。实验现象会随着实验体系、 实 验设 备和 实 验环 境 的不 同 而不 尽 相 同 。但 是 ， 实
生 长和 发 展 的
转 向深海领域 ， 开发过程 中的流动保 障问题成为 安 全生产 的关 键 。海底 高压 低温 的恶 劣条 件为 天
然气 水合 物形 成 提 供 了有 利 的环 境 。当前 ， 制 控 管道 中天 然气水 合 物生成 的方 法 主要有 添加 抑制
天然气水合物的生 长是一个多组分多阶段结 晶 过程 。水合 物形 态 学 可 以为研 究 水 合物 晶体 结 Ｊ
⑦＿ ⑩了 ◇ 一 ◎ ０ ③了 ④ ◎ ⑧了
浅析太阳能海水淡化的发展过程
摘要：本文按照在海水淡化过程中能源的来源方式不同，分常规能源和太阳能两个方面对海水淡化的研究进展进行了综述。
着重介绍了太阳能海水淡化技术中的盘式海水淡化法和增湿海水淡化技术中存在的优缺点以及各国研究者所做出的改进方式以及实验研究成果。
并对太阳能海水淡化技术目前存在的问题及发展趋势提出了一些建议。
关键词：地球上拥有丰富的水资源，海水覆盖面积达71%，但不能直接用于生活用水和饮用水。
地球上淡水资源只占水资源总量的 2.5%，其中可供人类支配的淡水资源不足0.36%错误!未找到引用源。
第二次工业革命以来，化工、制造、电力等工业的兴起，使得人类对水资源的需求量大增，淡水资源日显不足；特别是进入20世纪以来，世界人口急剧增加，环境污染和生态破坏严重，城市化和人口集中等因素均给淡水供应带来巨大压力，人类无节制的开采及管理不善更加剧了水资源的供需矛盾。
据测算，以目前世界人口的增长速度，至2025年世界人口将达85亿，届时淡水供需矛盾将更加突出错误!未找到引用源。
通过海水制取纯水已有百年历史，二战后海水淡化技术进入实用化、工业化阶段，技术日臻成熟，为解决淡水短缺问题提供了新的途径。
本文作者按照在海水淡化过程中能源的来源方式不同，分两个方面给我们介绍了海水淡化的研究进展，并重点介绍了太阳能海水淡化技术中的盘式海水淡化法和增湿海水淡化技术中各国研究者所做出的研究成果。
1 海水淡化研究进展1．1 常规能源海水淡化技术人类很早便开始利用海水来制取纯水，阿拉伯人在16世纪便通过蒸馏海水获取饮用水；至19世纪末英国已相继发明了管式蒸馏器、喷膜蒸发等技术，并开始对闪蒸技术进行研究；二战期间压汽蒸馏技术已开始应用于船舶和海外离岛的淡水供应，多效蒸馏装置也开始装备至战舰上；二战后阿拉伯地区石油开采为大型海水淡化机组的应用提供了契机，1957年多级闪蒸在中东地区大规模应用，1975年低温多效进入工业化应用，1980年反渗透淡化技术解决膜技术难题，并很快成为市场份额最高的淡化技术错误!未找到引用源。
促进二氧化碳水合物快速生成的方法与机理的研究进展
摘 要： 在所有温室气体中，由于二氧化碳化学稳定性高及排放量大，对温室效应的贡献最大。利用二氧化碳水合 物储存与固定二氧化碳，减缓全球温室效应是 21 世纪国际水合物界应用研究的热点。如何提高二氧化碳水合物 的生成速率和效率，已成为二氧化碳水合物研究的关键问题。文章在参考国内外相关文献的基础上，阐述了二氧 化碳水合物及其生成机理，对促进二氧化碳水合物快速生成的方法进行了总结，比较了几种方法的优缺点，并且对 未来的研究方向做出了展望。 关键词： 温室效应； 二氧化碳； 二氧化碳水合物； 快速生成； 生成机理 中图分类号： TE762 文献标识码： A 文章编号： 1000 － 1166（ 2012） 03 － 0025 － 06
中国沼气 China Biogas 2012，30（ 3）
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促进二氧化碳水合物快速生成的方法与机理的研究进展
王林军1，2 ，邵 磊1 ，张学民2，3 ，张 东2 ，焦 亮2
（ 1． 兰州理工大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730050； 2． 兰州理工大学 太阳能与气体水合物研究中心，甘肃 兰州 730050； 3． 兰州理工大学 石油化工学院，甘肃 兰州 730050）
2 二氧化碳水合物的生成机理
二氧化碳水合物的生成过程由二氧化碳气体在 水（ 或溶液） 中溶解、晶核的形成（ 成核） 和水合物晶 体生长 3 个过程组成。水合物晶核的形成比较困 难，一般都包含一个诱导期，而且诱导期具有很大的 不确定性和随机性。当过饱和溶液中的晶核达到某 一稳定的临界尺寸时，系统将自动进入水合物快速 生长期。由于成核过程具有很大的不确定性，许多 学者把研究的重点集中在了水合物晶体生长过程。 水合物微观生成机理非常复杂，并且伴随着大量水 合热的释放，涉及到气、液、固多相之间的传热传质 等。
喷雾反应器中甲烷水合物生长动力学模型
烷 为主要组成 部分 ）开发 潜力 和应 用价值 的 日益 关注 ［ ，因而 有必要 在充 分 了解水合 物形成 机理 的同 ２ ］
时 ，弄清影 响水 合 物生成 速率 的各类 相关 因子 ，从 而对水 合物 形成 动力学 进行 透彻 的理论分 析 。 目前
已有的几种经 典动力 学 模 型 都是 把 搅 拌 式反 应 釜 中 的水合 物 形 成作 为研 究 重 点 ，其 中 Ｖｙ ｎａ ｓ ａ— ｓｉｕ ｋ ｓ Ｂ ｓｎ ｉ 型［ 所推 导 的半 经验 方程 ，含有 一个 严重 的缺 陷 ，即用 宏观 动 力 学描 述 一 个微 观过 程 ；基 ｉ ｏ模 ｈ ３ ］ 于双膜理 论与结 晶理论 所得 到 的 Ｅ ｇｅｏ— ｉ ｎ ｉ 型Ｌ ，在 水合 物生 长一段 时 间之 后 ，由于 液膜传 ｎ ｌｚｓＢｓ ｏ 模 ４ ｈ ］ 质 系数 所带来 的误差 ，使 实验 数据 与模型 拟合 曲线 出现较 大 的误 差 ；从化 学反 应角度 分析气 体水合物 的 Ｌ ｋ ａ Ｒ ｏｆ 型［ ，因 为计算 的气体水 合物 反应速 率 的主体 部分 通 常是 由一 系列复 杂 的方程 式 ｅ ｖｍ－ ｕ ｆ模 ５ ］
ｌ 喷雾 反应 器 中 甲烷 水 合 物 生 长机 理
在 喷雾反应 器 中 ，雾化 水滴 与 甲烷 气体 充分接 触 ，甲烷扩散 到水滴 中生 成 细小 的水合物 晶核 。初
始生成 的水合物 较少 ，没有 完全 覆盖住 水滴 表面 ，随着雾 化水滴 的下 落 ，甲烷水 合物 快速生 长并包裹 住整个水滴 ，在水 滴表 面形 成 了一层具 有多孑 介质特 性 的水 合物膜 ，甲烷与 水必须 从 中穿越才 能发 生 Ｌ 反应 ，因而增加 了扩散 阻力 ，导致 水合 反应 速率降低 。水合 反应是 放 热过程 ，由于快 速下落 的雾化 水 滴与 甲烷 间对 流换 热系 数大 ，能把 水合 热迅速传 递 到富气相 空间 中 ，因而不 必考虑 到传 热对 水合物 生
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作 者 简 介 ：刘
磊 （９５ ） １ ８ 一 ，男 ，硕 士 研 究 生 ；刘 道 平 （ ９３ ，男 ，教 授 ，通讯 联 系人 。Ｅ ｍａ ：ｕｅｈ ｐ ｙ ９ ５ １３ ｃｒ １６ 一） — ｉ ｌ ｌｉａｐ 一１ ８ ＠ ６ ．ｏ ｌｉ ｎ
基 金 项 目 ：上海 市 重 点 学 科建 设 项 目 （ ３５ ３ ￥００）
一
种 悬 垂 水 滴 生成 水 合 物 实 验 系统 的 开 发 与 研 究
刘 磊 刘 道平 汤成 伟 张 亮
（ 海 理 工 大 学 制 冷技 术 研 究 所 ，上 海 ２ ０ ９ ） 上 ０ ０ ３
摘 要 ： 为 了从 微 观 角度 研究 水 合 物 的 喷 雾法 制 备 ，设 计 了一 套 静 止 悬 垂水 滴 合 成 气 体 水 合 物 高 压 可 视 化 实 验装 置 。介 绍 了 设备 的组 成 和 Ｔ 作 原 理 ，并 从 压 力 和 温度 两个 方 面对 静 止 水 滴 生 成 水 合 物 进 行 了分 析 。
８ 一ｍａ ａ ｅ ｌ ｔｎｇ ｐｕ ｐ ；９一ｃ ｍ ｐ ｅ ；１ ０一ｖ ｕ ｍ ｕｍｐ ｎｕ １ ｒ ｇｕ ａ ｉ ｍ ｏ ｕｔ ｒ ａｃ ｕ ｐ
力调节 器调节 反应 釜内实验 气体 的压 力 。开启 温
收 稿 日期 ：２ １ － ６０ ；修 订 日期 ：２ １ — ８２ ０ ００－ ２ ０ ０ ０ —０
１ ｎ ｔ ｒｌ ａ ｅｅ ｖ ｉ Ｚ— ｔｒ ａｈ ； ｗａ ｅ ｊｃ ｅ 一 ａｕ ａ ｓ ｓｒ ｏ ｒ； ｗａｅ ｔ ３ ｇ ｒ ｂ ｔ ｒ ａ ｋ ｔ；４一 ｅ ｃｏ ｒａ ｔ ｒ；
５ ｗａｅ ｒ ｐｅ ； ６ 一 ｖｓ ａ ｗｉ ｄ ｗ ； ７ 一 ｍ ｉ ｏ ｃ ｐｃ ｃ ｍｅ ａ ； ｔｒ ｄｏ ｌ ｔ ｉ ｌ ｎｏ ｕ ｃ ｓｏ ｉ ａ ｒ ｒ
实 验证 明 ，这 套 系 统 能很 好 地 应 用 于 气体 水 合 物 制 备 过程 的 特性 和工 艺 研 究 。
关键 词 ： 气 体 水 台 物 ；诱 导 时间 ；生长 形 态 ；过冷 度 中 图分 类 号 ： Ｔ ８ Ｅ 文献 标 识 码 ： Ａ
气 体水合物是 一类 笼形结 构 的冰 状 晶体 ，是 由主体 分 子 即水 分子 问以 氢键 相 互 结合 形 成笼 形空
统 、数据 采集系统 等组成 。实 验方 法 ：关 闭各管
路 阀 门，将 反应釜 抽真空 。通 过压力 调节器 向反 应 釜 内充 人一定压 力 的实 验气 体 ，对 反应釜 腔室
进行 吹扫 ，重 复＿ 次 ，彻 底清 除反应 釜 中残 留的 三
空气 。反应气体 从 高压气瓶 进入 反应 釜 ，通 过压
格 ，将客 体分子包 络在 其 中所 形成 的非 化 学计 量 的包 络 化 合 物Ｌ 。其 制备 过 程 既 是 一个 受 温 度 、压 １ ］ 力 、混合 物组分 浓度等 参数 影 响 的气 一 固三 相的水 合 放热 反应 过 程 ，也是 一 个 受气一 液一 固、气一 直接 液 接触效果 影响 的固液相 变传 热过 程Ｌ 。 目前 水 合物 的制 备 方法 主要 有 气一 ２ ］ 液接 触 法 、机械 搅拌 法 、鼓 泡法和喷 雾法口 。其 中喷 雾法是 一种 高效强 化制取水 合物 的方法Ｌ ，它是通 过 喷 嘴将水 雾化 并喷入 ］ ４ ］ 反应气体 中 ， 目的为 了在单 位反应 釜体 积 内获 得较 大 的气一 接 触 面积 ，强 化传 热 传 质 ，减 少诱 导 时 水
间 ，提 高水 合反应 速率 。
对于水 合物 的喷雾法 制备 ，微 观上其 主要研究 的焦点是 静止水 滴或运 动水 滴 表 面［ 的水合 物形 ７ ］
成机理 ，宏观上则 表现 为富气 相环 境下 的容 积传热 传质效应 ，气体 消耗 率等 。研究水 滴表面 形成水合 物 的实验 现象对 喷雾法 制备水 合物 至关重要 ，是从 微观层 面研究水 合物 喷雾 法制备迈 出的第 一步 。因
第 ２ 卷 第 ５期 ６
２１ ０ ０年 ｌ 月 Ｏ
化 学 反 应 工 程 与工 艺
Ｖｏ ６， Ｎｏ ５ ｌ２ ０ｃ．２ Ｏ ｔ ０１
Ｃ ｅ ｃｌ ｅｃｉ ｎ ｉ ｅｉｇａｄＴｅｈ ｏｏ ｙ ｈ ｍｉ ａｔ ｎＥ ｇｎ ｒ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ａＲ ｏ ｅ ｎ
文章 编号 ：１ ０ —７ ３ （ ０ ０ ５ ０ ０ － ０ ０ １ ６ １ ２ １ ）０ － ４ ６ ５
图 １ 静 止悬 垂 水 滴 合 成 气 体 水 合 物 可视 化实 验 装 置
Ｆ ｇ １ Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｉｇ ａ ｏ ｈ ｉ ｕ ｌ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｉ ． ｃ ｅ ｔｃｄ ａ ｒ ｍ ｆｔ ｅ ｖ ｓ ａ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｅ ａ ｐ ｒ ｔ ｓ ｆ ｒ ｈ ｄ ａ ｅｆ ｒ ｔｏ ｎ ｐ ｎ ａ ｔ ｗａ ｅ ｒ ｐ ｅ ｐ ａ ａ ｕ ｏ ｙ ｒ ｔ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｄ ｎ ｔ ｒｄ ｏ ｌｔ
此本方案设 计搭建 一种 可视化 悬垂水 滴水合 物实验 台 ，希望 从微观 方面 着手 ，研究静 止水滴 形成水合
物 的生 长 机 理 。
１ 实 验 装 置 及 方 法
根 据理论 计 算 与 研究 分 析 ，设 计 并 建 立 了
研 究静止悬 垂水滴 表面气 体水合 物结 晶与生 长的 高 压可视化 实验装 置 ，如 图 １所示 。 该装 置 由反应 系统 、反应 气体供 给系统 、温 度 控制 系统 、水 滴 控 制 系统 、Ｃ Ｄ显 微 摄 像 系 Ｃ
第 ２ 卷 第 ５期 ６
刘 磊 等 ．一 种 悬 垂 水 滴 生 成 水 合 物 实验 系 统 的 开 发 与 ，直到 釜 内气温 达到 设定 值 。打开手 动计量 泵 阀门 ，向反 应腔 窒注 入水滴 ，通过 图像 显示 界 面监测 水滴 尺寸 ，待 水滴 尺寸 合适 时关 闭计量 泵 阀 门。通 过 Ｃ Ｄ显 微 摄 像 系统 进 行 观测 ，连续 记 Ｃ 录反应过程 。各 实验 参数 由数 据 采集 系统实 时采集 并记 录 。