亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        TBAC+Tween80+CO2 體系下水合物生成動力學(xué)

        2021-04-08 05:40:36王嬌嬌閆超生周詩崠饒永超趙書華
        石油化工 2021年3期
        關(guān)鍵詞:體系

        王嬌嬌,閆超生,周詩崠,饒永超,趙書華

        (常州大學(xué) 石油工程學(xué)院 江蘇省油氣儲運(yùn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 常州 213164)

        近年來,天然氣水合物越來越受到全世界的關(guān)注[1-2],水合物技術(shù)在工業(yè)中也被廣泛應(yīng)用,如海水淡化[3-4],氣體分離[5-6],碳捕集與封存技術(shù)[7]等。確保此類技術(shù)可行的關(guān)鍵是使水合物快速且容易生成,因此如何促進(jìn)水合物生成已成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。促進(jìn)劑的使用是有效促進(jìn)水合物快速生成的方法之一。常見的添加劑有很多,其中四丁基氯化銨(TBAC)作為一種熱力學(xué)添加劑,可改變水合物的相平衡,降低水合物的生成條件[8],且自身能形成半籠型結(jié)構(gòu)而得到廣泛關(guān)注。Shi 等[9]探究了TBAC 含量對水合物生成的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在過飽和環(huán)境中,較高壓力或較低溫度下TBAC可促進(jìn)水合物生成。Kim 等[6]研究了在TBAC 存在下,模擬煙道氣混合物中CO2的捕集,與20%(φ)CO2+80%(φ)N2的天然氣水合物體系相比,加入TBAC 后顯示出了顯著的熱力學(xué)穩(wěn)定性。Lim等[10]在50%(φ)CH4+50%(φ)CO2+促進(jìn)劑的體系下,進(jìn)行氣體吸收、氣體組成測量和光譜分析,13C NMR 和拉曼光譜結(jié)果表明在TBAC 溶液中形成的半籠型水合物相對CO2有更高的選擇性,存在扭曲的D 籠,對CO2分子具有強(qiáng)烈偏好。由于TBAC 形成的半籠水合物只有小籠可捕捉氣體,且單位單元內(nèi)可用于捕獲氣體分子的空籠數(shù)量較少[11],促進(jìn)水合物生成能力有限,所以單獨(dú)添加TBAC 已經(jīng)不能滿足水合物快速生成的需求,聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯(Tween80)作為一種表面活性劑也廣泛應(yīng)用在促進(jìn)水合物生成中。

        本工作研究了TBAC+Tween80 復(fù)配體系下CO2水合物的生成動力學(xué)。其中,TBAC 的含量(w)為5%,10%,15%,Tween80 的質(zhì)量濃度為500,1 000,2 000,3 000,4 000 mg/L。主要關(guān)注了TBAC 與Tween80 不同配比下對水合物生成動力學(xué)的影響,主要研究了誘導(dǎo)時(shí)間、氣體的累計(jì)耗氣量、體系中氣-水合物轉(zhuǎn)化率、以及TBAC 與Tween80 兩種添加劑之間的協(xié)同作用等。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)原料

        高純?nèi)ルx子水:實(shí)驗(yàn)室自制;CO2:純度不低于95%(φ),常州市武進(jìn)華陽氣體有限公司;TBAC:純度不低于95%(w),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;Tween80:純度不低于99%(w),無錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司。

        1.2 TBAC+Tween80 復(fù)配體系下水合物生成實(shí)驗(yàn)

        進(jìn)行水合物生成實(shí)驗(yàn)前首先用去離子水清洗反應(yīng)釜2 ~3 次,高壓原料氣體吹掃2 ~3 次,清除反應(yīng)釜內(nèi)的殘留雜質(zhì),將實(shí)驗(yàn)前配制好的70 mL溶液(TBAC/Tween80)吸入反應(yīng)釜內(nèi),真空泵抽真空,記錄反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力數(shù)據(jù),開啟恒溫水浴槽,并將溫度設(shè)定在高于預(yù)測相平衡溫度的設(shè)定值(293.2 K);打開氣瓶和進(jìn)氣閥,使CO2氣體注入反應(yīng)釜中,直到反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定的初始壓力(3.6 MPa);開啟攪拌,使反應(yīng)釜內(nèi)溫度以0.15 K/min 的速率逐漸降低到溫度為275.2 K,當(dāng)數(shù)據(jù)采集儀顯示反應(yīng)釜內(nèi)壓力發(fā)生突降,溫度突升,表明此時(shí)開始大量生成水合物;當(dāng)釜內(nèi)氣體壓力不再變化,溫度在275.2 K 附近波動時(shí),表明水合物生成過程結(jié)束,實(shí)驗(yàn)全程所得數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)采集儀采集。

        1.3 實(shí)驗(yàn)工況

        實(shí)驗(yàn)初始壓力為3.6 MPa,初始溫度為293.2 K,實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)溫度為275.2 K,以0.15 K/min 的速率進(jìn)行降溫,探究TBAC 的含量(w)為5%,10%,15%,Tween80 的質(zhì)量濃度為500,1 000,2 000,3 000,4 000 mg/L 復(fù)配體系下的水合物生成實(shí)驗(yàn)。

        1.4 定義協(xié)同參數(shù)

        為了更好地理解熱力學(xué)促進(jìn)劑TBAC 和非離子表面活性劑Tween80 的協(xié)同作用,定義了協(xié)同參數(shù)(SP),該參數(shù)可顯示兩種不同的添加劑是否存在協(xié)同作用或拮抗作用,見式(1)[12]。

        式中,I1和I2為單個(gè)TBAC 或Tween80 體系內(nèi)水合物生成時(shí)的誘導(dǎo)時(shí)間;I1+2為TBAC+Tween80 復(fù)配體系內(nèi)水合物生成時(shí)的誘導(dǎo)時(shí)間。

        SP 為正值對應(yīng)于兩種添加劑的協(xié)同作用,而SP 為負(fù)值對應(yīng)于兩種添加劑的拮抗作用,如果兩種添加劑對體系內(nèi)水合物的生成既沒有協(xié)同作用也沒有拮抗作用,則SP 為零。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 復(fù)配添加劑對誘導(dǎo)時(shí)間的影響

        圖1 為不同含量的TBAC 與Tween80 復(fù)配體系下,水合物生成過程中的誘導(dǎo)時(shí)間。由圖1 可知,在TBAC+Tween80 復(fù)配體系中,水合物生成的誘導(dǎo)時(shí)間相比純TABC 體系均大幅度減少,說明在促進(jìn)水合物成核方面,復(fù)配體系要優(yōu)于純TBAC體系,可能是添加了Tween80 后,表面活性劑聚集于氣液界面處,進(jìn)一步降低了氣液界面表面張力,促進(jìn)了CO2氣體在溶液中溶解[13],使得反應(yīng)釜在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到氣液平衡,由于表面張力降低導(dǎo)致的擴(kuò)大氣液接觸面積降低了傳質(zhì)阻力[14],也促進(jìn)了水合物成核。5%(w)TBAC 和15%(w)TBAC都與1 000 mg/L 的Tween80 復(fù)配時(shí)有最短誘導(dǎo)時(shí)間,分別為22.5 min 和22.9 min,并且當(dāng)Tween80質(zhì)量濃度大于1 000 mg/L 時(shí),隨著質(zhì)量濃度的增加,5%(w),15%(w)的TBAC 與Tween80 的協(xié)同作用都逐漸減弱。而對于10%(w)TBAC 與Tween80 的復(fù)配體系,在Tween80 為500 ~2 000 mg/L 的范圍內(nèi),隨著Tween80 濃度的增加,促進(jìn)作用逐漸增大,當(dāng)Tween80 的質(zhì)量濃度為2 000 mg/L 時(shí),促進(jìn)作用達(dá)到最大,相比純TBAC 體系誘導(dǎo)時(shí)間減少59%,而當(dāng)質(zhì)量濃度超過2 000 mg/L 時(shí),隨著Tween80 濃度的增加,促進(jìn)作用有逐漸減弱的趨勢,這是因?yàn)殡STween80 濃度的增加,溶液的黏度增加,抑制了CO2氣體分子和游離水的遷移,導(dǎo)致促進(jìn)作用減弱。

        圖1 不同含量TBAC 與Tween80 復(fù)配體系下水合物生成的誘導(dǎo)時(shí)間Fig.1 Induction time of hydrate formation in the synergetic system with different contents of TBAC and Tween80.

        圖2 為不同含量TBAC 與Tween80 復(fù)配體系的SP。由圖2 可知,SP 均為正值,表示熱力學(xué)促進(jìn)劑TBAC 與動力學(xué)促進(jìn)劑Tween80 兩者之間對于水合物的成核具有明顯的協(xié)同作用。在10%(w)TBAC 體 系 中,與1 000,2 000 mg/L Tween80 的協(xié)同作用達(dá)到最大,SP 約為0.5。同樣在5%(w)TBAC 的復(fù)配體系中,與1 000 mg/L Tween80 的協(xié)同參數(shù)最大,約為0.55。在15%(w)TBAC 復(fù)配體系中,Tween80 為1 000 mg/L 時(shí)SP 為0.43,協(xié)同作用達(dá)到最大。分析認(rèn)為當(dāng)Tween80 質(zhì)量濃度大于1 000 mg/L 時(shí),隨著濃度的增加,TBAC與Tween80 的協(xié)同作用逐漸減弱。在500 mg/L Tween80 的復(fù)配體系中,可能Tween80 濃度較小,促進(jìn)作用有限,隨著溶液中Tween80 濃度的增加,協(xié)同作用逐漸增強(qiáng);而3 000,4 000 mg/L 的Tween80 由于濃度過高使得溶液的黏度增加,抑制了CO2氣體分子和游離水的遷移,導(dǎo)致促進(jìn)作用減弱。對比5%,10%,15%(w)的TBAC 溶液體系,1 000 mg/L Tween80 的加入都能最大程度地促進(jìn)水合物的形成。與5%(w)TBAC+Tween80 和10%(w)TBAC+Tween80 體系相比,在15%(w)TBAC 與Tween80 復(fù)配體系中,TBAC 與Tween80 的協(xié)同作用整體比其他復(fù)配體系要弱。可能的原因是隨著溶液中TBAC 含量的增加,當(dāng)含量大于TBAC 與水完全形成水合物的理論配比值,可能會對水合物的生成產(chǎn)生抑制效果,促進(jìn)效果逐漸減弱[15],并且隨著水合物的大量生成,放出的熱量不能及時(shí)被帶走導(dǎo)致液相溫度有不同程度地升高,從而也可能對水合物的生成產(chǎn)生了抑制作用。

        圖2 不同含量TBAC 與Tween80 復(fù)配體系的SPFig.2 Synergistic parameters(SP) in the synergetic system with different contents of TBAC and Tween80.

        2.2 對累計(jì)耗氣量的影響

        圖3 為不同含量TBAC 與Tween80 復(fù)配體系累計(jì)耗氣量。由圖3 可知,在5%,10%(w)TBAC溶液中加入Tween80 對體系的耗氣量沒有較大的影響,相比純體系的累計(jì)耗氣量只略微減少,而且5%,10%(w)TBAC 與不同濃度Tween80 復(fù)配的體系累計(jì)耗氣量變化趨勢相同,但在15%(w)TBAC 體系中,對比純15%(w)TBAC 體系的耗氣量,15%(w)TBAC 與不同濃度Tween80 復(fù)配體系的累計(jì)耗氣量均是增加的,且與5%,10%(w)TBAC 體系下的變化趨勢大不相同,隨Tween80濃度的增加累計(jì)耗氣量呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,但5%,10%(w)TBAC 體系的累計(jì)耗氣量遠(yuǎn)大于15%(w)體系,這可能是因?yàn)樵赥BAC 溶液中,隨著TBAC 含量的增加,會有越來越多的TBA+陽離子占據(jù)大籠,使得只有小籠來捕捉CO2分子[11,16],且隨著TBAC 含量的增加,TBAC 半籠型水合物的形成需要消耗更多的水,在實(shí)驗(yàn)過程中,由于在釜內(nèi)添加的溶液量為固定值,當(dāng)溶液中添加劑濃度增加的時(shí)候,不可避免地使體系內(nèi)游離水的總量減少,因此15%(w)TBAC 體系下的累計(jì)耗氣量較小。雖然5%,10%(w)TBAC體系的累計(jì)耗氣量遠(yuǎn)大于15%(w)體系,但從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)添加Tween80 后對15%(w)TBAC 體系下的作用效果有明顯的改善,這是因?yàn)門ween80 的存在降低了水分子的表面張力,增加系統(tǒng)的界面面積,且非極性基團(tuán)能與CO2分子黏附,而Tween80 的極性分子與水相連,借助劇烈的布朗運(yùn)動,將CO2分子帶入水中,提高了CO2的溶解度,增加了氣體的吸收量[17],彌補(bǔ)了因TBAC含量增大使得只有很少的小籠來捕捉CO2分子的缺陷,并且增加的溶解度可導(dǎo)致水合物晶體結(jié)構(gòu)完全充滿,從而改善了形成水合物的穩(wěn)定性,并進(jìn)一步促進(jìn)水合物的生長。

        圖3 不同含量TBAC 與Tween80 復(fù)配體系的累計(jì)耗氣量Fig.3 Cumulative gas consumption of the synergetic system with different contents of TBAC and Tween80.

        2.3 復(fù)配添加劑對氣-水合物轉(zhuǎn)化率的影響

        圖4 為不同含量TBAC 與Tween80 復(fù)配體系中氣-水合物轉(zhuǎn)化率。由圖4 可知,5%,15%(w)TBAC 與不同濃度Tween80 復(fù)配體系下氣-水合物轉(zhuǎn)化率相比純5%,15%(w)TBAC 體系內(nèi)的氣-水合物轉(zhuǎn)化率均有所增加,并隨著Tween80 濃度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。5%(w)TBAC體系中,與1 000 mg/L Tween80 復(fù)配的體系氣-水合物轉(zhuǎn)化率最高,為41.2%;在15%(w)TBAC體系中,與2 000 mg/L Tween80 復(fù)配的體系氣-水合物轉(zhuǎn)化率最高,為40.0%。分析認(rèn)為當(dāng)TBAC含量過高或過低時(shí),TBAC 占次要影響,Tween80的表面活性作用占主要影響。當(dāng)TBAC 的含量為10%(w)時(shí),TBAC 的熱促進(jìn)作用占主導(dǎo),所以10%(w)曲線與5%,15%(w)曲線出現(xiàn)明顯不同趨勢,Tween80 濃度較低時(shí)復(fù)配體系的氣-水轉(zhuǎn)化率低于純TBAC 體系,當(dāng)濃度大于2 000 mg/L 時(shí),氣-水轉(zhuǎn)化率較純體系才有所增加,呈現(xiàn)出隨Tween80 濃度的增加氣-水轉(zhuǎn)化率增長的趨勢。分析認(rèn)為隨TBAC 的加入,TBAC 的熱促進(jìn)作用會使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生了較大的過冷度,提供較大的驅(qū)動力,促進(jìn)水合物成核,但剛開始加入Tween80時(shí),由于體系溫度較低,可能使溶液黏度突然增大,傳質(zhì)阻力增加,從而導(dǎo)致體系氣-水轉(zhuǎn)化率低于純TBAC 體系,具體原因還有待進(jìn)一步分析。因此,在5%,10%,15%(w)TBAC 溶液中加入Tween80 都會增加氣-水合物轉(zhuǎn)化率,當(dāng)氣-水合物轉(zhuǎn)化率最大時(shí),添加的Tween80 質(zhì)量濃度分別為1 000,4 000,2 000 mg/L。

        圖4 不同含量TBAC 與Tween80 復(fù)配體系中氣-水合物轉(zhuǎn)化率Fig.4 Gas-hydrate conversion rate in the synergetic system with different contents of TBAC and Tween80.

        綜上所述,分析Tween80 和TBAC 可能的作用機(jī)理,在TBA+和Tween80 復(fù)配體系中,不僅在界面處含有TBA+陽離子,在液相中也會有較多的TBA+陽離子,液相中水分子被TBA+陽離子擾動,且TBA+陽離子具有的疏水性使得TBA+周圍的水簇變得無序[18]。因此,TBA+陽離子周圍的局部水結(jié)構(gòu)將變得更加動態(tài)和活躍,且傾向于轉(zhuǎn)變?yōu)楦行虻慕Y(jié)構(gòu),即TBAC 半籠型水合物[10],TBAC 半籠型水合物包裹CO2氣體分子,形成CO2+TBAC雙水合物,且TBAC 內(nèi)的烷基鏈可起到成核劑的作用,從而促進(jìn)水合物的生成[19],同時(shí)因?yàn)槿芤褐刑砑恿薚ween80,隨著Tween80 濃度不斷增加至臨界膠束濃度,溶液的表面張力不斷降低,從而提高了在溶液中的氣體溶解量,當(dāng)溶液中Tween80的濃度超過臨界膠束濃度時(shí),Tween80 分子可在水中形成膠束,使溶于膠束內(nèi)的CO2分子在水溶液中均勻分布,且由于CO2被束縛在膠束里,為水分子捕捉CO2形成晶籠提供方便,膠束的親水基與一部分水結(jié)合,使溶液中運(yùn)動的水?dāng)?shù)量減少,也促進(jìn)了水分子和CO2分子形成團(tuán)簇,隨著攪拌增加了剪切擾動,使團(tuán)簇之間相互碰撞機(jī)率增加,一些大的團(tuán)簇變成小團(tuán)簇,增加了水合物成核點(diǎn),促進(jìn)水合物成核,且Tween80 還能聚集于氣液界面處,降低氣液界面表面張力,增加系統(tǒng)的界面面積[11,20],Tween80 的非極性基團(tuán)能與CO2分子黏附,而Tween80 的極性分子與水相連,借助劇烈的布朗運(yùn)動[17]將CO2分子帶入水中,促進(jìn)了CO2氣體在溶液中溶解,提高了CO2的溶解度,使得反應(yīng)釜在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到氣液平衡,隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行,釜內(nèi)溫度降低,由于表面張力降低導(dǎo)致的擴(kuò)大氣液接觸面積降低了傳質(zhì)阻力,也促進(jìn)了水合物成核。

        3 結(jié)論

        1)在TBAC+Tween80 復(fù)配體系下,TBAC 與Tween80 不同的配比顯示出了不一樣的促進(jìn)作用,在10%(w)TBAC 溶 液 中,1 000 mg/L 和2 000 mg/L 的Tween80 都顯示出了與TBAC 較好的協(xié)同作用,而在5%,15%(w)TBAC 溶液中添加1 000 mg/L 的Tween80 時(shí),TBAC 與Tween80 顯示出了較好的協(xié)同作用。

        2)在5%,15%(w)TBAC 溶液中,加入Tween80 都會使得體系的總耗氣量有略微減少,而在15%(w)TBAC 溶液中,加入Tween80 會使溶液中的總耗氣量略微增加。

        3)在5%,10%,15%(w)TBAC 溶液中加入Tween80 都會增加氣-水合物轉(zhuǎn)化率,當(dāng)氣-水合物轉(zhuǎn)化率最大時(shí),添加的Tween80 分別為1 000,4 000,2 000 mg/L。

        猜你喜歡
        體系
        TODGA-TBP-OK體系對Sr、Ba、Eu的萃取/反萃行為研究
        “三個(gè)體系”助力交通安全百日攻堅(jiān)戰(zhàn)
        杭州(2020年23期)2021-01-11 00:54:42
        構(gòu)建體系,舉一反三
        探索自由貿(mào)易賬戶體系創(chuàng)新應(yīng)用
        中國外匯(2019年17期)2019-11-16 09:31:14
        常熟:構(gòu)建新型分級診療體系
        如何建立長期有效的培訓(xùn)體系
        E-MA-GMA改善PC/PBT共混體系相容性的研究
        汽車零部件(2014年5期)2014-11-11 12:24:28
        “曲線運(yùn)動”知識體系和方法指導(dǎo)
        加強(qiáng)立法工作 完善治理體系
        浙江人大(2014年1期)2014-03-20 16:19:53
        日本終身學(xué)習(xí)體系構(gòu)建的保障及其啟示
        蜜桃网站免费在线观看视频| 福利一区视频| 国产精品久久久久免费a∨不卡| 少妇高潮呻吟求饶视频网站| 久久精品国产av一级二级三级| 国产精品99久久久久久猫咪| 秒播无码国产在线观看| 素人系列免费在线观看| 日韩一区二区三区人妻免费观看| 青青草国产精品一区二区| 丰满人妻一区二区三区蜜桃| 亚洲中文字幕久久精品蜜桃| 韩国无码av片在线观看网站| 久久久国产精品福利免费| 91麻豆精品久久久影院| 久久亚洲av无码精品色午夜| 久热综合在线亚洲精品| 白白色免费视频一区二区| 日本黄色一区二区三区| 热re99久久精品国99热| 无码人妻一区二区三区免费n鬼沢| 久久亚洲精品成人综合| 国产在线一区二区av| 99国产精品自在自在久久| 亚洲香蕉视频| 在线观看日韩精品视频网站| 色中文字幕在线观看视频| 人妻无码aⅴ不卡中文字幕| 亚色中文字幕| 国产一级内射一片视频免费| 乱码av麻豆丝袜熟女系列| 亚洲依依成人综合在线网址| 东京道一本热码加勒比小泽| 情爱偷拍视频一区二区| 久久久久久伊人高潮影院| 人妻少妇人人丰满视频网站| 亚洲av成人一区二区| 忘忧草社区www日本高清| 亚洲AV秘 片一区二区三| 国产激情视频在线观看首页| 亚洲av国产av综合av卡|