高嶺土的加入促進了水合物晶體生長

時間：2014-05-14 10:24:59

作者：世邦機器

研究表明，高嶺土的加入促進了水合物晶體生長，使得水合物晶體中包含的CH4量增大，瓦斯水合分離效果更好。通過高嶺土加工設備，可對高嶺土加工技術進行實現，由此發揮高嶺土更高的利用價值。質量分數較高的SDS-高嶺土體系可以使水合物晶體分形生長，水合物中CH4濃度更高。生成的水合物中CH4濃度比原料氣分別提高20.61%和18.70%。同時發現水合物生成過程由晶體成核和生長兩個階段組成。水合物成核是由水分子及周圍氣體分子形成的小分子簇經歷溶解、生長、再溶解過程達到臨界尺寸而形成可繼續生長的晶核的過程。晶核需要在過飽和溶液中才能形成，由于CH4在水中的溶解度很小，在靜止的純水體系中，僅氣液接觸面CH4分子才能達到水合物成核所需濃度，因此，水合物一般在氣液接觸面生成，而且生成速率非常緩慢。當加入表面活性劑SDS時，由于SDS具有親水基和親油基，親油基可以攜帶CH4等氣件分子進入溶液相，降低了溶液的表面張力，增大了CH4等氣體分子在水中的溶解度。當SDS超過臨界膠束濃度，SDS在溶液中以膠束的形式存在，增溶效果更好。由于SDS的增溶作用，使得CH4等氣體在溶液中更快達到過飽和，從而加速了水合物的結晶過程。在實驗中所觀察到的SDS體系中水合物晶體顆粒首先在溶液中出現，進而在較短時間內整個溶液充滿水合物固體等現象驗證了這一機理。

水合物結晶成核方式又分為均相成核和非均相成核兩種。非均相成核是水溶液中存在外來物質粒子干擾條件下的成核，從自由能的角度看，外來物質微粒在一定程度上可以降低成核勢能，誘導晶核的產生，因此非均相成核可以在比均相成核低的過飽和度下發生。當SDS溶液中懸浮有高嶺土微粒時，高嶺土微粒促進了非均相成核，因此與SDS溶液相比，SDS-高嶺土體系對水合物生成的促進作用更好。