高嶺土的加入促進(jìn)了水合物晶體生長(zhǎng)

時(shí)間：2014-05-14 10:24:59

作者：世邦機(jī)器

研究表明，高嶺土的加入促進(jìn)了水合物晶體生長(zhǎng)，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(shè)備，可對(duì)高嶺土加工技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，由此發(fā)揮高嶺土更高的利用價(jià)值。質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的SDS-高嶺土體系可以使水合物晶體分形生長(zhǎng)，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(shí)發(fā)現(xiàn)水合物生成過程由晶體成核和生長(zhǎng)兩個(gè)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(jīng)歷溶解、生長(zhǎng)、再溶解過程達(dá)到臨界尺寸而形成可繼續(xù)生長(zhǎng)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(dá)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(dāng)加入表面活性劑SDS時(shí)，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(jìn)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(dāng)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(dá)到過飽和，從而加速了水合物的結(jié)晶過程。在實(shí)驗(yàn)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(xiàn)，進(jìn)而在較短時(shí)間內(nèi)整個(gè)溶液充滿水合物固體等現(xiàn)象驗(yàn)證了這一機(jī)理。

水合物結(jié)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(zhì)粒子干擾條件下的成核，從自由能的角度看，外來物質(zhì)微粒在一定程度上可以降低成核勢(shì)能，誘導(dǎo)晶核的產(chǎn)生，因此非均相成核可以在比均相成核低的過飽和度下發(fā)生。當(dāng)SDS溶液中懸浮有高嶺土微粒時(shí)，高嶺土微粒促進(jìn)了非均相成核，因此與SDS溶液相比，SDS-高嶺土體系對(duì)水合物生成的促進(jìn)作用更好。