二氧化碳水合物在沉积物中的形成过程研究

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51706230
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0601.工程热力学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

As a novel oceanic carbon dioxide sequestration method, burying carbon dioxide in ocean sediments by hydrate formation has high safety, good stability and large storage capacity, which shows great potential in carbon dioxide sequestration. This project aims to provide an effective solution to inhibit carbon dioxide diffusion and promote hydrate formation in sediments. Thus, kinetics of carbon dioxide hydrate formation in brine-bearing sediments will be studied systematically. The macroscopic influencing factors including temperature, pressure, salt concentration and porosity of sediments on the diffusion rate of carbon dioxide will be measured in a high pressure reactor and relevant diffusion kinetic models will be established. Microscopically, the hydrate growth and aggregation form will be observed by Raman spectroscopy, scanning electron microscope and optical microscope. Accordingly, the primary factors affecting the hydrate formation can be obtained. The growth mechanism of carbon dioxide hydrate can also be revealed, which provides the basic data and theoretical foundation for the development and applications of hydrate-based carbon dioxide sequestration.
将二氧化碳以水合物的形式埋藏于海底沉积物中是一种新型的海洋封存二氧化碳技术,具有封存量大、安全性高、稳定性好的特点,是一种极具应用潜力的二氧化碳封存技术。本项目为了确定抑制二氧化碳在沉积物中扩散并促进水合物生成的有效途径,将对含盐条件下二氧化碳水合物在沉积物中的形成动力学过程进行系统的实验研究,采用高压反应釜装置综合考察温度、压力、盐浓度以及沉积物中孔隙率和水饱和度等宏观因素对二氧化碳在沉积物中扩散速率和水合物形成速率的影响并建立相关扩散动力学模型,利用拉曼光谱、扫描电子显微镜和光学显微镜等微观测量技术观察水合物晶体在沉积物层中的生长速率和聚集形式,对影响水合物在沉积物中形成的主要因素进行分析,揭示二氧化碳水合物在沉积物层中的生长机理,为水合物法封存二氧化碳技术的发展与应用提供基础数据和理论依据。

结项摘要

为应对全球二氧化碳过量排放所带来的气候问题,本项目以水合物法二氧化碳海底封存为背景研究沉积物中二氧化碳水合物的生长过程并运用宏观、微观和分子模拟等方法从四个方面获得了研究成果。(1)在水合物形成机理研究中,发现了气体分子在水合物成核初期会首先形成气饱和度仅为23-33%的水合物晶核,然后通过持续吸附气相中的自由气体分子来使水合物笼型结构达到稳定。同时,氮气和甲烷等小分子气体在水合物成核过程中相比于二氧化碳更加活跃,但二氧化碳分子更有利于稳定水合物晶体结构。(2)在二氧化碳水合物促进剂研究中,研究了TBAB半笼型水合物对二氧化碳捕集过程的促进效果。确定了溶液法捕集二氧化碳所需的最佳TBAB质量浓度介于0.005和0.01 之间,分析了TBAB水合物晶体两种主要结构及其二氧化碳吸附性能并提出采用固态半笼型水合物直接吸附二氧化碳,同时发现TBAB水合物晶体在高于2MPa环境下的晶体结构转变,储气量提升约300%。(3)在研究二氧化碳在沉积物中的流动扩散过程中,发现在水合物生成以后二氧化碳的扩散速率下降至原来的0.0001-0.002,同时水合物在向上和水平方向上的扩散速率显著高于向下扩散的速率,二氧化碳扩散对沉积物中水饱和度的改变是造成不同方向上扩散速率差异的主要原因。(4)在沉积物中二氧化碳水合物生成动力学模型搭建中,将水合物在沉积物中的生长过程分为流动扩散、水合物成核生长和水合物扩散生长三个阶段。根据van der waals水合物相平衡模型、JMAK晶体生长动力学理论等建立沉积物中二氧化碳水合物生成动力学模型并对水饱和度低于30%的沉积物中二氧化碳水合物的生长过程进行了较好的描述。项目进展期间发表研究论文共计12篇,其中SCI论文9篇。申请发明专利共计9件,其中授权3件。培养硕士研究生1名,博士研究生1名。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Molecular Dynamics Simulation Study on the Growth of Structure II Nitrogen Hydrate
II型氮水合物生长的分子动力学模拟研究
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcb.9b06386
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry B
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Yi Lizhi;Zhou Xuebing;He Yunbing;Cai Zhuodi;Zhao Lili;Zhang Wenkai;Shao Youyuan
  • 通讯作者:
    Shao Youyuan
Kinetic Measurements on CO2 Adsorption and Release Using TBAB center dot 38H(2)O Hydrates as Adsorbents
使用 TBAB 中心点 38H(2)O 水合物作为吸附剂对 CO2 吸附和释放的动力学测量
  • DOI:
    10.1021/acs.energyfuels.9b01122
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ENERGY & FUELS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    周雪冰;万丽华;龙臻;李栋梁;梁德青
  • 通讯作者:
    梁德青
Decomposition Characterizations of Methane Hydrate Confined inside Nanoscale Pores of Silica Gel below 273.15 K
273.15 K以下硅胶纳米孔内甲烷水合物的分解特征
  • DOI:
    10.3390/cryst9040200
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Crystals
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Wan Lihua;Zhou Xuebing;Chen Peili;Zang Xiaoya;Liang Deqing;Guan Jinan
  • 通讯作者:
    Guan Jinan
In situ PXRD analysis on the kinetic effect of PVP-K90 and PVCap on methane hydrate dissociation below ice point
原位 PXRD 分析 PVP-K90 和 PVCap 对冰点以下甲烷水合物解离的动力学影响
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2020.119491
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    FUEL
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    周雪冰;张倩;龙臻;梁德青
  • 通讯作者:
    梁德青
Kinetic Measurements on CO2 Hydrate Formation in the Presence of Tetra-n-butyl Ammonium Bromide
四正丁基溴化铵存在下 CO2 水合物形成的动力学测量
  • DOI:
    10.1021/acs.energyfuels.8b01914
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    ENERGY & FUELS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    周雪冰;龙臻;唐翠萍;梁德青
  • 通讯作者:
    梁德青
共 10 条
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其他文献

云南彝族家具装饰图案提炼及现代设计应用研究
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    --
  • 发表时间:
    2020
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    家具与室内装饰
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    --
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    苏艳炜;强明礼;周雪冰;吴章康;李正华
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    李正华
云南彝族家具装饰图案分类及使用偏好研究∗
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  • 发表时间:
    2020
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    --
  • 作者:
    苏艳炜;李正华;强明礼;周雪冰;吴章康
  • 通讯作者:
    吴章康
X射线衍射分析聚乙烯吡咯烷酮对水合物分解过程的影响
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    10.11949/0438-1157.20201062
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐翠萍;周雪冰;梁德青
  • 通讯作者:
    梁德青
共 3 条
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