西北生态环境资源研究院最新研究显示天然气水合物优势晶种繁殖生长模式

  • 文/图 西北生态环境资源研究院 (兰州分院)
  • 创建于 2021-08-31
  • 493

  天然气水合物是一种由水分子、气体分子,在适当温度、压力条件下形成的固态晶体化合物,外观似冰。全球范围天然气水合物中蕴藏碳量为传统化石燃料中的至少两倍,对能源、气候、环境变化的影响显著。然而,水合物形成过程控制机理至今尚未被清楚阐释。为此,在过去四十年内出现了近30种模型,从多种不同角度试图阐释水合物形成机理。由于模型众多,带入大量计算参数,反而大大增加形成反应的不确定性,使过程距离主控因素越来越远。 

  中国科学院西北生态环境资源研究院(简称西北研究院)冻土工程国家重点实验室水合物研究团队,对此问题进行了长期跟踪研究,提出是否可以忽略水合物具体生长过程,摆脱由大量模型引入的众多参数干扰,直接考察成核对最终生成的块状水合物晶体影响作用,最终提出初始成核速率可直接影响最终含气率的新水合物形成思路(图1)。在大量实验室实测结果基础上,建立了“水合物优势晶种繁殖生长”新生长模式(图2),并提出实验系统内部某些特殊结构(如具较低温度的拐角结构)是导致这些优势晶种出现的最佳位置(图3)。结论为工业应用中水合物堵塞位置准确预测、物理法清除管道中水合物堵塞等技术,提供具较高参考价值的理论基础。同时,为冰晶体成核与生长过程、冰晶体物理学、力学特性研究,提供一种新研究视角。 

  该成果于2021817日以 Superior seedlings propagating growth pattern of hydrates 为题在线发表于中国科学院一区Top期刊(IF=13.27,世界化学工程类143个期刊中排名第四)、欧洲化学学会期刊 Chemical Engineering Journal。中国科学院大学研究生导师、西北研究院冻土工程国家重点实验室张鹏副研究员为文章第一作者,吴青柏研究员为文章通讯作者。 

  该研究获国家重点研发计划(深海关键技术与装备专项)课题三(2017YFC0307303)、国家自然科学基金面上、青年项目(415710724160107941661103)等联合资助。

  链接

甲烷水合物晶体结构在不同体系中成核与生长过程示意图

水合物晶体在1 wt.% SDS溶液中成核与生长过程 

水合物晶体在去离子水、1 wt.% SDS0.5 wt.%黏土颗粒、

1 wt.%硅胶粉颗粒混合物中成核与生长过程 

责任编辑:高塬