甲烷水合物分解的缩粒动力学模型.pdfVIP

维普资讯 第 16卷 第 6期 天 然 气 地 球 科 学 Vo1．16No．6 2005年 2月 NATURAL GAS GEOSCIENCE Dec． 2005 甲烷水合物分解的缩粒动力学模型 何晓霞，余劲松，马应海，张淑萍，刘芙蓉 (西安交通大学能源与动力工程学院，陕西 西安710049) 摘 要：将温度在零度以上的甲烷水合物的分解过程看作是无固态产物层生成的气固反应，从晶体 溶解的角度研究 了水合物颗粒的消融问题 ，推导 了颗粒半径随反应时间变化的微分方程，从理论上 建立 了甲烷水合物分解的缩粒动力学模型。利用前人的实验数据 ，进行 了水合物分解的动力学分 析，认为温度在零度以上时，水合物分解反应由界面化学反应过程控制。将实验数据代入模型拟合 了甲烷水合物分解反应的活化能Ea和表现分解速率常数 k与文献值误差较小。 关键词：天然气水合物 ；动力学；分解 ；扩散 中图分类号 ：TE122．1 文献标识码：A 文章编号 ：1672-1926(2005)06—0818—04 0 前言 生成 ，随着反应 的进行，颗粒半径逐渐减小 。基于反 应一扩散过程理论 ，推导 了颗粒半径随反应时间变 自然界存在 的天然气水合物主要为甲烷水合 化 的微分方程 ，从理论上建立 了甲烷水合物分解 的 物，在升温、减压或其它条件下可分解成 甲烷和水 。 缩粒动力学模型。 如何经济有效地开采 自然界存在的水合物资源以及 1 甲烷水合物分解的缩粒模型 解决天然气储运问题，都涉及到水合物分解过程的 动力学规律 的研究n]。早在 1984年，Kamath[33等 在加热、减压或其它外界作用下，水合物 分 研究了丙烷水合物 的热分解 ，定量测定了恒压下水 解放出甲烷气体 B和水 C。 合物的热分解速率，着重研究了分解过程中气一液 A(s)一B()+CI‘) (1) 一 固三相间的热量传递规律，水合物分解产生的水 会在水合物 固体表面形成一层薄薄的液膜 ，这层液 未反应 膜对传热产生阻力 ，因此 ，认为水合物分解是一个受 界面传热控制的过程 。1987年 Kim[43等在半间歇搅 拌釜式反应器中研究甲烷水合物的分解 。将水合物 L， 分解速率写成一 与粒子总表面积 和推动力 U ‘ ◆◆ (三相平衡逸度 ，e和气相主体 甲烷逸度之差 厂( 一 厂的关联式)。Selim等[5]也对水合物热分解进行 了研究，他们将水合物分解过程看作一个移动界面 cq 消融问题，用一维半无限长平壁的热传导规律描述 图 1 甲烷水合物分解 的缩粒模型 传热过程 。 本文将水合物看作球形晶体颗粒来研究水合物 例如图1所示，在反应过程中，固态产物不断消 颗粒 的消融问题 。温度在零度以上时，无 固态产物层 耗 ，反应界面不断收缩 ，严格来说 ，这一反应体系处 收稿 日期：2005—08—12；修 回日期 ：2005—10-14． 基金项目：国家 自然科学基金项 目(编号资助． 作者简介 ：何晓霞(1981一)，女，甘肃平凉人，硕士研究生，主要从事天然气水合物分解动力学及物化特性的研究．E—mail：furongliuC~sina Com ．Ci1．