天然气水合物制备过程中的多相流传递研究

摘要

天然气是一种洁净能源，有利于环境保护和国民经济的可持续发展，天然气水合物在储运天然气方面，相对于液化天然气和管道运输方面，也具有较大的优势和较好的研究前景。而天然气水合物储运天然气的核心问题为天然气水合物的制备，为此开展天然气水合物制备过程中多相流传递研究，主要工作如下：
　　 1、多次实验表明：水合物形成为一结晶过程，操作线均在过冷区域进行，方能平稳、持续结晶；但过冷不能太大，否则，系统单位时间内生成晶体量过多，会堵塞系统或固结在管壁上而改变传热情况，反而会欲速则不达，故载冷剂温度不能太低。根据一般结晶规律，制冷剂温度以低于相平衡温度5℃左右比较适宜。
　　 2、针对水合物制备过程中可能出现的气、水—固接触表面，分析了不同接触表面下的传热情况，表明天然气水合物生成过程中在不同的换热面传热效果有着显著不同的效果。当换热面为水—金属换热表面，在试验条件下，管内换热是主要的换热阻力部分；在反应管内表面结一层薄冰的情况下，传热系数变化不大，但当冰层较厚时，传热情况就会迅速恶化；管壁上附着一层天然气水合物膜时，换热情况与冰层相似；当管壁上的冰层或者天然气水合物层中存在天然气膜或者气泡时，传热情况迅速恶化，难以有效生成水合物。
　　 3、对不同换热表面的分析表明：维持有效的换热是天然气水合物制备的核心问题。应保持反应管内表面上反应物不断更新，及时地移除反应热量，才能使反应连续、高效地进行，换热表面的流动状况直接影响着天然气水合物制备过程的程度。
　　 4、对反应单元采用Ansys中的单元Flotran CFD进行了模拟，表明气液两相在内壁光滑的管内分布与实验相似，即：气体在管内壁附着，这种情况不利于反应的高速、连续进行。应改善管子内壁面结构，使气体尽量少出现或者不出现在管壁附近。

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第一章文献综述

1.1天然气水合物研究历史

1.2天然气水合物的生成

1.3天然气水合物的储运

1.4天然气水合物再气化

第二章天然气水合物制备研究

2.1实验过程

2.1.1实验原理

2.1.2工艺流程图

2.1.3实验过程

2.2结果与讨论

2.2.1通气前后系统控制结果

2.2.2天然气水合物制备过程传热分析

2.2.3管内传热过程分析

2.3小结

第三章不同操作条件下的传热分析

3.1工况1

3.1.1理论循环换热量

3.1.2实际换热量

3.2工况2

3.2.1理论循环换热量

3.2.2实际换热量

3.3工况3

3.3.1水合物生成热

3.3.2实际换热量

3.3.3多种传热之间的热平衡

3.4小结

第四章反应单元中的两相流传递过程模拟

4.1模拟部分

4.1.1基本原理

4.1.2数值模拟研究

4.2小结

第五章结论

5.1结论

5.2展望与后续研究

参考文献

研究成果及发表的学术论文

致谢

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