FIE | 尋找高效的甲烷水合物促進劑

論文標題：Efficient promotion of methane hydrate formation and elimination of foam generation using fluorinated surfactants (尋找高效的甲烷水合物促進劑)

期刊：Frontiers in Energy

作者：Quan CAO, Dongyan XU, Huanfei XU, Shengjun LUO, Rongbo GUO

發表時間：13 July 2020

DOI：10.1007/s11708-020-0683-2

微信連結：點擊此處閱讀微信文章

甲烷作為一種清潔能源在我們的生產和生活中發揮了重要作用，它在自然界中的儲量能滿足人類需求1000年，通過廢棄物或者秸稈發酵的方法生產甲烷也已取得了重大突破。然而，甲烷的存儲和運輸仍然是一大難題，因為它只能在常壓負161.5 °C的條件下液化。甲烷水合物是由甲烷分子和水分子組成的像冰一樣的籠型化合物，甲烷位於籠的中心，外側水分子包裹著甲烷分子。一體積水理論上可以儲存172體積的甲烷，因此它被認為是一種很有應用前景的儲存甲烷的方式。例如，甲烷水合物可以在常壓-20oC條件下儲存3個月。

合成甲烷水合物，需要有促進劑的存在，表面活性劑被認為是一種有效的促進劑，它可以降低水的表面張力，有利於甲烷在水中的溶解。陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)已被證實是水合物合成的高效促進劑，它的反應時間為30分鐘，儲氣倍數可以達到140。但由它合成的水合物在分解過程中會產生大量的泡沫，汙染管線，導致表面活性劑流失，影響它的循環使用。非均相促進劑雖然沒有泡沫，但效率太低，且儲存不穩定。

Frontiers in Energy最近發表了來自中科院青島生物能源與過程研究所的研究論文Efficient promotion of methane hydrate formation and elimination of foam generation using fluorinated surfactants。論文從泡沫產生的原因入手，穩定的泡沫，既要有低的表面張力，同時要有高的表面粘度和強度，氟表面活性劑鏈很短的條件下便具有很高的表面活性，但由於鏈短，形成的泡沫表面強度小，很不穩定。基於此，作者考察了一系列氟表面活性劑，最終發現全氟己基磺酸鉀(PHS)在20分鐘的反應時間內可以實現最高儲氣倍數150(V/V)，優於SDS，且水合物分解過程中沒有任何泡沫產生，是迄今為止活性最高的甲烷水合物促進劑。結果如下圖所示。

圖1. PHS水合物儲氣倍數隨時間的變化(2oC; 6MPa)

圖2. SDS與PHS水合物分解產生泡沫對比

摘要

Methane hydrate preparation is an effective method to store and transport methane. In promoters to facilitate methane hydrate formation, homogeneous surfactant solutions, sodium dodecyl sulfate (SDS) in particular, are more favorable than heterogeneous particles, thanks to their faster reaction rate, more storage capacity, and higher stability. Foaming, however, could not be avoided during hydrate dissociation with the presence of SDS. This paper investigated the ability of five fluorinated surfactants: potassium perfluorobutane sulfonate (PBS), potassium perfluorohexyl sulfonate (PHS), potassium perfluorooctane sulfonate (POS), ammonium perfluorooctane sulfonate (AOS), and tetraethylammonium perfluorooctyl sulfonate (TOS) to promote methane hydrate formation. It was found that both PBS and PHS achieve a storage capacity of 150 (V/V, the volume of methane that can be stored by one volume of water) within 30 min, more than that of SDS. Cationic ions and the carbon chain length were then discussed on their effects during the formation. It was concluded that PBS, PHS, and POS produced no foam during hydrate dissociation, making them promising promoters in large-scale application.

Frontiers in Energy

ISSN：2095-1701（印刷版）ISSN 2096-1698（網絡版）

CN 11-6017/TK                      郵發代號：80-972

2007年1月創刊                      全英文季刊

Frontiers in Energy (FIE)，是由教育部主管，高等教育出版社、中國工程院和上海交通大學共同主辦的英文學術期刊。主編為上海交通大學翁史烈院士、清華大學倪維鬥院士、中國石油集團工程技術研究院蘇義腦院士和中國礦業大學彭蘇萍院士。執行主編為上海交通大學黃震院士。FIE屬能源科學綜合性學術期刊，涉及領域包括基礎能源研究、能源技術與應用、能源與環境、能源經濟與政策和新興能源問題等

FIE已被SCI，SCOPUS、INSPEC、CSCD等資料庫收錄，影響因子為2.657。

誠邀來稿 歡迎訂閱

♦ 國際一流的主編和編委會，始終聚焦於能源領域前沿

♦ 高度重視學術質量，嚴格同行評議

♦ 不限文章長度，無版面費，對接受發表的文章免費語言潤色

♦ Online First保證文章儘快發表，縮短論文發表時間

♦ 高等教育出版社出版、德國Springer公司海外發行

期刊主頁：http://journal.hep.com.cn/fie

http://link.springer.com/journal/11708

在線投稿：http://mc.manuscriptcentral.com/fie

（來源：科學網）

 

 

 

特別聲明：本文轉載僅僅是出於傳播信息的需要，並不意味著代表本網站觀點或證實其內容的真實性；如其他媒體、網站或個人從本網站轉載使用，須保留本網站註明的「來源」，並自負版權等法律責任；作者如果不希望被轉載或者聯繫轉載稿費等事宜，請與我們接洽。