Experimental Study of Methane Replacement from Its Hydrate with Carbon Dioxide-in-Water Emulsion

天然气水合物是一种储量巨大的清洁能源，而二氧化碳（CO2）是需要限制排放的温室气体。利用CO2置换开采天然气水合物是一种集能源产出与温室气体处置于一体的新型开采方案。将CO2制备成乳状液的目的在于利用二氧化碳乳状液的某些特性达到强化置换反应、以推动置换开采走向商业化。 研究了乳化剂用量、CO2与水的质量比、乳化压力、乳化器搅拌速度等对乳化过程和结果的影响。实验中所使用的乳化器容积为350ml；乳化剂为一种非离子表面活性剂-TMN-6。研究表明，在25℃以下、30MPa左右，经过快速剪切可以制备出稳定的水包CO2型乳状液。 研究了一系列水包CO2乳状液对石英砂中CH4水合物的置换动力学，测定了用这些乳状液置换天然气水合物中CH4的置换率随置换时间的变化。在容积257ml的模拟反应器中，被置换的天然气水合物是用甲烷于润湿的石英砂中经制冷形成的，在SDS作用下，24h内可以完成甲烷水合物的形成，水合常数约为6.5。根据水合物相图分析了置换反应的温度压力范围。研究发现，在281.2 0.2K、5MPa下，以CO2乳状液注入含CH4水合物的石英砂中，CH4的置换率为使用纯液态CO2时置换率的1.5倍左右。同时还研究了CO2乳状液在其他温度压力范围的置换、以及液态和气态CO2在相关条件下的置换效果，发现合理的置换应该是：以高浓度CO2乳状液，在CO2水合物能稳定、而CH4水合物不能稳定存在的温度压力范围内置换