中文摘要：

天然气水合物是重要的未来能源和最有前景的天然气储运方式之一，但由于水合物生成速率低，造成难以大规模生产，使之离实际应用只有一步之遥。本项目为提高水合物储存天然气的速度，研究强化传热传质途径（如采用化学添加剂与机械分散相结合的方法来提高水/气接触面积，通过冰成水合物的方法来减少水合物反应热等）和措施。重点研究分散水的制备和促进剂的机理, 探索最佳制备方法和水合方法, 以及水合物添加剂的类型和作用机理。包括:憎水物质和水在高速搅拌器内的相互作用，从而制备出分散性良好的"冷冻干水"；将甲基环戊烷等大分子水合物结构控制剂引入干水中，研究液-液-固相的相互作用及最佳比例；将干水法应用于喷雾造粒法，考察喷嘴、表面活性剂、结构控制剂和憎水颗粒的关系，提高水合物生成速率；同时，研究气体水合物在不同环境下的分解特性，得到冰粉和促进剂的水和作用机理。掌握气体高速水合的措施和机理,为水合物其他技术提供参考。

结论摘要：

水合物生成时缓慢的传质与传热过程已经成为水合物技术应用的一大障碍，亟需强化传热传质的新技术。本项目对水合物生成过程中强化传质传热新技术进行了研究。用干水、表面活性剂、水凝胶等强化水合物的传质；用泡沫金属来强化水合物生成过程中的传热；将干水、表面活性剂等与泡沫金属复合强化水合物生成过程中传热传质；并对上述研究进行了放大实验，同时设计了一种强化传热传质的水合物反应器。研究成果如下（1）制备干水时二氧化硅和水的最佳比例在1:20左右，最佳搅拌时间为60s—90s。（2）干水高比表面积的“硅包水”结构能够增强水合体系的气-液接触，降低水合诱导时间，促进甲烷水合物生成，并提高储气量。（3）当向水中加入结冷胶，可以比较稳定的储气4～6次，但其储气量和储气速率存在一定的衰减。（4）表面活性剂（SDS）干溶液具有表面活性，能够促进水合体系的气-液接触，提高甲烷水合速率和储气量。硅含量7.5 wt%的SDS干溶液分散效果好、含水量高，储气量最大，与相同硅含量的干水储气量相当，但比干水储气速率高约1倍。（5）将多孔泡沫铝浸入到浓度0.03 wt%的SDS溶液中，其丰富的金属表面可以强化水合过程的传热，其有效导热系数是纯甲烷水合物导热系数的132倍，使含泡沫铝的SDS溶液储气速率比单纯的SDS溶液储气速率更大。（6）泡沫铜也可以强化水合物在干水和凝胶干水中生成的传热，但是并未对干水和凝胶干水起到支撑，储气可逆性没有增加。（7）木质素磺酸钠具有一定的润湿，可以增大气体的溶解度，降低表面张力，有利于强化水合过程中的传质，缩短诱导时间、增大储气量。木质素磺酸钠溶液浓度为0.5wt%、初始压力8.3 MPa时储气量高达204.1 V/V。（8）水凝胶聚甲基丙烯酸-2-羟乙基酯（pHEMA）集吸水、保水、缓释于一体而又不溶于水，具有足够大的互相交联的孔道，能促进甲烷的扩散，增大水-气接触，进行水合储气时储气量可达到110.0 V/V，且经过水合-分解-水合循环11次储气量基本不变。（9）在放大实验中，水凝胶和凝胶干水的可逆性要优于干水。（10）研发了一种可视化高效制备气体水合物的喷射反应器，可在动力学上加速气体水合物的生成。本项目提出来强化水合物生成过程中强化传热传质的新方法，发表论文17篇，申请发明专利6项，获得省部级一等奖1次、二等奖1次。