文章題目：A review of the gas hydrate phase transition with a microfluidic approach

關(guān)鍵詞：Clathrate hydrate, Microfluidics,?Morphology, CO2?sequestration

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772970222000116

? ??近日，大連理工大學(xué)宋永臣副校長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)在Energy Reviews發(fā)表文章“A review of the gas hydrate phase transition with a microfluidic approach”, 文章詳細(xì)分析了基于微流控技術(shù)的天然氣水合物研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，涵蓋了水合物相變過(guò)程、影響機(jī)制、生成和分解對(duì)開(kāi)采效率和可持續(xù)性的影響；探討了微流控技術(shù)在開(kāi)采領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用、未來(lái)發(fā)展前景和可能的改進(jìn)方向。

01?內(nèi)容簡(jiǎn)介

1.?Introduction （前言）

2.?Characteristics of hydrate phase transition?（水合物相變特征）

? 2.1.?CH4?hydrates （甲烷水合物）

? ? 2.1.1.?CH4?hydrate formation?（甲烷水合物生成）

? ? 2.1.2.?CH4?hydrate decomposition （甲烷水合物分解）

? ? 2.1.3.?CH4?hydrate reformation （甲烷水合物重整）

? 2.2.?CO2?hydrates （二氧化碳水合物）

3.?Factors influencing hydrate phase transition?processes （影響水合物相變過(guò)程的因素）

? 3.1.?Driving force （驅(qū)動(dòng)力）

? 3.2.?Additives （添加劑）

? 3.3.?Guest molecule type and saturation （客體分子類型和飽和度）

4.?Extended applications （拓展應(yīng)用）

? 4.1.?Measuring techniques?（測(cè)量技術(shù)）

? 4.2.?Clogging behaviour （堵塞行為）

5.?Limitations and future perspectives （局限性和未來(lái)展望）

6.?Conclusions （結(jié)論）

02?內(nèi)容亮點(diǎn)
? ??1、天然氣水合物作為一種新興能源引起了人們的極大關(guān)注，微流控技術(shù)是一種用于直接觀察天然氣水合物在微通道中行為的新技術(shù)；

? ??2、天然氣水合物的分布和相變是其開(kāi)發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)，本文分析了基于微流控技術(shù)的相關(guān)研究進(jìn)展，包括水合物的相變過(guò)程及其影響機(jī)理，水合物的生成和分解會(huì)直接影響到其開(kāi)采的效率和可持續(xù)性；

? ?3、文章探討了微流控技術(shù)的廣泛應(yīng)用、進(jìn)一步發(fā)展和可能的改進(jìn)策略，隨著對(duì)水合物相變機(jī)理的深入了解，水合物的商業(yè)開(kāi)發(fā)有望很快實(shí)現(xiàn)。

03?內(nèi)容導(dǎo)讀

? ?微流控技術(shù)可能有助于研究多孔介質(zhì)中的水合物。通過(guò)多孔介質(zhì)傳輸?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換和流體是自然界中發(fā)生的復(fù)雜微流體過(guò)程；從概念上講，微流體學(xué)的想法是可以用微型設(shè)備精確地研究和操縱實(shí)現(xiàn)的。微流體可以看作是多孔介質(zhì)內(nèi)部流動(dòng)的幾何簡(jiǎn)化，即多孔介質(zhì)的二維表示；換句話說(shuō)，微流體提供了一個(gè)透明的相互連接的多孔網(wǎng)絡(luò)，使得能夠?qū)Πl(fā)生在毛孔內(nèi)的復(fù)雜相變過(guò)程進(jìn)行光學(xué)可視化。多相流的操縱是微流控系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。如圖所示，由于操作簡(jiǎn)單和新穎，自21世紀(jì)初以來(lái)，微流體就被用來(lái)研究水合物在孔隙中的存在狀態(tài)，許多研究都集中在水合物相變的直接可視化上。

? ?記憶效應(yīng)被廣泛認(rèn)為是水合物重整的主要機(jī)制。如圖所示，在水合物分解期間，水合物晶體變得不穩(wěn)定，聚集的籠子往往彼此分離并形成水分子簇，只要溫度保持在15°C以下，這些水分子就可以留在水合物分解水中。當(dāng)水合物分解的水被再次用于形成水合物時(shí)，剩余的水分子簇與新的客體分子結(jié)合，以更快的速度形成水合物。此外，隨著分解溫度的升高和分解時(shí)間的延長(zhǎng)，水合物的記憶效應(yīng)減弱。水合物在多孔介質(zhì)中的重組會(huì)引起水合物的重新分布，從而增加水合物的透明度。如圖所示，在降壓過(guò)程中，流體逆?zhèn)鳠岱较蛄鲃?dòng)，水合物分解后的多相混合比水合物形成前的多相混合更好，這有利于水合物的形成。

04?重要結(jié)論和展望

? ?自21世紀(jì)初以來(lái)在微觀水平上對(duì)水合物的形態(tài)和動(dòng)力學(xué)的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，這些結(jié)果為統(tǒng)一理解水合物的相變和加深對(duì)水合物的開(kāi)采和二氧化碳的封存提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和參考。然而，水合物形態(tài)變化和相變的內(nèi)部機(jī)制尚不清楚，涉及到許多復(fù)雜的過(guò)程，如熱質(zhì)傳遞和流體流動(dòng)。因此，除了了解水合物相變的基本規(guī)律外，還應(yīng)注意其內(nèi)在機(jī)理：

? ??1、某些添加劑(十二烷基硫酸鈉、鹽等)會(huì)影響水合物的相變，然而這只是考慮了有限數(shù)量的添加劑。因此，對(duì)促進(jìn)劑的廣泛評(píng)估對(duì)于提高天然氣水合物的形成速度和為籠狀化合物的技術(shù)應(yīng)用而形成天然氣水合物的總量至關(guān)重要。此外，需要對(duì)多孔介質(zhì)中的天然氣水合物抑制劑進(jìn)行評(píng)估，以便為防止井筒堵塞和實(shí)現(xiàn)水合物開(kāi)采提供更好的指導(dǎo)；

? ?2、水合物在具有不同潤(rùn)濕性的多孔介質(zhì)中的形態(tài)、分布和相變現(xiàn)象沒(méi)有明確的描述。一些研究表明，水合物被限制在親水性玻璃的毛孔中心；然而，需要更多關(guān)于不同接觸角的顆粒表面的數(shù)據(jù)；

? ??3、流體流動(dòng)對(duì)水合物分解的影響需要詳細(xì)研究。流體可以由不同的溶液形成，如純水、海水和緩蝕劑溶液，因此還可以在流體流動(dòng)條件下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水合物相變過(guò)程中的滲透率；

? ?4、到目前為止，還沒(méi)有檢測(cè)到微型模型的內(nèi)部溫度，人們期待著設(shè)計(jì)一種易于獲得溫度的微型模型。此外，二維微流控技術(shù)也存在局限性，要了解微流體的三維特征，必須將二維微流體與計(jì)算機(jī)斷層掃描或磁共振成像相結(jié)合。此外，與真正的砂巖相比微觀模型中的顆粒不能移動(dòng)，因此微觀模型并不能完全代表真正的核心。

通訊作者簡(jiǎn)介：

宋永臣，工程熱物理領(lǐng)域?qū)＜?，大連理工大學(xué)原黨委常委、副校長(zhǎng)，海洋能源利用與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、教育部111學(xué)科引智基地主任、科技部國(guó)際合作基地主任。長(zhǎng)期致力于我國(guó)海洋天然氣水合物（可燃冰）資源開(kāi)發(fā)，以及二氧化碳封存與資源化利用相關(guān)理論、方法與應(yīng)用技術(shù)研究。近年來(lái)，承擔(dān)包括國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家“973”計(jì)劃、國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金儀器專項(xiàng)，科技部國(guó)際合作重大項(xiàng)目等國(guó)家重大科研項(xiàng)目20余項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文400余篇，出版專著1部、譯著4部。

引用信息：

Qingbin Liu, Yingying Liu, Jintao Xu, Ying Teng, Zheng Ling, Yi Zhang, Lanlan Jiang, Yongchen Song, "A review of the gas hydrate phase transition with a microfluidic approach",?Energy Reviews, ?2,??2023, 100011.

Energy Reviews

簡(jiǎn)介

???《Energy Reviews》是由深圳大學(xué)主辦，聯(lián)合 Elsevier出版集團(tuán)創(chuàng)辦的一本國(guó)際性、跨學(xué)科、高質(zhì)量開(kāi)放獲取?(Open Access)?學(xué)術(shù)期刊，由謝和平院士擔(dān)任創(chuàng)刊主編，美國(guó)工程院Derek Elsworth院士、中國(guó)科學(xué)院何雅玲院士、李永舫院士、香港理工大學(xué)倪萌教授擔(dān)任聯(lián)合主編。發(fā)表能源領(lǐng)域前沿方向、最新進(jìn)展、發(fā)展趨勢(shì)、權(quán)威觀點(diǎn)等高質(zhì)量學(xué)術(shù)文章，構(gòu)建全球能源一流成果和一流學(xué)者的合作交流平臺(tái)，向公眾傳播有影響力的能源領(lǐng)域研究成果。接收包括但不限于能源研究的新理論、新方法和新技術(shù);?能源研究的多學(xué)科（材料、物理、化學(xué)、生物等）交叉融合探索技術(shù);?化石能源低碳利用與CCUS;?氫能、可再生能源與儲(chǔ)能先進(jìn)技術(shù);?新型能源轉(zhuǎn)換方式探索與應(yīng)用;??能源領(lǐng)域現(xiàn)代信息技術(shù)（人工智能，大數(shù)據(jù)）等相關(guān)方向的優(yōu)質(zhì)稿件。

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