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水合物法天然气储存技术可实现在中温段(约273 K)和相对温和压力(P=3~10 MPa)的工况条件高密度储存天然气。为了解决甲烷水合物生长动力学相对缓慢的问题,以及实现更低工况压力下高密度储存天然气目标,本文着眼于传热强化与传质强化两方面,对甲烷水合物生长的传热传质双强化效应和双重传质强化效应进行了系统研究。向静态0.03wt%SDS溶液甲烷水合体系中加入两种疏水泡沫金属(铝/铜,其对应孔隙率分别为72.8%或95.0%),研究表明,在诱导成核结束后15 min内储气过程中:(1)疏水涂层存在下,疏水泡沫铝-SDS溶液复合体系与泡沫铝-SDS溶液复合体系相比储气量最高可提升38.7%,储气工况压力可降低约1 MPa,说明疏水泡沫铝具有更好的传质强化效应;(2)疏水泡沫铝和疏水泡沫铜的加入可分别将静态SDS溶液体系的储气量最高提升87.1%和26.2%,并促使工况压力较低体系进行甲烷水合过程:首先,疏水泡沫铝/铜+空气复合导热系数分别为4.716 W/(m·K)和2.205 W/(m·K),均比纯水导热系数0.58W/(m·K)大,其加入可强化甲烷水合物生长传热过程;其次,疏水泡沫金属中的疏水涂层使液相表面收缩,为甲烷在液相中的运动提供通道,强化甲烷水合物生长传质过程。因而疏水泡沫金属对于甲烷水合体系具有传热传质双强化效应。向高孔隙率疏水泡沫铜骨架中填充干水介质,其首次储气以及二次循环储气的储气量基本保持一致。然而干水体系高度分散结构不利于体系热量快速传导,其导热系数与水溶液相比下降了36%,因而疏水泡沫铜对干水体系水合储甲烷的促进作用不如泡沫铜。本文考察亮氨酸干溶液(亮氨酸+干水)对甲烷水合过程的影响:亮氨酸溶液可以将甲烷气以“甲烷气泡”的形式分散到水中-“分散甲烷气”,干水将水溶液以“硅包水”结构分散到气相中-“分散水”,二者共同作用达到双重传质强化的效果。研究表明亮氨酸干溶液的最佳亮氨酸浓度为0.5 wt%,诱导成核结束后100 min储气量可达159.61 V/V,与相同工况条件下干水体系相比提升超过10%。通过本文对静态甲烷水合物生长过程的传质传热双强化效应和双重传质强化效应的研究,水合物法甲烷储存性能进一步提升,可为水合物储气的工业化应用提供指导。