全可視化反應(yīng)釜內(nèi)二氧化碳水合物的生成分解特征

毛港濤，李治平，王凱，丁垚

（1 北京石油化工學(xué)院，深水 油氣管線關(guān)鍵技術(shù)與裝備北京市重點實驗室，北京 102617；2 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；3 中石化石油勘探開發(fā)研究院地面工程研究所，北京 102206）

隨著全球工業(yè)化進程加快，溫室氣體排放逐年增多，溫室效應(yīng)日益嚴重，對環(huán)境和生態(tài)帶來了嚴重威脅。其中二氧化碳氣體是最為重要的溫室氣體，我國實現(xiàn)碳中和迫在眉睫。碳封存技術(shù)是實現(xiàn)碳中和的重要途徑，其中水合物封存法已成為目前研究的熱點。原因在于二氧化碳水合物具有穩(wěn)定性好、力學(xué)強度高、熱導(dǎo)率低、儲氣量大等優(yōu)勢，同時該封存方法具有技術(shù)可行性高、經(jīng)濟可控性較強、生態(tài)影響趨正的特點，使其有望成為未來解決溫室效應(yīng)問題的有效途徑。但該技術(shù)目前存在著二氧化碳水合物的生成速率低、控制分解速率困難等問題，阻礙了該技術(shù)的進一步工業(yè)應(yīng)用。這些問題的根本在于對二氧化碳水合物的生成分解機理及特征缺乏全面的認識，且對于其影響因素探究還不深入。此外，水合物的生成分解行為是水合物研究中的重要科學(xué)基礎(chǔ)問題，是當(dāng)前研究的重點和難點。因此，對二氧化碳水合物的生成分解行為特征、誘導(dǎo)時間以及影響因素進行研究，具有重要的實際意義。

室內(nèi)實驗可以最直觀、準確地對水合物生成分解進行模擬。目前國內(nèi)外已有諸多機構(gòu)對二氧化碳水合物進行室內(nèi)實驗研究，分析水合物的生成特征及其影響因素，所用的實驗裝置包括高壓反應(yīng)釜、結(jié)晶器、藍寶石搖擺池等，其中高壓反應(yīng)釜是最為常見的實驗裝置。由于其可以模擬實際儲層特征和溫壓情況，已經(jīng)被很多機構(gòu)利用來進行二氧化碳水合物研究。但目前所用的實驗裝置大都為單一的大型視窗反應(yīng)釜，雖然大尺度的實驗具有精度高的優(yōu)點，但只能從局部對水合物的生成分解進行觀察，無法對生成分解過程的水合物整體的結(jié)構(gòu)形態(tài)演變進行詳細觀察，且無法觀察反應(yīng)過程中二氧化碳-水整個體系的變化。此外，由于影響水合物生成分解因素眾多，包括外部動力、過冷度、記憶效應(yīng)等，且生成過程隨機，因此缺乏有效的方法將不同實驗條件下的水合物的生成分解進行對比，進而無法準確研究各因素對于水合物生成分解的影響。因此，本文設(shè)計了全可視化雙透明反應(yīng)釜進行二氧化碳生成分解實驗。在滿足全可視化的前提下，設(shè)計了并聯(lián)的雙透明全可視釜，可以詳細觀察和記錄二氧化碳水合物的生成分解特征，分析生成分解微觀機理。并可以通過給定雙釜不同的條件，分析不同因素對水合物生成分解行為的影響。

本文選取99.99%的二氧化碳和去離子水作為實驗介質(zhì)，利用自主設(shè)計搭建的全透明雙反應(yīng)釜實驗裝置，進行了兩次生成分解實驗。首先利用高清攝像機對上下釜初次形成與二次形成過程的水合物演變特征進行分析，然后對比兩個反應(yīng)釜內(nèi)溫壓變化，分析攪拌以及記憶效應(yīng)的影響，再然后與甲烷水合物的生成分解特征進行對比。該研究對水合物法封存技術(shù)的研究與應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)意義。

1 材料和方法

本文針對生成與分解水合物所需的復(fù)雜溫壓條件，同時考慮對比觀察的需求，搭建了一套耐溫耐壓實時監(jiān)測的可視化水合物實驗平臺，對水合物的生成分解過程以及記憶效應(yīng)進行了研究。

1.1 材料

實驗用氣為二氧化碳，北京南飛氣體科技發(fā)展有限公司，純度為99.99%。實驗用水為自制去離子水，由實驗室去離子純水機制備，去離子水的電阻率為10MΩ·cm。

1.2 實驗裝置

實驗采用自行設(shè)計的二氧化碳水合物生成和分解的可視化實驗平臺進行模擬實驗，如圖1 所示。根據(jù)該平臺中各裝置的不同作用可將其劃分為可視化反應(yīng)釜、氣體注入部分、液體注入部分、恒溫室和數(shù)據(jù)監(jiān)控收集等部分。其中，可視化反應(yīng)釜為產(chǎn)生和觀察水合物的主體，由上下兩個全透明藍寶石反應(yīng)釜組成，兩釜容積均為400mL，其內(nèi)直徑與內(nèi)高度均為80mm。實驗最大壓力為15MPa，可承受溫度范圍為-20℃～150℃，釜內(nèi)配有溫壓傳感器。相比于前人的藍寶石視窗反應(yīng)釜，其具有觀察范圍廣的優(yōu)勢。下釜底部帶有最大轉(zhuǎn)速達1200r/min 磁力攪拌機器，與上釜形成對比。

圖1 實驗裝置示意圖

氣體注入部分和液體注入部分主要作用為給反應(yīng)釜內(nèi)注氣和注液，前者包括氣瓶、氣體增壓泵（出口壓力最大可達40MPa）、高壓貯罐（5L，耐壓50MPa）、真空泵等裝置；后者主要包括通過軟件控制的恒流恒速泵（排量0～60mL/min），去離子純水機[制水電阻率≥10～16MΩ·cm（25℃），電導(dǎo)率≤0.065μS/cm，TDS(RO水)≤10mg/L]；恒溫室用于控制整個平臺所處環(huán)境的溫度，包括大功率制冷機和送風(fēng)機，溫度調(diào)節(jié)范圍為-10～30℃，控溫精度可達±0.1℃；數(shù)據(jù)監(jiān)控收集部分主要對實驗過程記錄和實時數(shù)據(jù)采集，包括數(shù)據(jù)采集平臺（可實現(xiàn)1s 自動采集）和兩個高清攝像機（分辨率3840×2160，10倍光學(xué)變焦）。

1.3 實驗步驟

在實驗開始前，為了保證實驗結(jié)果的準確性和實驗安全，進行氣密性測試。實驗步驟主要分為進氣和進液兩部分。

進液流程如下：

（1）實驗前首先利用去離子水對反應(yīng)釜進行清洗，清洗完成后，排出去離子水，烘干。然后利用真空泵對反應(yīng)釜進行抽真空操作。

（2）打開進液閥，通過恒壓恒速泵以一定的速率向上下釜中充入200mL的去離子水。

進氣流程如下：

（1）首先打開回壓閥，利用手搖泵加回壓至15MPa，保障進氣安全。

（2）關(guān)閉進液閥，打開進氣閥，然后打開二氧化碳氣瓶，通過空氣壓縮機以及減壓閥調(diào)整出口壓力，以恒定壓力向反應(yīng)釜中注入二氧化碳，待到壓力達到7MPa時，停止注入。

（3）設(shè)置恒溫室溫度，確保恒溫室溫度與反應(yīng)釜溫度之間形成動態(tài)平衡，使反應(yīng)釜溫度維持在17℃；在此過程中，通過調(diào)節(jié)放空閥和進氣閥使得反應(yīng)釜內(nèi)壓力始終維持在7MPa。待壓力溫度穩(wěn)定在設(shè)定的初始值后，調(diào)節(jié)恒溫室溫度為實驗溫度，對反應(yīng)釜開始進行降溫。

（4）打開下釜的攪拌器，設(shè)置轉(zhuǎn)速為400r/min，靜置反應(yīng)釜待其反應(yīng)。利用高清攝像機觀察錄制實驗反應(yīng)過程，反應(yīng)過程中釜內(nèi)的溫度、壓力，通過壓力、溫度傳感器測量并通過控制系統(tǒng)實時記錄。當(dāng)壓力變化為小于0.01MPa/h，視為水合物完全生成。

采用封閉升溫的方式進行水合物分解實驗。保持反應(yīng)釜處于封閉狀態(tài)，不與外界發(fā)生壓力傳遞。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)釜所處的恒溫室的溫度，通過送風(fēng)機向恒溫室內(nèi)送風(fēng)，使得反應(yīng)釜溫度以一定速率升高，水合物保持一定的速度分解。溫度恢復(fù)到初始值、壓力基本穩(wěn)定后，視為分解完成。重復(fù)以上實驗步驟進行水合物二次生成分解實驗，研究水合物的記憶效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 二氧化碳水合物初次生成分解特征

2.1.1 生成過程

圖2(a)為上釜生成水合物過程，圖2(b)為下釜生成水合物過程。由于水合物初始條件即滿足二氧化碳液化條件，反應(yīng)釜內(nèi)以液態(tài)二氧化碳和水的形式穩(wěn)定存在，并且實驗過程都是于液化二氧化碳情況下進行，因此二氧化碳液化未對實驗造成影響。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，上釜中的水合物首先在液液界面（液態(tài)二氧化碳-水）形成，隨后在壁面的液滴處形成附著于壁面的小塊狀水合物。這是由于液液兩相在界面處接觸面大，溫度下降時，即發(fā)生二氧化碳的溶解，使得界面處的液體產(chǎn)生混合，當(dāng)達到生成水合物的溫壓條件時，即生成水合物層。而壁面上的液滴（水）處于液態(tài)二氧化碳的環(huán)境中，接觸面小，且容易在表面生成水合物薄層而被包裹，因此生成稍慢于界面處。隨著溫度的下降，水合物生成的量慢慢增加，從而使得小塊狀水合物聯(lián)結(jié)成大塊狀。與此同時，由于溫度下降，二氧化碳在水中的溶解度增加，使得液液界面繼續(xù)生成水合物，水合物層加厚，并且出現(xiàn)了二氧化碳由于溶解生成的通道。此后，上釜狀態(tài)基本穩(wěn)定。

圖2 水合物生成過程以及形態(tài)對比圖

對于下釜來說，起初由于二氧化碳在水中具有一定的溶解度。因此，隨著攪拌的啟動，兩者即發(fā)生大量混合。隨著溫度的下降，水合物在被打散的二氧化碳液滴處生成，但并不是一個穩(wěn)定的狀態(tài)，會隨著攪拌的進行而發(fā)生擾動；然后，隨著溫度的下降和向內(nèi)遷移，液滴處生成的水合物逐漸聯(lián)結(jié)，形成水合物層，然后逐漸從上往下開始累積，最后形成一層厚且緊密的水合物層。

圖3為初次生成過程中的上釜和下釜內(nèi)溫度壓力對比圖?？梢悦黠@看出，二氧化碳水合物有著明顯的誘導(dǎo)期，上釜為250min 左右，下釜為150min左右。在實驗開始后，由于攪拌加速了二氧化碳的溶解，可明顯看到下釜有一個壓力極速下降的階段。在100min 后，下釜的壓力出現(xiàn)了大幅度的下降，二氧化碳水合物開始大量生成。在攪拌的作用下，下釜的二氧化碳與水充分混合，接觸面增大，生成了大量的水合物；而上釜中水合物生成緩慢，且壓力下降幅度小，原因在于液態(tài)二氧化碳與水的接觸面小，僅存于液液界面，上下釜壓降速率相差可達15%左右。隨著時間的推移，二氧化碳逐漸溶解，使得水合物生成量越來越多，當(dāng)二氧化碳停止溶解時，水合物生成隨即停止。這導(dǎo)致整體表現(xiàn)為水合物生成速率慢且水合物生成量少。

圖3 上下釜水合物生成過程溫壓圖

2.1.2 分解過程

由圖4可知，對于上釜來說，在升溫分解過程中，壁面上的水合物在短時間內(nèi)即完全分解，在壁面上留下水滴。然后在液液界面下水相中的水合物開始分解，分解產(chǎn)生的小氣泡聚并成大氣泡，從水相中逸出。液液界面上的水合物也慢慢變薄。其原因為在升溫過程中，壁面升溫比液相升溫快，更容易達到分解溫度，從而導(dǎo)致水合物分解有速度差異。分解結(jié)束后，仍留有一部分水合物在液液界面上無法分解。其原因可能為水合物大量分解后，剩余部分水合物分散處于液液中心，溫度很難傳遞，且在兩相壓力下，殘存的致密水合物無法分解產(chǎn)生氣泡逸出，因此其難以分解從而滯留于兩相交界處。對于下釜來說，剛開始升溫時，下部未聚合成片的水合物顆粒先開始分解，形成小氣泡，然后小氣泡不斷聚集，逐漸形成較大氣泡。大氣泡聚集于水合物的中部，形成錐進，從水相中逸出。分解完全后，與上釜類似，仍存在一層堆積密實的水合物層，穩(wěn)定存在于兩液相界面處，無法分解。

圖4 水合物分解過程以及形態(tài)對比圖

圖5為初次分解過程中的上釜和下釜內(nèi)溫度壓力對比圖?？梢钥闯?，上釜的分解速度較下釜更快，剛開始即快速分解，于105min即完成分解，之后壓力隨溫度的上升而升高。下釜雖比上釜分解慢，但仍保持一定的速率分解，在125min時即完成分解。結(jié)合分解過程圖，可以發(fā)現(xiàn)上釜的液液界面有一層致密的水合物，阻止了水相中氣泡的逸出，使得壓力無法完全恢復(fù)。而下釜生成的水合物量大，界面處的水合物層更厚更難以分解。且水相中滯留了一部分二氧化碳氣泡，使得其壓力更加難以恢復(fù)。

圖5 上下釜水合物分解過程溫壓圖

2.2 二次生成分解特征

2.2.1 生成過程

由圖6 可得，對于上釜來說，在反應(yīng)開始時，液液界面即大量生成水合物，無明顯誘導(dǎo)期，反應(yīng)釜內(nèi)壁上的液滴很快也生成水合物。原因在于初次分解后，液液界面處仍有部分氣泡滯留于界面處，使得二次生成在初次生成的微納米氣泡基礎(chǔ)上進行，促進了水合物二次生成的結(jié)晶和成核過程，大大縮短了誘導(dǎo)期。隨著反應(yīng)的進行，液面下水合物開始大量生成，液態(tài)二氧化碳的上部也開始生成少量水合物。隨著溫度的繼續(xù)降低，液態(tài)二氧化碳密度越來越大，溶解度也越來越大，液態(tài)二氧化碳與水的界面發(fā)生摻混，液態(tài)二氧化碳內(nèi)部也開始生成水合物，此時，各部分水合物開始聯(lián)結(jié)為一個整體，最終形成了一個大塊水合物體。對于下釜來說，開始攪拌后二氧化碳與水充分混合，相較第一次更快地生成了大量水合物顆粒。隨著溫度下降，水合物顆粒逐漸累積，形成了厚度更大更致密的水合物層。

圖6 水合物二次生成過程以及形態(tài)對比圖

由圖7可知，上釜未觀察到明顯的誘導(dǎo)期，開始時即發(fā)生水合物生成。開始時生成水合物速度快，在250min 左右時，水合物開始緩慢生成，600min 左右即達到穩(wěn)定狀態(tài)。下釜的誘導(dǎo)期相較于初次生成變化不大，仍為100min 左右，開始時（100min 之前）二氧化碳溶解與水合物生成并存，壓力下降快。在誘導(dǎo)期后，水合物開始大量生成。

圖7 上下釜水合物二次生成過程溫壓圖

2.2.2 分解過程

如圖8所示，對于上釜來說，在升溫分解過程初期，液態(tài)二氧化碳中的水合物（體系上部水合物）開始分解，釋放出水相，使得剩余的大塊水合物浸泡在水相中，對水合物起到一定的融化作用。隨著溫度的升高，水相中的水合物大量分解。分解完成后仍殘存少量水合物在兩相界面處以及一部分氣泡在水相中。下釜二次分解過程中二氧化碳水合物的形態(tài)變化與初次分解的情況相似。在分解初期，下部較為松散的水合物層開始出現(xiàn)分解，有少量小氣泡出現(xiàn)。隨著分解的進一步進行，小氣泡開始聚并，在水合物中部位置形成較大氣泡。在壓力的作用下向上逸出，并將上部水合物層分解產(chǎn)生的大氣泡打散，與其一同逸出，最終完成分解，溶液中仍存在著一些氣泡，且在兩相界面處仍殘存有一部分水合物未發(fā)生分解。

圖8 水合物二次分解過程以及形態(tài)對比圖

圖9 為水合物二次分解過程溫度壓力對比圖。從圖9 可以看出，在20min 之前，上釜水合物分解速度緩慢，液態(tài)二氧化碳中的水合物開始分解；20～150min為快速分解階段，此時大塊的水合物浸泡于水相中，開始快速分解；在150min 時分解速度開始減慢，壓力緩慢上升，250min 左右分解完成。而對于下釜水合物來說，在25min之前，水合物分解較為緩慢，其原因是因為水合物隨著溫度升高內(nèi)部開始分解為氣泡，但沒有從水相中逸出，因此壓力上升緩慢。25～170min 為水合物快速分解階段，此時壓力上升速度較快。170min 后，水合物開始緩慢分解，部分氣泡逸出。但在下部水合物大量分解后，殘余的二氧化碳氣泡滯留分散于水中，不足以沖破上部的致密水合物層而逸出，從而導(dǎo)致壓力無法恢復(fù)至初始值。

圖9 水合物二次分解過程溫壓對比圖

綜上所述，在初次和二次生成中，攪拌對二氧化碳水合物的生成都有著一定的促進作用。攪拌后使得混合程度增加，最大縮短誘導(dǎo)時間可達40%，增大壓降速率可達15%，使得生成的量變大。在分解過程中，由于攪拌使得兩相充分混合，水合物在生成過程中發(fā)生堆積，形成致密厚實的水合物，延緩了分解。

2.3 與甲烷水合物生成分解對比

2.3.1 典型生成對比

由圖10(a)可知，在初次生成時，二氧化碳水合物有著比甲烷水合物更短的誘導(dǎo)期，在150min左右即開始大量生成，而甲烷水合物在400min 左右才開始生成。且對生成量來說，二氧化碳水合物的生成量遠大于甲烷水合物的生成量。在第二次生成時[圖10(b)]，甲烷和二氧化碳水合物的誘導(dǎo)期都有了很大縮短，二氧化碳水合物在100min 時即開始大量生成，甲烷水合物在190min 時即開始大量生成，但結(jié)合初次生成來看，總生成量仍有較大差距。原因在于：首先，兩者生成水合物的溫壓條件不同，甲烷水合物生成的溫壓條件比二氧化碳水合物的更為苛刻，在相同實驗條件下，相當(dāng)于為二氧化碳提供了更大的過冷度和壓差等驅(qū)動力；另外，相對于甲烷，二氧化碳在水中的溶解度更高，因此與水的混合程度更高，兩相接觸面積更大。綜上，這些因素導(dǎo)致了二氧化碳水合物的生成量大于甲烷的生成量。

圖10 甲烷和二氧化碳水合物生成對比圖

2.3.2 典型分解對比

由圖11(a)可得，在初次分解時，二氧化碳水合物初始時比甲烷水合物分解得更快，原因是在起始時，二氧化碳水合物的未緊實部分分解形成液滴，逐漸形成一個液體通道，隨著水合物的不斷分解，二氧化碳不斷逸出。而甲烷水合物顆粒在水中分解后，由于甲烷為氣泡狀態(tài)且上覆有水合物層，氣泡無法逸出，因此開始分解速度較慢。此后甲烷水合物層開始分解，氣泡逐漸從液相中逸出，開始大量分解。而在不密實的水合物分解完成后，液液界面上的水合物層阻止了二氧化碳水合物的進一步分解，從而使得二氧化碳進入緩慢分解狀態(tài)。最終，甲烷水合物基本分解完成而二氧化碳水合物殘余量更多。由圖11(b)可知，對于二次分解，起始也是二氧化碳水合物的分解速率略大于甲烷水合物。但50min時，甲烷氣泡累積開始大量逸出，二氧化碳液體逐漸析出，但少于甲烷水合物的分解，甲烷分解速率即超過二氧化碳水合物分解速率。隨后，二氧化碳水合物緩慢分解而甲烷快速分解，兩者都于150min 左右，基本分解完成。在此之后兩者都隨著溫度的上升，壓力緩慢增長。

圖11 甲烷和二氧化碳水合物分解對比圖

綜上，對于生成來說，可見二氧化碳水合物生成誘導(dǎo)時間比甲烷水合物更短，生成速率更快，生成的量更大，但隨著生成次數(shù)的增加，兩者誘導(dǎo)時間、生成速率以及生成量差距逐漸變小；對于分解來說，二氧化碳水合物初次分解更快，而甲烷水合物二次分解更快。原因是由于初次分解時，水合物量小且分散，分解產(chǎn)生的氣泡不易逸出；而隨著混合程度的增大，甲烷水合物分解產(chǎn)生的液滴更大，氣泡逸出速度更快量更多，因此分解速度大大加快，而二氧化碳的兩次分解速率差距不大。綜合來看，二氧化碳水合物分解速率小于甲烷水合物分解速率。且分解的量更小，原因是由于二氧化碳與水均為液體，兩者混合更為充分，水合物生成的量更大且更密實，因此分解殘余的量更大。實驗結(jié)果有利于二氧化碳的海洋封存。

3 記憶效應(yīng)分析

水合物記憶效應(yīng)機理目前有兩種假說：第1種假說認為水合物分解后，溶液中存在的部分多邊形水分子簇或微小的水合物籠形晶體結(jié)構(gòu)是加速水合物的再次形成導(dǎo)致記憶效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因；第2種假說認為水合物分解后，客體分子以尺寸足夠小、內(nèi)壓足夠大的納米氣泡的形式溶解在溶液中，從而促進了水合物再次生成的結(jié)晶成核過程。

圖12 即為根據(jù)實驗數(shù)據(jù)制作的二氧化碳水合物初次二次生成圖。對于上釜來說，記憶效應(yīng)不明顯，兩者反應(yīng)完成后達到一相同壓力處。在200min 之前，初次生成快于二次生成，壓力下降到一定值后，兩者壓力穩(wěn)定，都不再變化。對于下釜來說，記憶效應(yīng)明顯，二次生成明顯比初次生成誘導(dǎo)時間短，但初次生成壓力下降較快，且壓力最終都恢復(fù)至同一值，可見記憶效應(yīng)并不能增加水合物生成的量以及反應(yīng)速率。

圖12 初次二次生成過程溫壓對比圖

圖13 即為二氧化碳水合物初次二次分解圖。由圖可得，對于上釜來說，起始時（50min 之前）二次分解比初次分解溫度上升的慢，原因在于，初次生成相較于二次生成，液液界面穩(wěn)定，水合物被分為兩個部分，即液面之上和液面之下，而液面之上的水合物由于分散且量小，因此此階段初次分解快，溫壓上升快；50～125min時，兩者保持幾乎相同速率分解；125min 之后，初次分解速度緩慢，二次分解仍保持較快速度，原因在于，初次生成降溫時二氧化碳液體不斷溶解，形成了液體通道，從而在下部形成了一整塊的水合物。升溫分解到一定程度時，液體析出，水合物完全分解。只在界面處殘留少量水合物難以分解。但由于二次生成時二氧化碳和水更加分散，沒有清晰的界面，因此導(dǎo)致生成了多塊水合物，持續(xù)分解，最終導(dǎo)致一部分氣泡滯留于水中，無法逸出。對于下釜來說，二次分解溫度上升速率在全過程均低于初次分解，其原因在于相比于初次生成，二次生成兩相混合更加充分，使得水合物分解較慢，氣泡逸出較慢，溫度和壓力上升慢。這些現(xiàn)象從側(cè)面說明水合物分解產(chǎn)生的氣泡/微納米氣泡與記憶效應(yīng)有重要的關(guān)聯(lián)。

圖13 初次二次分解過程溫壓對比圖

綜合來看，記憶效應(yīng)可以縮短誘導(dǎo)時間，增加分散程度，但對二氧化碳的生成影響不大。對于分解來說，由于初次分解產(chǎn)生的氣泡/微納米氣泡滯留于水中，使得二次生成水合物的分散程度增加，延緩了水合物的二次分解。

4 結(jié)論

采用雙透明反應(yīng)釜的水合物實驗平臺，利用高清攝像機詳細觀察記錄了水合物的生成分解過程。在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，明晰了水合物的生成分解演變特征及攪拌對其的定量影響，揭示了水合物記憶效應(yīng)的特性，并與甲烷水合物進行對比，得到主要結(jié)論如下。

（1）攪拌對水合物的生成有著促進作用。經(jīng)攪拌后，兩相得以充分混合，接觸面積增大，在400r/min的轉(zhuǎn)速下，誘導(dǎo)時間最大可減少40%，生成階段壓降速率增大達15%，從而生成了更多的水合物。同時由于生成了更厚且致密的水合物，延緩了分解。

（2）二氧化碳水合物生成誘導(dǎo)時間比甲烷水合物更短，生成速率更快，生成的量更大。但隨著生成次數(shù)的增加，兩者的誘導(dǎo)時間、生成速率以及生成量差距逐漸縮小。同時二氧化碳水合物分解的量更少，殘存的量更大。實驗結(jié)果有利于二氧化碳的海洋封存技術(shù)的研究與應(yīng)用。

（3）記憶效應(yīng)的存在雖可以縮短二氧化碳水合物生成的誘導(dǎo)時間，但對于最終生成的量和壓力穩(wěn)定時間并無影響。其對分解起到一定的延緩作用，二次分解慢于初次分解，且分解的量更小。

（4）攪拌情況下生成水合物速度快且量更多，隨著攪拌時間增加，水合物也更難以分解。而記憶效應(yīng)的作用不明顯。因此在實際工程中，應(yīng)合理選擇攪拌速率來提高反應(yīng)速度。