超疏水超疏天然气管壁的构建及其抑制水合物成核和防粘机制

It is very important to build superamphiphobicity interface, which can inhibit the nucleation and anti-adhesion of natural gas hydrate, on natural gas pipeline for low resistance and safe transportation of the natural gas.This project intends to use silica particles modified by fluorinated POSS to construct multistage micro-nano rough structure with superamphiphobicity on the surface of tube wall. Combining the experimental research, molecular dynamics simulation and mesoscopic simulation, we will build systematic understanding of the relationship among chemical composition and the properties, mechanical strength and the topology structure of rough micro-nano structure, the ability of inhibiting nucleation and anti-adhesion of natural gas hydrate and the effect of drag reduction. The coupling control theory of chemical composition, mechanical strength and the topology structure of rough micro-nano structure for natural gas pipeline interface will be obtained. This understanding will provide important information for designing novel natural gas pipeline interface.

构建超疏水-超疏天然气的管壁对于天然气输送过程中抑制水合物成核和防粘附堵管，实现低阻安全的天然气输送具有重要意义。本项目拟利用含氟POSS改性的二氧化硅粒子在管壁构筑具有超疏水-超疏天然气特性的微纳粗糙结构，结合实验研究、分子和介观模拟，深入认识管壁表面微纳粗糙结构的化学组成及性质、微纳拓扑构型和力学强度等物理和化学性能与抑制管壁水合物的成核和防水合物粘壁堵管特性、固液气界面减阻效应之间的内在作用规律，建立天然气输送管壁涂层化学组成、表面微观拓扑结构和力学性能等理化性能的耦合调控构建超疏水超疏天然气涂层界面理论，解决天然气管道输送的系列关键科学问题，为新型天然气输送管道界面的设计和调控技术提供理论依据和指导。

本项目利用含氟POSS改性的二氧化硅粒子在管壁构筑具有超疏水-超疏天然气特性的微纳粗糙结构，结合实验研究、分子和介观模拟，深入认识管壁表面微纳粗糙结构的化学组成及性质、微纳拓扑构型和力学强度等物理和化学性能与抑制管壁水合物的成核和防水合物粘壁堵管特性、固液气界面减阻效应之间的内在作用规律，获得构建功能化POSS基超双疏表面涂层、具有抑制水合物成核和防原油粘附性能的超亲水-水下超疏油材料、具有耐磨损、抑制水合物成核防水合物粘附的性能超疏水-超亲油材料和具有防水合物粘附、蜡沉积以及原油粘附功能的超双疏材料等材料的方法，建立天然气输送管壁涂层化学组成、表面微观拓扑结构和力学性能等理化性能的耦合调控构建超疏水超疏天然气涂层界面理论，解决天然气管道输送的系列关键科学问题，为新型天然气输送管道界面的设计和调控技术提供理论依据和指导。