Enhancing HCFC-141b Hydrate Cold Thermal Energy Storage Density by EL Series Surfactants in Quiescent Conditions

Shen Junhao Sun Zhigao

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250507003

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Enhancing HCFC-141b Hydrate Cold Thermal Energy Storage Density by EL Series Surfactants in Quiescent Conditions

更新时间：2026-08-06

- Enhancing HCFC-141b Hydrate Cold Thermal Energy Storage Density by EL Series Surfactants in Quiescent Conditions
- Journal of Refrigeration Vol. 47, Issue 4, Pages: 132-140(2026)
- 作者机构：
  
  苏州科技大学环境科学与工程学院苏州 215009
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250507003
  CLC： TB64;TQ423
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20250507003
- Received：07 May 2025，
  
  Revised：2025-07-09，
  
  Accepted：10 July 2025，
  
  Online First：17 December 2025，
  
  Published：16 August 2026
- 稿件说明：
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沈均豪,孙志高.静态条件下EL系列表面活性剂促进HCFC-141b水合物高密度蓄冷[J].制冷学报,2026,47(04):132-140.

Shen Junhao Sun Zhigao.Enhancing HCFC-141b Hydrate Cold Thermal Energy Storage Density by EL Series Surfactants in Quiescent Conditions[J].Journal of Refrigeration,2026,47(04):132-140.
沈均豪,孙志高.静态条件下EL系列表面活性剂促进HCFC-141b水合物高密度蓄冷[J].制冷学报,2026,47(04):132-140. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250507003. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250507003.

Shen Junhao Sun Zhigao.Enhancing HCFC-141b Hydrate Cold Thermal Energy Storage Density by EL Series Surfactants in Quiescent Conditions[J].Journal of Refrigeration,2026,47(04):132-140. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250507003. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250507003.

摘要

为解决应用中制冷剂水合物蓄冷速度慢和实际蓄冷密度低的问题，添加表面活性剂是促进水合物快速形成的有效途径。本文选择3种不同HLB值的蓖麻油聚氧乙烯醚（EL）表面活性剂（EL-20、EL-30和EL-60）作为促进剂，研究其对HCFC-141b水合物形成的影响。结果表明：EL系列表面活性剂能够显著减少水合物成核诱导时间，含质量分数为1.5%的EL-20水合物的成核诱导时间最短，为73 min，水合物形成稳定性好；EL表面活性剂形成的胶束提供更多的成核位点，加速了水合物的生成；水合物蓄冷密度与表面活性剂的HLB值有关，EL-20具有合适的HLB值，添加质量分数为1.5%的EL-20时，水合物蓄冷密度最大，为246.48 kJ/kg，该体系水合物的生长速率也最快，为5.06 kJ/（kg·min）。在水合物形成和分解循环过程中水合物形成存在“记忆”效应，在降温过程中水合物再次形成，没有明显的诱导时间存在。添加质量分数为1.5%的EL-20表面活性剂的体系在水合物形成/分解循环稳定性最好，经过7次循环该体系水合物形成过程仍能维持稳定的温升。

Abstract

To solve the problems of the slow growth rate and low cold thermal energy storage density of refrigerant hydrates， the addition of surfactants is an effective way to promote hydrate formation. Three polyoxyethylene castor oil （EL） surfactants with different hydrophilic-lipophilic balance （HLB） values （EL-20， EL-30， and EL-60） were selected as promoters to study their effects on HCFC-141b hydrate formation. The experimental results showed that the EL series of surfactants significantly reduce the hydrate nucleation induction time. The system with a mass fraction of 1.5% EL-20 exhibited the shortest hydrate induction time of 73 min， and the stability of hydrate formation was good. The micelles formed by the EL surfactants provide more nucleation sites， which accelerate hydrate formation. The hydrate cold thermal energy storage density is related to the HLB value of the surfactants. The system with a mass fraction of 1.5% EL-20 had the maximum cold thermal energy storage density of 246.48 kJ/kg and the fastest hydrate growth rate of 5.06 kJ/（kg·min）， as EL-20 had a suitable HLB value. There is a "memory" effect during hydrate formation and dissociation cycle. The system with a mass fraction of 1.5% EL-20 surfactant exhibited the most favorable performance during the hydrate formation and dissociation cycles. After seven hydrate formation and dissociation cycles， the increase in temperature remained stable during hydrate formation.

关键词

Keywords

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Koh C A ， Sum A K ， Sloan E D . State of the art： natural gas hydrates as a natural resource ［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering ， 2012 ， 8 ： 132 - 138 .

Kim E ， Seo Y . A novel discovery of a gaseous sH clathrate hydrate former ［J］. Chemical Engineering Journal ， 2019 ， 359 ： 775 - 778 .

Prasad P S R ， Kiran B S . Feasibility of hydrate technology for natural gas storage and transportation ［J］. Current Science ， 2022 ， 122 （ 5 ）： 513 - 514 .

Zhang Yumei ， Ma Guoyuan ， Wang Lei ， et al . Energy and economic analysis of CO 2 hydrate cold energy storage applications in transcritical CO 2 refrigeration systems ［J］. Journal of Energy Storage ， 2024 ， 102 ： 114232 .

Viswanadhan S K ， Singh A ， Veluswamy H P . Hydrate-based gas separation （HBGS） technology review： status， challenges and way forward ［J］. Gas Science and Engineering ， 2024 ， 131 ： 205465 .

代梦玲，孙志高，李娟，等 . 水合物储气促进技术研究进展［J］. 化工进展， 2020 ， 39 （ 10 ）： 3975 - 3986 .

Dai Mengling ， Sun Zhigao ， Li Juan ， et al . Progress on promotion technology for gas storage in hydrates ［J］. Chemical Industry and Engineering Progress ， 2020 ， 39 （ 10 ）： 3975 - 3986 .

Sun Shicai ， Cui Junhao ， Gu Linlin ， et al . Effects of magnetic field on CO 2 hydrate phase equilibrium ［J］. Heat and Mass Transfer ， 2024 ， 60 （ 9 ）： 1509 - 1521 .

Falahieh M M ， Bonyadi M ， Lashanizadegan A . Seawater desalination by coupling cyclopentane hydrate formation and capacitive deionization processes in the presence of Fe 3 O 4 nanoparticles and magnetic field ［J］. Desalination ， 2022 ， 543 ： 116120 .

Partoon B ， Sabil K M ， Lau K K ， et al . Production of gas hydrate in a semi-batch spray reactor process as a means for separation of carbon dioxide from methane ［J］. Chemical Engineering Research and Design ， 2018 ， 138 ： 168 - 175 .

Zhang Xuemin ， Zhang Mengjun ， Li Pengyu ， et al . Cooperative effect of surfactant and porous media on CO 2 hydrate formation and capacity of gas storage ［J］. Fuel ， 2022 ， 329 ： 125494 .

俞钱程，谢应明，王宁，等 . 复配表面活性剂SDS+SDBS强化CO 2 水合物蓄冷性能研究［J］. 制冷学报， 2023 ， 44 （ 6 ）： 148 - 155 .

Yu Qiancheng ， Xie Yingming ， Wang Ning ， et al . Cold storage characteristics of CO 2 hydrate enhanced by compounding surfactant SDS+SDBS ［J］. Journal of Refrigeration ， 2023 ， 44 （ 6 ）： 148 - 155 .

敬加强，郑天伦，杨航，等 . 气体水合物添加剂研究进展［J］. 低碳化学与化工， 2022 ， 47 （ 6 ）： 22 - 32 .

Jing Jiaqiang ， Zheng Tianlun ， Yang Hang ， et al . Research progress of gas hydrate additives ［J］. Natural Gas Chemical Industry ， 2022 ， 47 （ 6 ）： 22 - 32 .

Salako O ， Lo C ， Zhang J S ， et al . Adsorption of sodium dodecyl sulfate onto clathrate hydrates in the presence of salt ［J］. Journal of Colloid and Interface Science ， 2012 ， 386 （ 1 ）： 333 - 337 .

Veluswamy H P ， Chen J Y ， Linga P . Surfactant effect on the kinetics of mixed hydrogen/propane hydrate formation for hydrogen storage as clathrates ［J］. Chemical Engineering Science ， 2015 ， 126 ： 488 - 499 .

Wang Fei ， Guo Gang ， Liu Guoqiang ， et al . Effects of surfactant micelles and surfactant-coated nanospheres on methane hydrate growth pattern ［J］. Chemical Engineering Science ， 2016 ， 144 ： 108 - 115 .

Pérez-López H I ， Elizalde-Solis O ， Avendaño-Gómez J R ， et al . Methane hydrate formation and dissociation in synperonic PE/F127， CTAB， and SDS surfactant solutions ［J］. Journal of Chemical & Engineering Data ， 2018 ， 63 （ 7 ）： 2477 - 2485 .

Chaturvedi E ， Prasad N ， Mandal A . Enhanced formation of methane hydrate using a novel synthesized anionic surfactant for application in storage and transportation of natural gas ［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering ， 2018 ， 56 ： 246 - 257 .

Naeiji P ， Varaminian F . Kinetic study of carbon dioxide hydrate formation by thermal analysis in the presence of two surfactants： sodium dodecyl sulfate （SDS） and lauryl alcohol ethoxylate （LAE）［J］. Journal of Molecular Liquids ， 2018 ， 254 ： 120 - 129 .

翁盛乔，谢应明，俞钱程，等 . Tween 80强化R134a水合物蓄冷的实验研究［J］. 新能源进展， 2023 ， 11 （ 6 ）： 577 - 582 .

Weng Shengqiao ， Xie Yingming ， Yu Qiancheng ， et al . Experimental study on enhancement of R134a hydrate cold storage by Tween 80 ［J］. Advances in New and Renewable Energy ， 2023 ， 11 （ 6 ）： 577 - 582 .

Su Kai ， Sun Zhigao . Effect of polyoxyethylene laurate series surfactants on HCFC-141b hydrate formation ［J］. Journal of Molecular Liquids ， 2024 ， 412 ： 125840 .

Skovborg P ， Ng H J ， Rasmussen P ， et al . Measurement of induction times for the formation of methane and ethane gas hydrates ［J］. Chemical Engineering Science ， 1993 ， 48 （ 3 ）： 445 - 453 .

周麟晨，孙志高，陆玲，等 . 静态条件下表面活性剂促进HCFC-141b水合物生成［J］. 高校化学工程学报， 2020 ， 34 （ 2 ）： 402 - 410 .

Zhou Linchen ， Sun Zhigao ， Lu Ling ， et al . Enhancement of HCFC-141b hydrate formation with surfactants in a static system ［J］. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities ， 2020 ， 34 （ 2 ）： 402 - 410 .

Nguyen N N ， Nguyen A V . Hydrophobic effect on gas hydrate formation in the presence of additives ［J］. Energy & Fuels ， 2017 ， 31 （ 10 ）： 10311 - 10323 .

罗洁，孙志高，李娟，等 . 静态条件下表面活性剂SG-10对HCFC-141b水合物生成和蓄冷的促进［J］. 储能科学与技术， 2024 ， 13 （ 8 ）： 2615 - 2622 .

Luo Jie ， Sun Zhigao ， Li Juan ， et al . Effect of surfactant SG-10 on HCFC-141b hydrate formation and cold storage under static conditions ［J］. Energy Storage Science and Technology ， 2024 ， 13 （ 8 ）： 2615 - 2622 .

张龙明，李璞，李娜，等 . 混合量热法测定水合物浆体蓄冷密度［J］. 制冷学报， 2014 ， 35 （ 6 ）： 47 - 52 .

Zhang Longming ， Li Pi ， Li Na ， et al . Determination of hydrate slurry's cool-storage density with mixing calorimetry method ［J］. Journal of Refrigeration ， 2014 ， 35 （ 6 ）： 47 - 52 .

Zhao Jiafei ， Wang Chaojie ， Yang Mingjun ， et al . Existence of a memory effect between hydrates with different structures （I， II， and H）［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering ， 2015 ， 26 ： 330 - 335 .

Sefidroodi H ， Abrahamsen E ， Kelland M A . Investigation into the strength and source of the memory effect for cyclopentane hydrate ［J］. Chemical Engineering Science ， 2013 ， 87 ： 133 - 140 .

Bhattacharjee G ， Kushwaha O S ， Kumar A ， et al . Effects of micellization on growth kinetics of methane hydrate ［J］. Industrial & Engineering Chemistry Research ， 2017 ， 56 （ 13 ）： 3687 - 3698 .

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