有序介孔材料水合物分离煤层气实验研究

发布时间：2017-10-26 09:34

  本文关键词：有序介孔材料水合物分离煤层气实验研究

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【摘要】：我国煤层气资源丰富,据初步估算,全国埋藏在2km以内的煤层气资源量达30~35万亿m3,总量居世界前列。随着我国经济快速发展,工业化进程的加快,对我国能源结构,基础设施和能源体系的要求也逐渐加大。传统上煤矿开采带来的环境问题,导致人们在可持续发展上传统的煤炭能源体系引起新的思考,继而发展到煤层气能源的开发。合理利用煤层气资源,不但可以带来巨大的经济效益,提升人们生活质量,实现燃料的根本性转变,还能够减少煤层气资源带来的环境问题。我国作为世界的头号发展中国家,在经历的漫长的历史转变,我国的人民生活质量逐渐提高。虽然我国占据世界上巨大的资源,但同时由于科技能力,改造自然的能力还有所欠缺,严重制约了我国能源的利用率。在早期,对于煤层气资源这一巨大的资源没有采取对应的管理措施以及利用措施。在能源开采发展进程中,往往忽略煤层气资源的这一巨大伴生资源量的利用,仅仅针对煤炭单一开采。目前,我国对煤层气资源只是进行了采取了一些的简单的策略。总体可以分为地面开采与井下抽采,其中以井下抽采为主,但是往往达不到可以利用的浓度要求。所以本文就煤矿开采中低浓度瓦斯利用的问题,通过水合物合成法将CH4分离出来,通过相平衡模型进行现场实用性检验并进行工业化的应用分析:(1)分析水合物合成在多孔介质的原理。自行设计一套简易水合物合成单元结构,以甲烷浓度高的煤层气为原料气,进行甲烷分离并改进工业化推广。(2)使用近年来应用范围比较广的有序介孔材料SBA-15,探讨该材料的实用性以及便利性,通过分析有序介孔材料SBA-15的表征数据,探索有序介孔材料内水合物合成原理以及改善效果。在材料改进方面,为水合物的合成方向提供良好的基础性建议与新思路。(3)以THF与THF+SDS两个系统对比,探究表面活性剂十二烷基硫酸钠SDS的作用效果,以及对反应期的特殊影响。应用满足分子筛浸润浓度的THF质量浓度的19%与最佳摩尔配比的2.56%的TBAB在介孔分子筛SBA-15的载体下,进行水合物合成实验且对比不同促进效果和反应单元影响机理。对比两个反应体系中,二次反应对甲烷储气效果与速率的影响。建立毛细作用与孔道汲水复合作用模型。直观讨论,水合物合成地点与机理。(4)根据纯水体系下的水合物合成条件相平衡和水逸度模型,探究两种体系的相平衡模型,预测反应条件的严格性。通过计算甲烷回收率,探索其本套系统的实用性。根据模拟值与实验值对比,探究煤矿井下瓦斯天然气回收,水合物合成循环工艺。探索可以续接两种成套的甲烷浓度高情况下的煤层气水合物提纯系统。
【关键词】：SBA-15 煤层气 水合物 介孔材料 分离
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 煤层气开发利用的现状12-13
• 1.1.1 煤层气开采的必要性12
• 1.1.2 我国煤层气开发进展12-13
• 1.2 煤层气开发利用13-16
• 1.2.1 勘探开发技术特殊性13
• 1.2.2 煤层气利用技术13-15
• 1.2.3 煤层气储运技术15-16
• 1.3 本文主要研究内容与技术路线16-19
• 1.3.1 研究内容16-18
• 1.3.2 研究思路18-19
• 第二章 气体水合物结构与基本性质19-31
• 2.1 甲烷水合物结构研究进展19-20
• 2.2 气体水合物的晶体结构20-24
• 2.2.1 氢键的影响20-21
• 2.2.2 水合物的晶体结构特征21-23
• 2.2.3 客体对晶体结构的影响23-24
• 2.2.4 气体水合物结构测定技术的影响24
• 2.3 水合物生长动力学与热力学24-30
• 2.3.1 水合物热力学研究24-28
• 2.3.2 水合物生成动力学28-30
• 2.4 本章小节30-31
• 第三章 有序介孔分子筛SBA-15的表征与对水合物合成的影响31-39
• 3.1 有序介孔材料简介31-32
• 3.1.1 有序介孔材料的发展31
• 3.1.2 SBA-15在水合物方面的研究以及工业化推广31-32
• 3.2 SBA-15（UC-S9800）表征与特性研究32-34
• 3.3 介孔材料的结构相比沸石的优点34-35
• 3.4 多孔介质内天然气水合物合成机理35-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第四章 有序介孔材料SBA-15水合物法分离煤层气实验研究39-59
• 4.1 实验系统准备39-42
• 4.1.1 实验目的39
• 4.1.2 实验设计39
• 4.1.3 试验设备39-42
• 4.1.4 SBA-15实验前的准备42
• 4.2 实验气体与添加剂42-44
• 4.2.1 实验气体的选用42
• 4.2.2 水合物添加剂的发展42-44
• 4.3 实验过程44-45
• 4.4 实验结果分析45-55
• 4.4.1 SDS的作用45-46
• 4.4.2 SDS影响机理实验及数据分析46-47
• 4.4.3 THF+SDS体系影响机理实验及数据分析47-49
• 4.4.4 TBAB+SDS体系影响机理实验及数据分析49-51
• 4.4.5 压缩分子Z的计算51-52
• 4.4.6 THF+SDS与TBAB+SDS系统内储气量比较52-54
• 4.4.7 二次反应影响机理实验及数据分析54-55
• 4.4.8 SBA-15条件下水合物结晶状态与燃烧状态55
• 4.5 SBA-15下毛细与孔隙汲水复合作用机理55-57
• 4.6 本章小结：57-59
• 第五章 水合物热力学相平衡模型分析与工业化应用研究59-73
• 5.1 纯水情况下，，煤层气水合物合成模拟59-61
• 5.2 水逸度模型预测添加剂体系下煤层气水合物相平衡61-69
• 5.2.1 水逸度模型预测THF体系下煤层气水合物相平衡61-65
• 5.2.2 水逸度模型预测TBAB体系下高浓度煤层气水合物相平衡65-69
• 5.3 甲烷回收率研究69-70
• 5.4 煤层气水合物工业应用70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 6.2.1 创新点74
• 6.2.2 希望改进点74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 攻读学位期间发表的学术论文81

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本文编号：1098095