THF和TBAB对煤层气水合物相平衡影响的实验及理论研究

发布时间：2017-05-30 23:15

  本文关键词：THF和TBAB对煤层气水合物相平衡影响的实验及理论研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤层气作为一种能量密度高、燃烧清洁的宝贵资源，在我国储量十分丰富。但是目前我国低浓度煤层气利用率低，大部分被放空，不仅造成了资源浪费，还导致了环境的破坏。合理利用低浓度煤层气，对保护环境，减少煤矿安全事故，实现能源的可持续发展具有重要意义。水合物法分离低浓度煤层气具有生成条件温和、能耗低、储气稳定的优点，受到国内外学者广泛关注和研究。 水合物法分离煤层气是利用相同条件下，煤层气中的主要成分CH4、N2和O2生成水合物的温度、压力条件不同而实现分离。水合物生成条件苛刻，加入添加剂可改善水合物生成条件。本文自建一套水合物实验平台，通过氧气水合物相平衡对实验系统进行准确性验证，并以此为基础进行了TBAB和THF复合添加剂下，煤层气水合物相平衡的实验研究。同时利用水的逸度模型结合PRSV状态方程，对纯水体系下和TBAB存在下的气体水合物相平衡进行预测，为水合物分离低浓度煤层气实现工业化生产提供理论基础，具体内容如下： （1）以水合物法分离低浓度煤层气（30%CH4+65%N2+5%O2）为实验目的，搭建一套水合物生成实验装置，进行了THF存在下氧气水合物相平衡实验，并与参考文献数据进行对比，验证实验装置的准确性与可靠性。 （2）根据正交试验设计方法，设计了九组不同浓度THF与TBAB的混合体系，实验测得了相应体系下煤层气水合物的相平衡数据。数据分析结果表明，两者混合后仅小量的浓度就能达到单一组分10倍的浓度效果，相平衡曲线显著右移。当THF（或TBAB）浓度固定后，水合物相平衡曲线没有随TBAB（或THF）浓度增加而逐渐右移，因THF生成的是Ⅱ型水合物，TBAB生成半笼型水合物，两种添加剂混合后，两种水合物晶格类型应同时存在，两种类型晶格的主次关系与二者混合的浓度有关。通过正交试验分析表明：各因素对相平衡影响的主次顺序为THF THF×TBAB TBAB。 （3）通过水的逸度模型结合PRSV状态方程，对纯水体系气体（CH4、N2、O2）水合物相平衡进行预测，结果表明水的逸度模型能准确预测水合物相平衡。同时，对TBAB存在下，单组份气体（CH4）和煤层气（29.95%CH4+60%N2+10.05%O2）的水合物热力学模型进行研究。结果表明，对于单组份气体，模型预测结果在低温段（281.67K～292.2K）效果较好，随温度升高，预测值逐渐小于实验参考值。对煤层气水合物相平衡预测结果较理想。
【关键词】：煤层气水合物 添加剂 正交试验法 逸度模型 相平衡
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.67;O642.42
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 选题的背景及意义11-15
• 1.1.1 概述11
• 1.1.2 煤层气11-13
• 1.1.3 气体水合物介绍13-15
• 1.2 国内外研究进展15-19
• 1.2.1 添加剂对气体水合物影响的实验研究15-17
• 1.2.2 水合物法分离煤层气研究进展17-19
• 1.3 添加剂介绍19-22
• 1.3.1 表面活性剂19-21
• 1.3.2 热力学促进剂介绍21-22
• 1.4 水合物热力学模型研究进展22
• 1.5 研究内容和技术路线22-25
• 1.5.1 研究内容22-23
• 1.5.2 技术路线23-25
• 第二章 实验平台设计与搭建25-33
• 2.1 实验装置和设备25-28
• 2.2 实验气体和材料28
• 2.3 实验方法与步骤28-30
• 2.3.1 实验方法28-29
• 2.3.2 实验步骤29-30
• 2.4 实验装置标定30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 THF+TBAB 对煤层气水合物相平衡影响的实验研究33-51
• 3.1 实验设计33-34
• 3.1.1 实验目标、实验因素、因素水平的确定33
• 3.1.2 正交表的选择33-34
• 3.2 实验结果与讨论34-44
• 3.2.1 温度压力对水合物生成的影响34-36
• 3.2.2 TBAB 与 THF 混合的热力学影响36-44
• 3.3 实验结果正交分析44-48
• 3.3.1 实验结果的极差分析45-47
• 3.3.2 实验结果的方差分析47-48
• 3.4 本章小结48-51
• 第四章 逸度模型模拟水合物相平衡研究51-73
• 4.1 逸度模型51-58
• 4.1.1 水的逸度模型介绍51-53
• 4.1.2 模型相关参数53-58
• 4.2 纯水体系下气体水合物相平衡模拟结果58-63
• 4.2.1 纯甲烷气体水合物相平衡58-59
• 4.2.2 纯氮气水合物相平衡59-61
• 4.2.3 纯氧气水合物相平衡61-63
• 4.3 TBAB 存在下气体水合物相平衡模拟63-71
• 4.3.1 TBAB 存在下模型参数63-67
• 4.3.2 TBAB 存在下甲烷水合物相平衡模拟67-69
• 4.3.3 TBAB 存在下煤层气水合物相平衡模拟69-71
• 4.5 误差分析71-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 结论与展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-85
• 攻读学位期间发表的学术论文目录85

【参考文献】

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本文编号：408155