采用水合物法高效分离低浓度煤层气的实验研究

发布时间：2021-01-30 09:54

　　煤层气（Coalbed Methane）是一种优质清洁能源,其主要成分为CH4。我国煤层气资源储量丰富,但开发利用率较低,尤其是低浓度煤层气,不仅造成了大量的能源浪费,还加剧了温室效应。因此,高效利用低浓度煤层气对缓解能源供需矛盾、加快能源结构调整具有重要现实意义。气体水合物法提纯低浓度煤层气是实现低浓度煤层气高效利用的一种重要途径,具有广阔的应用前景。但是,气体水合物法提纯低浓度煤层气尚处于实验研究阶段,提高水合物生成速率、CH4回收率以及分离因子是该技术实现工业应用需解决的关键问题。此外,气体水合物法提纯低浓度煤层气的经济效益也是该技术能否实现工业应用需考虑的关键因素。针对上述关键问题,本文对气体水合物法提纯低浓度煤层气展开了相关实验研究与经济性理论分析,主要研究工作包括:（1）针对低浓度煤层气形成气体水合物较为苛刻的相平衡条件,采用四丁基氯化铵（TBAC）作为热力学促进剂,测定了低浓度煤层气在0.49 mol%、1.0 mol%和3.3 mol%TBAC溶液中形成半笼型水合物的相平衡条件。研究结果表明,低浓度煤层气在TBAC溶液中形成气体水合物的相平衡温度大幅升高、相平衡压力明显... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【部分图文】：

Ⅰ型、Ⅱ型和H型水合物的孔穴排列方式及结构示意图

2 气体水合物结晶与生长理论气体水合物的反应动力学气体水合物反应过程与结晶过程相似，可分为成核与生长两个动力学过气体水合物生成过程是由气相和液相向固相（水合物相）转变的，因此结晶过程是多元、多相相互作用的非典型的反应动力学过程。图 2.2 给出应釜中气体水合物生成过程中压力随时间变化的典型情况。由图可见，物反应过程经历三个阶段：气体溶解阶段、水合物成核阶段、水合物晶长阶段：（1）气体溶解阶段：向反应釜内等温注入一定压力的气体后，溶解于液相中，气相压力逐渐下降，当气体在溶液中的溶解度达到饱和，气相压力趋于稳定；（2）成核阶段：当气体充分溶解于液相后，微小核在液相以及气-液接触面开始形成；（3）水合物晶体快速生长阶段：液接触面生成大量气体水合物，反应器中气相压力明显下降。当压力不再变化时，表示反应过程结束。

水合物成核过程又可分为均相成核与非均相成核。均相成核过程没有杂质干扰，在自催化作用下，分子间产生链式反应，当水合物晶核达到临界尺寸后，分子簇将单调生长:2 2 3 n 1nA A A A A A A A A ， (2.14)实际情况下，由于杂质的存在将导致发生非均相成核。非均相成核的诱导时间具有很大的随机性，其诱导时间与驱动压力或过冷度有关，驱动力或过冷度越小，成核诱导时间随机性越大，驱动力或过冷度越大，成核诱导时间规律性越强。水合物成核微观机理模型主要有以下几种：成簇成核模型、界面成核模型、反应动力学机理模型、双过程水合物成核模型等。① 成簇成核模型Sloan 和 Fleyfel[75]等提出了成簇成核模型，该模型适用于描述简单组分气体水合物（如 CH4、Ar 水合物等）的成核过程。成簇成核机理如图 2.3 所示。成簇成核过程中，气体分子与水分子形成不稳定簇，在晶胞达到临界尺寸之前，簇与簇在不同水合物结构类型（Ⅰ型和Ⅱ型结构）间相互转变生长。

【参考文献】：
期刊论文
[1]水合物法分离混合物技术研究进展[J]. 杨西萍,刘煌,李赟.  化工学报. 2017(03)
[2]膜分离技术在低浓度煤层气提纯中的研究进展[J]. 王瑜.  科技经济导刊. 2016(14)
[3]低浓度煤层瓦斯水合物分离工艺功耗分析[J]. 李文涛,赵建忠,郭博婷.  煤矿安全. 2015(12)
[4]煤层气(煤矿瓦斯)综合利用途径及现状分析[J]. 罗申国.  山西焦煤科技. 2015(06)
[5]2050年中国能源消费的情景预测[J]. 沈镭,刘立涛,王礼茂,陈枫楠,张超,沈明,钟帅.  自然资源学报. 2015(03)
[6]低甲烷浓度煤层气的水合物法提纯实验[J]. 钟栋梁,何双毅,严瑾,丁坤,杨晨.  天然气工业. 2014(08)
[7]低浓度含氧煤层气深冷液化工艺安全方法研究[J]. 朱菁,肖露,王长元.  矿业安全与环保. 2013(06)
[8]基于方法的CO2捕集系统的热经济性评价[J]. 张克舫,刘中良,王远亚.  北京工业大学学报. 2013(11)
[9]气体水合物生成过程强化方法研究进展[J]. 张学民,李金平,吴青柏,王春龙,焦亮.  过程工程学报. 2013(04)
[10]低浓度煤层气分离提纯的研究进展[J]. 吕秋楠,李小森,徐纯刚,陈朝阳,李刚.  化工进展. 2013(06)



本文编号：3008696