THF和TBAB對煤層氣水合物相平衡影響的實驗及理論研究.pdf

1、煤層氣作為一種能量密度高、燃燒清潔的寶貴資源，在我國儲量十分豐富。但是目前我國低濃度煤層氣利用率低，大部分被放空，不僅造成了資源浪費，還導(dǎo)致了環(huán)境的破壞。合理利用低濃度煤層氣，對保護環(huán)境，減少煤礦安全事故，實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。水合物法分離低濃度煤層氣具有生成條件溫和、能耗低、儲氣穩(wěn)定的優(yōu)點，受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注和研究。水合物法分離煤層氣是利用相同條件下，煤層氣中的主要成分CH4、N2和O2生成水合物的溫度、壓力條件不同而

2、實現(xiàn)分離。水合物生成條件苛刻，加入添加劑可改善水合物生成條件。本文自建一套水合物實驗平臺，通過氧氣水合物相平衡對實驗系統(tǒng)進行準確性驗證，并以此為基礎(chǔ)進行了TBAB和THF復(fù)合添加劑下，煤層氣水合物相平衡的實驗研究。同時利用水的逸度模型結(jié)合PRSV狀態(tài)方程，對純水體系下和TBAB存在下的氣體水合物相平衡進行預(yù)測，為水合物分離低濃度煤層氣實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以水合物法分離低濃度煤層氣(30％CH4+

3、65％N2+5％O2)為實驗?zāi)康?，搭建一套水合物生成實驗裝置，進行了THF存在下氧氣水合物相平衡實驗，并與參考文獻數(shù)據(jù)進行對比，驗證實驗裝置的準確性與可靠性。⑵根據(jù)正交試驗設(shè)計方法，設(shè)計了九組不同濃度THF與TBAB的混合體系，實驗測得了相應(yīng)體系下煤層氣水合物的相平衡數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，兩者混合后僅小量的濃度就能達到單一組分10倍的濃度效果，相平衡曲線顯著右移。當(dāng)THF（或TBAB）濃度固定后，水合物相平衡曲線沒有隨TBAB（或TH

4、F）濃度增加而逐漸右移，因THF生成的是Ⅱ型水合物，TBAB生成半籠型水合物，兩種添加劑混合后，兩種水合物晶格類型應(yīng)同時存在，兩種類型晶格的主次關(guān)系與二者混合的濃度有關(guān)。通過正交試驗分析表明:各因素對相平衡影響的主次順序為THF＞THF×TBAB＞TBAB。⑶通過水的逸度模型結(jié)合PRSV狀態(tài)方程，對純水體系氣體(CH4、N2、 O2)水合物相平衡進行預(yù)測，結(jié)果表明水的逸度模型能準確預(yù)測水合物相平衡。同時，對TBAB存在下，單組份氣體(C