水合物法提純低濃度煤層氣的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、我國煤層氣資源儲量豐富，但開發(fā)利用效率較低，尤其是低濃度煤層氣，造成了巨大的資源浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。提高煤層氣的利用效率已成為能源領(lǐng)域迫切需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。氣體水合物是由水分子和氣體分子在一定的溫度和壓力條件下形成的結(jié)晶狀化合物。不同氣體分子形成水合物的相平衡條件不同，是水合物法分離混合氣體的理論基礎(chǔ)。利用水合物法提純低濃度煤層氣具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。但是水合物結(jié)晶時(shí)間過長、生成水合物的溫度和壓力條

2、件苛刻、甲烷回收率不高是該方法目前需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。
　　針對這些關(guān)鍵科學(xué)問題，本文在溶液攪拌體系、石英砂體系、煤炭顆粒體系開展了水合物法分離低濃度煤層氣（30.0 mol％CH4,60.0 mol%N2,10.0 mol%O2）的實(shí)驗(yàn)研究，重點(diǎn)研究了表面活性劑、多孔介質(zhì)飽和度等因素對氣體消耗量、水合物生成速率、CH4回收率等參數(shù)的影響關(guān)系，主要獲得以下幾點(diǎn)結(jié)論：
　?、俨捎糜^察法測定了低濃度煤層氣在1.0 mol%TH

3、F溶液中生成水合物的相平衡條件。與純水體系的相平衡數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)劑四氫呋喃（THF）大大降低了低濃度煤層氣生成水合物的相平衡壓力。
　?、诟鶕?jù)測定的相平衡數(shù)據(jù)，在THF溶液攪拌體系與THF/SDS溶液攪拌體系開展了低濃度煤層氣提濃的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，表面活性劑SDS能有效縮短水合物的結(jié)晶誘導(dǎo)時(shí)間，促進(jìn)水合物快速生成，并提高 CH4回收率與分離效率。
　?、墼谑⑸绑w系開展了動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，與TH

4、F/SDS溶液體系相比，低濃度煤層氣在石英砂體系的結(jié)晶誘導(dǎo)時(shí)間明顯縮短，水合物生成速率更快，但氣體消耗量和CH4回收率較低。
　?、茉诿禾款w粒體系開展了低濃度煤層氣的分離動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，煤炭顆粒對CH4氣體具有較強(qiáng)的吸附作用，極大的縮短了氣體水合物的生成過程。煤炭顆粒的飽和度越小，氣體消耗量和氣體消耗速率越大。
　　比較溶液體系、石英砂體系、煤炭顆粒體系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn) THF/SDS溶液攪拌體系獲得的 CH4