论文部分内容阅读
煤层气是一种新型清洁能源,可以作为优质的能源燃料和化工原料,主要成分为甲烷气体,其他成分包括氮气、氧气、二氧化碳、硫化氢等气体。甲烷气体的有效含量直接影响着煤层气资源的综合利用方式,提高煤层气中甲烷气体的浓度,能够拓展其应用领域并创造更多的经济价值。若甲烷浓度不达标将会导致煤层气无法利用而被直接排放,其远胜于CO2的温室效应和与之伴生的有害气体将对环境造成严重破坏。因而提高甲烷气体浓度,可以有效提高煤层气资源利用效率,不仅能够避免环境污染,而且可以节约宝贵的能源。水合物作为新型技术应用于煤层气中甲烷气体的分离具有十分诱人的前景。甲烷气体能够优于煤层气中其他组分率先形成水合物,因而可以富集在水合物中,实现与其他气体组分的分离、达到回收的目的。水合物分离技术仍在不断地革新,以加快水合物合成过程、提高水合物有效储气量为优化目标。本文实验立足于此,通过添加有序介孔材料SBA-15、MCM-41,热力学促进剂四氢呋喃（THF）和表面活性剂（SDS）的方式进行煤层气水合物合成实验,以研究介观尺度下水合物生成速率和储气量的变化特征,综合分析介孔材料对水合物合成的强化效果。实验温度压力设定为2.0MPa、1.8MPa、279.15K、276.15K和274.15K。实验结果表明,介观尺度下水合物在添加剂THF和SDS的共同作用下生成速率得到提高,合成时间大大缩短。实验组压力越高、温度越低,水合物生成速率越快,水合物最终储气量越大。对比两种介孔材料中水合物合成实验数据,表明相同温度压力条件下介孔材料MCM-41中水合物合成速率更快,而SBA-15中水合物的有效储气量更多,在较高压力条件下这种差距不是很大。介孔材料SBA-15与MCM-41对水合物合成的促进作用各有优势,具体应用需根据实际情况进行选择。利用水合物相平衡方程（Chen-Guo水合物模型）、PT状态方程对纯水中甲烷（CH4）、氮气（N2）以及不同甲烷浓度煤层气形成水合物的相平衡条件进行了预测,结果表明,水合物模型和PT状态方程对相平衡条件的预测效果良好,对纯甲烷水合物预测效果的平均误差为1.24%,计算得到的煤层气水合物相平衡数据具有一定的参考价值。根据现有的分离技术工艺流程和相关设备,构建了一套水合物法分离提纯煤层气的工艺方法,介绍了具体的工艺流程,以期能够为煤层气水合物分离技术工业化应用提供一些借鉴。