煤层气作为一种常规的清洁能源,储量丰富。在我国经济高速发展的同时,对能源结构占比、碳排放等问题的要求逐渐加大。然而,因抽采技术的限制、地质赋存等原因,井下抽采的煤层气很多达不到利用的浓度而直接排空,造成了资源的极大浪费。近年来,为改善我国的能源结构,保护“绿水青山”,气代煤、气代油等工程正在推广。煤层气和天然气、页岩气等绿色能源一样,若能合理开发,将在我国的能源战略发展中占有及其重要的地位。基于气体水合物技术,能够对煤层气中的甲烷进行分离、提纯、储运,在未来煤层气的开发中具有极大的应用前景。然而煤层气水合反应过程中常面临生成速率慢、甲烷回收率低等问题。针对这些问题,本文采用5.56mol%的THF促进剂,在管式反应釜内开展了不同饱和度、初始压力梯度、多孔介质体系下煤层气水合物生成过程的研究,重点分析了甲烷水合反应过程的温压特性、气体消耗量、气体吸收速率、储气率等问题,主要研究结论如下:(1)四氢呋喃(THF)的促进效果极佳,5.56mol%的THF大幅度降低了甲烷水合物生成过程中的相平衡压力,改善了水合反应的温压条件。(2)在不同饱和度下,煤层气水合反应过程中的动力学参数具有不同的特性。随着反应釜内THF溶液的饱和度逐渐增加,反应釜内的气体消耗量、气体消耗速率、储气率等先增大后减小,其中饱和度为37.5%的THF反应体系,煤层气中甲烷的水合反应效果最好,储气率最高,此时釜内的气液比为0.07。(3)不同初始压力下煤层气水合物合成的实验结果表明,压力驱动力的大小能够显著影响甲烷水合反应过程中的生成速率、储气率等。压力驱动力越大,煤层气中甲烷水合物的生成速率越快,甲烷气体的消耗量越多,水合物生成结束后储气率越高。(4)与纯THF溶液体系相比,反应釜内填充5A沸石、SBA-15介孔沸石载体后,在水合反应过程中提供了较大的气液接触面积,增进了甲烷水合物的生成过程。粉末态SBA-15分子筛相较于5A沸石,具有极高的比表面积,界面性好。在煤层气水合反应过程中储气能力更好,甲烷的储气率更高。(5)在煤层气水合反应过程中,反应釜内的气体消耗速率在快速生成阶段内最快,约为缓慢生长期的10倍,且在缓慢生长期内气体的消耗速率出现平静期。这是因为前期生成的水合物薄膜覆盖在气液界面处,影响了水合反应过程中的气液传质效率,且在水合物生成后期,体系内压力较低,水合反应驱动力小,使得甲烷水合物晶核的形成、生长速率放缓。