驱动力对瓦斯水合分离效果影响

利用可视化搅拌式瓦斯水合分离实验装置,开展了4种驱动力下3种瓦斯气样水合分离实验,获得了水合分离速率、回收率、分配系数等目标参数。结果表明：驱动力由1 MPa提升至4 MPa的过程中,3种气样的水合分离速率分别由1.394×10-6,1.162×10-6,0.943×10-6m3/min递增至1.55×10-6,1.564×10-6,1.609×10-6 m3/min;CH4分离浓度分别由85.89%,77.15%,71.15%递增至91.61%,81.72%,77.17%,CH4回收率分别由6.22%,6.75%,8.79%递增至10.13%,10.25%,11.39%;分配系数分别由1.10,1.17,1.23递增至1.21,1.26,1.33。分析认为,驱动力增大可以改善瓦斯水合分离效果,加快水合分离进程。     

十二烷基硫酸钠对瓦斯水合物生长速率的影响

运用可视化瓦斯水合物实验装置,研究了4种浓度（0.4、0.5、0.6和0.7 mol/L）十二烷基硫酸钠溶液对瓦斯体系水合物生长速率的促进效果,实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行了计算。结果分析表明：十二烷基硫酸钠提高了水合物生长速率,促进了瓦斯水合物生成;十二烷基硫酸钠促进作用存在一个最佳浓度,在所研究的各个体系中,0.6 mol/L SDS溶液中瓦斯水合物生长速率最大,9.0 MPa压力条件下生长速率可达3.35×10^-5 m³/h。     

THF-SDS对瓦斯水合分离过程温度场分布影响

为探究THF-SDS复配溶液对瓦斯水合反应过程温度场影响,利用配备阵列式温度传感器的水合反应装置,研究了3组促进剂溶液(1 mol/L THF,1 mol/L THF+0.02 mol/L SDS,1 mol/L THF +0.1 mol/L SDS)体系中瓦斯混合气(85%CH4,7%N2,3%O2,5%CO2)水合分离过程温度场分布特征。结果表明：瓦斯水合体系中SDS浓度增加,反应放热速率呈递增趋势(0.030～0.230 kJ/min);反应热导致水合体系温度分布发生变化,体系上层温度最高,下层温度最低,体系中SDS浓度越高,温度梯度越明显;瓦斯水合物导热系数随体系温度分布发生改变(0.529～0.534 W/(m·K)),SDS浓度越高,瓦斯水合物导热系数越大。分析认为,THF-SDS复配溶液改善了瓦斯水合分离热力学条件,提高了气-水转化率,影响了不同水合体系温度场分布。     

基于阻抗法煤体中瓦斯水合动力学研究

为探寻水合物技术在瓦斯突出防治方向上的应用工艺,利用瓦斯水合固化过程阻抗特性监测实验装置,研究4组不同煤体孔隙裂隙分布对瓦斯水合过程的影响,获取了煤体中瓦斯水合过程阻抗曲线,计算了瓦斯水合物生长速率与含气量。结果表明:实验釜上层位阻值增大,中层位与下层位阻值减小,瓦斯水合物集中在实验釜上层位与中层位形成;相同热力学条件下4组体系中瓦斯水合物生长速率分别为0.180,0.083,1.747,0.448 cm~3/min,水合物含气率分别为1.9×10~(-3),6.3×10~(-3),2.1×10~(-3),1.6×10~(-3)mol/cm~3,说明孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合速率较快,所形成水合物具有较高的含气量。不同孔隙裂隙煤体中单位体积瓦斯水合物含气量不同,孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合物形成量较大,基于准均匀占据理论,孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合物所含空晶笼较多。     

油水乳液强化分离矿井瓦斯的特性

为探究油水乳液体系瓦斯水合物分离特征,利用高压可视搅拌水合分离实验装置结合气相色谱仪,研究了2℃条件下油水体积比、驱动力对瓦斯水合物生长速率和CH4回收率的影响,计算了气体消耗量、水合物体积生成量、水的转化率。结果表明:油水乳液体系水合物浆液具有良好的流动性;相同温度压力条件下,油水体积比1∶1体系瓦斯水合物平均生长速率和CH4回收率均优于7∶3体系,但水合物浆液流动性不及7∶3体系;瓦斯水合物平均生长速率、气体消耗量、水合物体积生成量、水的转化率均随着驱动力的增大而增大;油水体积比1∶1条件下CH4回收率和分离因子随着驱动力的增大而先增大后减小,驱动力为3.0 MPa(压力为7.78 MPa)时CH4回收率最大为24.36%。     

表面活性剂在瓦斯水合中的作用机理

运用自制的可视化实验设备，进行了表面活性剂吐温（T40，1×10^-3mol/L；T40，2×10^-3mol/L；T40/T80（1∶1），1×10^-3mol/L）在瓦斯水合过程中的影响研究，结合煤层高压注水中添加表面活性剂R1-89的现场研究，分析了表面活性剂在瓦斯水合3阶段的主要作用.认为在煤层注水阶段表面活性剂的加入降低了液体表面张力和注水压力，使注水速度加快，煤体得到均匀润湿；在水合物诱导阶段表面活性剂的胶束化增加了瓦斯气体的溶解度，促进了气体在溶液中过饱和，推动了水合物晶核生长，缩短了诱导时间；在水合物生长阶段，表面活性剂胶束对溶于其中的气体分子和吸附于其周围的水分子的束缚作用，相当于降低了体系的温度，改变了水合物生成热力学条件.     

煤层气在多孔介质填充管线反应器中的水合实验研究

针对目前传统方式（低温液化、变压吸附、膜分离等）对低浓度煤层气增浓工业化应用的不适用性问题,提出通过合成水合物的方式实现低浓度煤层气中CH4的富集。但该技术的实现需要解决煤层气水合物合成过程中合成速率慢,储气密度低两个问题。借鉴日本对管线式反应器的试验结果与目前理论与实验研究所得出的THF与SDS分别对水合物合成相平衡条件、储气密度、合成速率的最佳促进浓度配比和多孔介质的加入对水合物合成促进作用的研究成果,以5×10-10 m沸石分子筛填充管线反应器作为水合界面,研究了17 mol%THF+300PPmSDS理论最佳促进体系下的水合物合成速率变化与工业化实现指标。实验结果表明：随着压力的升高,整体管线反应速率加快,合成速率峰值沿反应管线前移;水合驱动力的升高可有效提高水合物储气效率,且过压驱动力对水合储气的影响强于过冷驱动力;284 K/1.5 MPa条件下利用一次反应后多孔介质进行二次合成,达到相同储气量时,反应时间仅为一次合成的10%;随着水合时间的加长284 K/1.8 MPa条件下水合单位耗气达到了67.25 mL/mL,配合二次合成对水合时间的缩短效应,可大大提高水合物合成的储气速率与储气密度。     

TBAB溶液中高浓度CO_2瓦斯水合分离效果试验

为改善高浓度CO2瓦斯水合分离效果,研究了3种高浓度CO2瓦斯在浓度为0.2~0.8 mol/L的四丁基溴化铵溶液(TBAB)条件下的水合分离过程,结合气相色谱分析结果对CO2回收率和分离因子进行了计算与分析。结果表明:由于TBAB水合形成半笼型结构为CO2提供物质基础,在一定TBAB浓度范围内,水合物相CO2浓度随TBAB浓度升高而升高;但TBAB浓度过高影响CO2在液相中的溶解度,抑制CO2水合物的形成,使CO2回收率下降。原料气中CO2浓度越高,填充512晶穴的CO2含量越多,使得TBAB体系中分离因子随原料气中CO2浓度升高而增大;而当CO2浓度较低时,TBAB的添加影响了CO2水合分离净化程度。     

甲烷水合物生成过程温度场分布与生长速率关系实验研究

为研究瓦斯水合物生成过程的温度分布规律,利用可视化实验系统获取了2种体系甲烷水合物生成过程的温度分布。根据实验数据,结合水合物生长速率模型对2种实验体系的水合物生长速率进行了计算,分析了甲烷水合物生成过程温度场分布规律及其与生长速率的关系。结果表明,水合物生长速率越大,单位时间内甲烷水合物的生成量越多;生成的反应热越多,水合反应体系的温度场温度越高及温度的上升速率也越大。     

NaCl-SDS复合溶液中多组分瓦斯水合物成核动力学机理

利用瓦斯水合高压实验装置,在不同浓度氯化钠(NaCl)与十二烷基硫酸钠(SDS)复合体系中开展瓦斯水合物成核动力学实验,研究NaCl-SDS复合溶液中多组分瓦斯水合物生成诱导时间,初步探讨其成核动力学机理。结果表明：多组分瓦斯水合物形成诱导时间随瓦斯中C3H8浓度的升高而缩短,添加NaCl可促进瓦斯水合物成核过程,随NaCl质量分数在0.5%~3.5%范围内升高瓦斯水合物形成诱导时间逐渐减小,3种多组分瓦斯在NaCl-SDS复合体系中较SDS体系诱导时间最大分别缩短22,43,53 min。结合Sloan成核成簇机理分析发现多组分瓦斯中CH4与C3H8协同成核,较单组分气体成核过程简化,NaCl能够促进瓦斯水合物前驱体形成,增强水分子间氢键强度,强化SDS增溶作用,缩短瓦斯水合物形成诱导期。     

煤层气中甲烷/氮气分离用椰壳活性炭的制备

为解决变压吸附法提纯煤层气中甲烷遇到的吸附剂难题,以我国海南产椰壳炭化料为原料,采用二次炭化-水蒸气物理活化工艺制备生物质基活性炭,采用高压电子天平测量了298 K、0～1. 0 MPa下CH_4/N_2在制备得椰壳活性炭上的吸附等温线,利用比表面积和孔径吸附仪测量了活性炭的孔径结构,详细研究了活化工艺参数对CH_4/N_2吸附分离性能及孔隙结构的影响。通过变压吸附装置检验了最佳工艺参数条件下制备椰壳活性炭的CH_4提浓效果。研究结果表明,随着活化温度的提高,平衡分离系数逐步减小,吸附容量逐步增加,最佳活化温度为850℃;平衡分离系数和饱和吸附容量均随水蒸气流量的增加呈先增加后减小的趋势,最佳水蒸气流量为2.0 kg/h;平衡分离系数随活化时间延长先增加后减小,甲烷饱和吸附容量逐渐递增,最佳活化时间为40 min。升高活化温度对孔结构的发育影响显著,比表面积、微孔孔容和总孔容均呈递增趋势,表明升高温度有利于微孔的发育,可制备出微孔发达的活性炭。变压吸附评价结果表明在水蒸汽活化工艺最优条件下制备得椰壳活性炭可将20%CH_4-80%N_2模拟煤层气中的CH_4体积分数提高到48. 3%,提浓幅度大于25%,回收率为80.58%,产能达到108.82 m~3/(t·h);同时,该吸附剂对中高浓度煤层气也具有较好的分离效果,体现出较好的分离性能。     

THF溶液水合物技术提纯含氧煤层气的实验

针对大量矿井抽放瓦斯因CH₄浓度低、难以利用与储运的问题,提出了通过促进剂溶液水合物方式分离提纯含氧煤层气的方法.利用THF与SDS溶液,分别在合成试验台上对模拟含氧煤层气进行了不同初始压力下水合物分离提纯实验.结果表明：在5 ℃与初始反应压力为0.3 MPa时,THF溶液水合物技术可实现水合物生成与CH₄气体的分离与增浓,使含氧煤层气中CH₄浓度由1645%提高到61.70%;相同温度下当初始反应压力由0.3 MPa增加到1.0 MPa时,水合物中CH₄的浓度由61.70%降到56.20%,CH₄增浓效率随反应压力升高而降低;水合物分离技术在反应条件与安全性方面明显优于低温液化分离.     

非离子型吐温系列表面活性剂对瓦斯水合物生成过程的影响

采用自制的可视化实验系统，对吐温(Tween)系列4组浓度均为0.001 mol/L的表面活性剂(T40，T80，T40/T80(1∶1)，T40/T80(4∶1))在瓦斯水合物生成过程的影响进行了实验研究，得到了相关的实验数据和图片；结合水合物诱导时间、生成速率及含气率等计算理论，对数据进行了分析.结果表明：表面活性剂的加入可显著地改善瓦斯水合物生成的热力学条件，有利于矿井瓦斯水合物的生成；T40对水合物生成的促进作用最大；相同浓度不同种类、相同种类不同复配比对水合物生成影响作用效果差别较大.     

低浓度铯铷溶液萃取分离试验研究

以二甲苯作稀释剂, 采用有机萃取剂t-BAMBP萃取分离低浓度铯铷溶液中的铯、铷。考察了OH^-浓度、萃取剂浓度、萃取相比和萃取时间对铯和铷萃取率及分离系数的影响。结果表明: 在c(OH^-)＝0.1 mol/L, c(t-BAMBP)＝0.7 mol/L, 萃取相比为0.7, 萃取时间为1 min时, 铯萃取率达到84.43%, 铯铷分离系数达到7.26, 分离效果较好。