二氧化碳置换法开采天然气水合物的研究现状

天然气水合物在开采过程中形态会发生变化，从固态变为液态和气态，即发生相变。因此，水合物的开采原理主要是围绕改变水合物稳定存在的条件(温度和压力为主要因素),促使水合物分解，从而产生天然气。目前，天然气水合物开采技术主要有注热法、降压法、化学试剂法和二氧化碳置换法。其中，二氧化碳置换法开采天然气水合物具有十分重要的现实意义。这种方法可以弥补传统开采方法的不足，并有望成为未来工业化天然气水合物开采的主要技术之一。     

埋存二氧化碳法置换天然气水合物研究进展及启示

埋存二氧化碳法置换天然气水合物在开发水合物新能源、降低二氧化碳排放方面具有独特优势,因此该方向成为二氧化碳埋存、天然气水合物开采方向的重要研究内容之一。在前人基础上,本文综述了埋存二氧化碳法置换天然气水合物在工程概念模式及实验模拟方面所取得最新进展。指出可以以南海北部陆坡、青海冻土水合物为目标,开展针对性研究,重点针对提高二氧化碳置换效率与风险评估问题等进行研究。     

CO2置换天然气水合物中CH4的研究进展

在全面综述国内外天然气水合物开采技术研究现状的基础上,重点介绍了国内外CO2置换开采天然气水合物的研究进展,分别从热力学和动力学角度分析了置换反应过程的可行性. 现有的研究主要集中在自由饱和水体系,而自然界中天然气水合物主要赋存于海底沉积层和永久冻土层中,需结合天然气水合物赋存的自然环境条件,研究其动力学过程,揭示置换反应过程的内在机理. 最后指出了CO2置换开采天然气水合物尚存在的问题和今后的研究方向.     

CO2置换开采天然气水合物方法及模拟研究进展

天然气水合物作为一种储量丰富的高效清洁新能源,将在社会生产中有广阔的应用背景,因此研究天然气水合物的开采方法将有深远意义。通过比较研究传统开采法和新型开采法的优点,提出了二氧化碳置换开采法是一种有效的开采方式,并基于热力学和动力学论证了其开采法的可行性。此外,分析归纳目前已开展的置换开采实验研究,证明相同温度和压力下CO_2浓度越高,置换效率越高。并通过模拟软件构建分子模型验证得出加热降压可以高效用二氧化碳置换出甲烷。     

基于天然气水合物置换开采的能源效率分析

天然气水合物开采涉及各种能量转化与消耗,比如热能、电能以及化学能等。为了对其开采技术的经济性进行科学的评价,建立以?为核心计算能源效率的方程,以二氧化碳置换开采天然气水合物为例,建立能源效率模型。在二氧化碳置换开采水合物中,产气中甲烷含量、注气量以及产气量这三个是关键的自变量参数,定义产气量和注气量的比值为采注比,对于能源效率受到甲烷含量以及采注比的影响进行分析。结果表明：在设定条件下,二氧化碳置换开采水合物整体效率在0.30～6.39,对采注比进行增加,能够有效提高能源效率。能源效率随着甲烷的摩尔分率提高而提升,而气体分离能耗会降低。所以,对于二氧化碳置换法能源效率进行提升的主要途径有提高产气中甲烷含量以及对产气量进行调控。通过能效计算方程来对水合物开采工艺的优化提供参考。     

CO_2置换开采冻土区天然气水合物中CH_4的可行性研究

作为一种非常规能源,天然气水合物,俗称"可燃冰",是一种重要的能源载体。国外在海底和永久冻土层都发现了天然气水合物藏,我国也在神狐海域和祁连山冻土区获得了含天然气水合物的岩芯。然而,天然气水合物资源的安全高效开采方式已成为天然气水合物藏开发利用的"瓶颈",也是天然气水合物开采研究的热点和难点问题。本文在全面综述国内外天然气水合物开采研究的基础上,重点关注了CO2置换开采天然气水合物的研究进展,提出了采用CO2置换开多年采冻土区天然气水合物中CH4的设想,并分析了该方法的热力学和动力学可行性;最后,指出了CO2置换开采冻土区天然气水合物尚存在的问题和今后的发展方向。     

二氧化碳置换法模拟开采天然气水合物的研究进展

目前实验室模拟开采天然气水合物(NGH)的最主要的方法为外激法,通过注热、降压等方式使水合物分解释放出甲烷(CH₄),外激法最大的问题在于水合物的分解容易造成地层结构变化,导致地质斜坡灾害。利用二氧化碳(CO₂)在水合物相中置换开采CH₄,由于置换过程发生在水合物相中,不改变水合物相结构,因此可以降低地质灾害风险。本文全面介绍了利用CO₂在水合物相从NGH中置换CH₄的研究进展,从置换可行性、动力学模型、模拟研究、实验研究等方面对当前的研究进行了综述,并为进一步发展置换法开采CH₄技术指出了方向。     

多孔介质中CO2-CH4水合物置换过程的强化方法研究进展

CO2置换天然气水合物中的CH4是一种非常有前途的天然气水合物开采方法,该法兼具能源安全开采和温室气体地层封存的双重优势。首先综述了多孔介质中CO2-CH4水合物置换的研究进展,分析了制约CO2置换法开采天然气水合物商业应用的关键瓶颈问题,即置换过程存在的反应周期长、速率慢和效率低等问题。针对此问题,主要详述了强化CO2-CH4水合物置换的强化方法研究进展,包括注入不同的CO2相态、小分子及混合气体的强化、结合传统开采法的联合强化以及其他强化方法的作用机理,讨论了各种强化方法尚待完善和改进的地方。最后提出了多孔介质中CO2-CH4水合物置换强化方法目前研究的不足和未来的研究方向。     

CO2置换开采天然气水合物研究进展

介绍了近年来CO2置换开采天然气水合物技术的研究进展;论述了CO2与天然气水合物中CH4置换反应在热力学上的可能性;认为正确理解置换反应机理、探索新的反应技术并提高反应速率是置换开采技术走向产业化的关键。     

天然气水合物置换开采的能源效率研究

天然气水合物分解是一个相变过程，开采时涉及各种形式能量的消耗和转化，如电能、化学能、热能等。为了科学地评价天然气水合物开采技术的经济性，建立了以有效能（）为核心的能源效率计算方程，并以CO₂置换法开采天然气水合物为例，介绍任意生产周期内能源效率的计算方法和流程框图。在CO₂置换开采天然气水合物的工艺过程中，注气量、产气量和产气中甲烷含量是三个关键参数，将产气量与注气量之比定义为采注比，分析采注比及产气中甲烷含量对能源效率的影响。结果表明：在设定条件下CO₂置换开采天然气水合物的整体能源效率介于0.31～6.4之间；增大采注比，有利于提高能源效率；产气中甲烷的摩尔分率越高，气体分离的能耗越低，能源效率也可显著提高。因此，调控产气量和产气中甲烷摩尔分率是提高CO₂置换法能源效率的主要途径。通过所建立的能效计算方程为天然气水合物开采工艺的优化提供指导。     

二元复合技术开采天然气水合物可行性分析

目前常规的天然气水合物开采方法均处于试验阶段,针对单一开采方法均表现出不同程度的缺点,本文提出了一种二元复合的开采天然气水合物技术。通过对现有的五种常规开采方法进行二元随机组合,在技术、经济、环境安全可行性等几个方面上对组合后的十种方法进行理论可行性分析。结果显示热采联合降压法、热采联合地面分解法、热采联合置换法、注抑制剂联合地面分解法、注抑制剂联合置换法初步显示具有较好的理论可行性,对于剩余的五类二元复合开采方法,由于经济效益差、环境污染大、安全可控系数低等条件限制,目前还不具备理论可行性。提出了二元复合开采天然气水合物的理论技术思路,并通过对二元复合开采技术进行理论分析,总结出较目前常规单一开采方法具有一定理论优势的开采技术,以期为天然气水合物的稳定试采研究提供借鉴意义。     

多孔介质中CO2-CH4水合物置换的影响因素及强化机理研究进展

天然气水合物因其储量巨大、清洁无污染而成为未来最具潜力的清洁能源之一，CO₂置换法可实现天然气水合物的安全开采和温室气体的地层封存。然而，多孔介质中CO₂-CH₄水合物的置换过程存在反应周期长、速率慢、效率低等特点，已成为制约天然气水合物高效开采的瓶颈问题。本文全面综述了多孔介质体系中CO₂-CH₄水合物的置换特性，分析了CO₂-CH₄水合物的置换机理及其动力学过程。在此基础上，详述了不同因素对多孔介质中CO₂-CH₄水合物置换效率的影响规律及强化机理，包括热刺激、置换压力、小分子气体、化学添加剂等的作用机理及其规律。最后指出了多孔介质体系中CO₂-CH₄水合物置换过程强化技术存在的不足和未来的发展方向。对多孔介质体系中CO₂-CH₄水合物置换过程的强化机理及其动力学机制的认识仍需进一步研究。     

天然气水合物开采方法的研究

天然气水合物是在一定温压条件下由水和小气体分子形成的非化学计量性笼状晶体物质,主要有3种晶体结构(Ⅰ型、Ⅱ型和H型),具有分布广泛、资源量大、埋藏浅、能量密度高、洁净等特点。基于此,从天然气水合物结构特点和研究现实意义出发,介绍目前开采方面的技术进展和存在的问题,并探讨几种常规开采水合物的方法,包括注热法、减压法、化学抑制法和二氧化碳置换法。     

自生热体系开采天然气水合物效果评价

置换开采天然气水合物方法有避免地质灾害的优点，但其工艺复杂且置换效率低。为此，提出了一种利用自生热体系(亚硝酸钠、氯化铵、盐酸、氯化钙)反应释放的热量和氮气开采天然气水合物的方法。在已经优化的体系配方基础上，模拟天然气水合物藏低温高压(4℃、8MPa)的条件下开展自生热体系开采天然气水合物及CO₂开采天然气水合物效果对比实验，结合气相色谱分析结果计算两种方法的开采效率。结果表明：自生热体系1h内的开采效率可达59.24%，比CO₂的开采效率高32个百分点。研究成果为该体系在天然气水合物开采实验中的应用提供了依据。     

天然气水合物开采方法的数值模拟研究进展

天然气水合物具有含气量高、污染低、储量大等优点,但存在埋藏深、导热性差等问题。介绍了国内外天然气水合物开采技术的研究和应用进展,概述了传统天然气水合物开采方法的优缺点,指出天然气水合物开采难度大的普遍问题,分析其原因为天然气水合物开采效率低、能耗高、风险大,以及天然气水合物开采背景与该产业链发展水平不相匹配等。在此基础上提出了利用数值模拟技术对海底和冻土层下的天然气水合物开采进行研究,并叙述了数值模拟技术在天然气水合物开采领域的发展现状,利用该方法便捷、经济、高效的特点,最终形成天然气水合物开采方法与数值模拟技术相结合的新型开采理念。     

冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展

青藏高原冻土区储存着大量的天然气水合物资源,CO₂置换开采冻土区的天然气水合物可实现天然气水合物的安全开采和温室气体CO₂的地层封存。冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学,是冻土区天然气水合物置换开采研究领域的难点和热点问题。本文全面综述了冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展,讨论了不同体系冰点以下多孔介质中气体水合物的形成机理及其生成特性;详述了冰生成水合物机理及其冰粉/多孔介质体系中气体水合物的生成特性,分析了冰点以下多孔介质中气体水合物生成动力学研究尚待完善和改进的地方。最后本文指出冰点以下多孔介质中水合物的生成过程是由传热、传质等多种因素所控制,揭示不同过程的主导因素及其影响规律是今后研究的重点方向。目前对冰点以下多孔介质中水合物的生成特性及机理的认识尚未成熟,仍需深入研究。     

二氧化碳置换法开发天然气水合物的实验研究

考察了温度在270.15～278.15 K,压力在2.3～4.0 MPa条件下应用CO2置换天然气水合物中CH4的置换过程.结果表明,温度和压力是置换反应速度和效率的重要影响因素.温度和压力越高,越有利于反应的进行.而压力的影响没有温度的影响明显.同时,置换过程中进入水合物相的二氧化碳的摩尔量与气相中CH4增加的摩尔量的比率超过了1:1,这可能是由于纯水水合物的甲烷含气量并未达到理论含气量,置换的同时有部分二氧化碳分子进入水合物的空孔穴和游离水中,形成二氧化碳水合物和水溶液.     

水合物利用技术应用进展

过去的几十年中,对于水合物的研究不单单集中在抑制天然气水合物的生成上,基于水合物的生成利用技术也得到了广泛的研究。基于水合物的生成利用技术是环保和可持续的新技术,利用不同气体生成水合物相平衡条件的差异,可用于气体分离、置换开采。由于水合物具有较高的气体浓度,可用于气体的存储。利用水合物较高的化解潜热,可将其用于蓄冷。本文综述了国内外水合物技术的研究应用现状,分析了水合物技术在气体分离与存储、溶液浓缩分离、蓄冷、二氧化碳（CO₂）置换开采等领域有前景的研究方向。但是其水合反应速率慢、生成压力高、后期分离困难,极大地限制了水合物利用技术的工业应用。展望了水合物技术未来的研究发展方向,开发安全、高效和环保的水合物促进剂,开发高效水合物反应设备,开发连续水合物工艺,以便早日实现工业应用。     

二氧化碳水合物导热和热扩散特性

热导率和热扩散率是天然气水合物资源开采关键性基础热物性数据,采用反应釜内壁衬有氟塑料材料,低过冷度,让水合物在反应釜内逐层生成的合成方法,获得可直接用于导热测试的二氧化碳水合物样品。采用瞬变平面热源法原位测试了温度264.68~282.04 K、压力1.5~3 MPa二氧化碳水合物热导率、热扩散率,并测试了二氧化碳水合物在268.05 K、0.6 MPa左右发生自保护效应过程中热导率、热扩散率,获得了晶态下和自保护效应过程中的二氧化碳水合物热导率、热扩散率变化特性。测试结果将为天然气水合物资源的开发利用提供基础数据和理论依据。     

二氧化碳水合物导热和热扩散特性

热导率和热扩散率是天然气水合物资源开采关键性基础热物性数据,采用反应釜内壁衬有氟塑料材料,低过冷度,让水合物在反应釜内逐层生成的合成方法,获得可直接用于导热测试的二氧化碳水合物样品。采用瞬变平面热源法原位测试了温度264.68～282.04 K、压力1.5～3 MPa二氧化碳水合物热导率、热扩散率,并测试了二氧化碳水合物在268.05 K、0.6 MPa左右发生自保护效应过程中热导率、热扩散率,获得了晶态下和自保护效应过程中的二氧化碳水合物热导率、热扩散率变化特性。测试结果将为天然气水合物资源的开发利用提供基础数据和理论依据。