油水乳液分离沼气实验研究

研究了柴油-水乳液体系在水合物生成条件下对沼气(CO2/CH4)中CO2的捕集能力。阻聚剂Span20被加入到乳液中以分散水滴和水合物颗粒。综合考虑了温度、原料气组成、压力和乳液含水率对柴油-水乳液体系分离能力的影响。从实验结果可以看出,吸收-水合耦合分离效果明显优于单独的吸收分离,且分离平衡后,浆液中水合物分散均匀,流动性良好。乳液体系分离能力在一定范围内随着温度降低和含水率的增加而增强。综合考虑乳液分离能力和流动特性表明,温度270.15~272.15 K,体系含水率20%~25%(vol)和初始推动力为3.2 MPa左右时为最合适的分离条件,在对应条件下经过两级模拟分离,气相中CO2浓度能从31%(mol)降到近10%(mol),超过87%(mol)的CO2被水合物浆液捕集。     

泡沫铜强化甲烷水合物生成动力学实验研究

提高水合物生成速率和储气密度对天然气水合物技术应用非常重要。将三种孔密度的泡沫铜（CF）分别浸入十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中构建水合储气强化体系,在高压静态反应釜中研究泡沫金属对甲烷水合物生成动力学特性。实验结果表明,泡沫铜骨架能为水合物生成提供充足的结晶点,同时可作为水合物生长过程水合热迁移的“高速公路”。甲烷水合物在SDS/CF体系中可快速生成,最大水合储气速率分布在19.24~21.04 mmol·mol^-1·min^-1之间,其中添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量最高（139 mmol·mol^-1）,且达到最大储气量90%所用时间最短（10.1 min）。在6.0~8.0 MPa压力下,相比SDS溶液,添加15 PPI泡沫铜的SDS溶液储气量提高了8.8%~35.6%,储气速率提高了4.7%~40.4%;特别在压力为5.0 MPa时,该孔密度SDS/CF体系储气量甚至比SDS溶液增加13倍,储气速率增加16倍。     

水合物法分离合成气实验研究

分别测定了煤气化合成气在纯水以及两种不同浓度(6%(mol)和5%(mol)的四氢呋喃(THF)水溶液中的水合物生成条件,实验结果表明THF的加入可以大大降低合成气生成水合物的压力,使合成气能够在较低的压力下通过生成水合物的方法得到分离,同时也为该分离方法应用于实际工业装置提供了可行性。研究还成功地将Chen-Guo水合物热力学模型应用到含有一氧化碳气体的水合物生成条件的预测,并对合成气在纯水中不同温度下生成水合物的压力进行了计算,与本次实验值比较,得到平均误差为8.64%,肯定了实验结果的准确性。在此基础上,选定在5%(mol)THF水溶液中,气液比为100:1,反应压力为5MPa(绝)的条件下,分别进行反应温度为279.15K、281.15K、283.15K、284.15K和285.15K的水合物法分离合成气实验,提浓其中的氢气和一氧化碳。实验结果表明,284.15K时,氢气的回收率达到79.8%,氢气和一氧化碳的总回收率为76.0%,分离后二者总的体积百分含量由原料气中的88%提高到93%,分离效果较为满意。     

CO2置换CH4水合物中CH4的实验和动力学

在自行设计的反应装置中考察了2.8 MPa和3.25 MPa压力下，温度271.2、273.2和276.0 K时CO2气体置换十二烷基硫酸钠（SDS）体系CH4水合物中CH4的置换过程。实验数据表明，在反应的前50 h，CH4水合物的分解速率较快，其后分解速率变慢。冰点以上CH4水合物的分解速率较快。基于动力学数据，建立了SDS体系置换反应过程中CH4水合物的分解动力学模型和CO2水合物的生成动力学模型。计算得到CH4-CO2置换反应过程中CH4水合物的分解活化能为28.81 kJ·mol-1，CO2水合物的生成活化能为68.40 kJ·mol-1。数据表明，CH4水合物的分解可能受置换反应过程中水分子的重排控制，而CO2水合物的生成可能受CO2气体在水合物中的扩散控制。     

天然烟浸滤液水合物法储甲烷动力学研究

水合物法储存天然气被公认为是一种极具潜力的高效储气技术。如何加速水合物生成,又能保证水合促进材料绿色环保,是水合固气技术实用化的关键。本文利用天然烟丝和烟末浸泡滤液在8.0 MPa和274.2 K的实验条件下进行静态水合储甲烷实验,研究甲烷水合物在烟滤液中的生成动力学特性。实验结果表明,水-烟质量比(液固比)为5～100的滤液与表面活性剂溶液性质相似,其表面张力比纯水下降36.7%～47.5%,甲烷水合物在该天然活性溶液中能快速生成。烟丝滤液中活性物含量明显低于烟末滤液,低液固比时,烟丝溶液有更高的水合储气量和储气速率;高液固比时,烟末滤液则表现出更优的水合储气性能,尤其在液固比为50时,烟末滤液中水合物储气量高达118.5 mmol·mol^-1,储气速率达2.98 mmol·mol^-1·min^-1。     

油水乳液分离沼气实验研究

研究了柴油-水乳液体系在水合物生成条件下对沼气（CO₂/CH₄）中CO₂的捕集能力。阻聚剂Span20被加入到乳液中以分散水滴和水合物颗粒。综合考虑了温度、原料气组成、压力和乳液含水率对柴油-水乳液体系分离能力的影响。从实验结果可以看出,吸收-水合耦合分离效果明显优于单独的吸收分离,且分离平衡后,浆液中水合物分散均匀,流动性良好。乳液体系分离能力在一定范围内随着温度降低和含水率的增加而增强。综合考虑乳液分离能力和流动特性表明,温度270.15～272.15 K,体系含水率 20%～25%（vol）和初始推动力为3.2 MPa左右时为最合适的分离条件,在对应条件下经过两级模拟分离,气相中CO₂浓度能从31%（mol）降到近10%（mol）,超过87%（mol）的CO₂被水合物浆液捕集。     

水合物法分离低浓度煤层气中的甲烷

向模拟煤层气(13.11vol% CH4+86.89vol% N2)中添加5.8mol%四氢呋喃(THF)?0.03mol%十二烷基硫酸钠(SDS)促进剂溶液分离提纯煤层气,考察了压力、温度、反应时间对气体消耗量、反应速率、分解气中甲烷浓度、甲烷回收率和甲烷分离因子的影响,采用色谱分析法分别测定了CH4在剩余气相和分解气相中的浓度。结果表明,压力增加,CH4回收率增大,CH4分离因子增大,CH4分离效果越好;温度是影响甲烷分离因子的关键因素,温度降低,氮气和甲烷竞争进入水合物晶体中,导致水合物相中甲烷浓度降低;温度升高有利于提高水合物对甲烷的选择性。甲烷回收效率最高可达98.65%,分离因子最大为14.83。随反应时间增加,分解气中CH4浓度升高。     

煤层气水合物定容生成实验研究

为了有效利用与回收直接排放的大量抽放瓦斯,提出了利用水合物技术处理与储运的新方法,根据气体成分确立了水合物生成的温度与压力条件,通过对气体进行初始压力为9.5 MPa的定容法实验,研究了含表面活性剂下水合物生成过程中温度-压力与CH4转化率的变化规律。实验结果表明,水合反应的进行应保持一定的反应驱动力,根据不同温度下反应驱动力进而确定最佳反应条件,同时反应过程中CH4能被有效提取,但要进行高效生产,应进行多级水合分离技术以提高产率。     

甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程

利用恒压预冷法研究了不同反应物量(30.0,100.0g)、不同压力(2.50,3.50,4.50 MPa)、温度为6℃时无搅拌甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程.实验结果表明,水合物在此体系中的生成形态为浆状;CH4水合反应速率随压力升高而增大;当初始反应物量较少(30.0g)时,甲烷储气量(标准状态下水合物中甲烷与初始反应物的体积比)随压力升高而增大不明显(3.50 MPa时为3.0 mL/mL,4.50 MPa时为3.1 mL/mL),当初始反应物量较多(100.0g)时,甲烷储气量随压力升高反而降低(由2.50 MPa时的5.4 mL/mL变为4.50 MPa时的0.9 mL/mL);反应过程中可能同时生成了纯叔丁胺结构的Ⅵ型和甲烷/叔丁胺结构的Ⅱ型两种水合物,且Ⅵ型与Ⅱ型量比在反应后期比前期大;甲烷与浓度为9.3%(mol)的叔丁胺溶液生成的水合物中甲烷储气量较低(最高5.4 mL/mL).通过分析甲烷-叔丁胺-水体系中水合物的生成过程,认为其可能包括反应分子接触聚集、水合物骨架形成和水合物晶体增长等3个步骤.     

真空变压吸附提纯沼气的实验

以煤基碳分子筛为沼气净化吸附剂,借助扫描电镜观察了碳分子筛的表面形貌,并通过物理化学吸附仪表征了碳分子筛的孔径分布。基于静态容积法测定了CO2与CH4在碳分子筛的静态吸附量,并估算了CO2与CH4在碳分子筛的动力学扩散系数。单塔穿透实验考察了吸附压力与进料流量对原料气中CO2穿透曲线的影响,选取吸附压力为0.3 MPa,进料流量为4 L·min-1进行两塔六步真空变压吸附提纯沼气的实验研究,并考察了吸附步骤时长与产品气冲洗率对CH4富集效果的影响。实验结果表明,吸附步骤时长为140 s,冲洗率为0.05时,产品气中CH4纯度可达98%,收率可达82%。     

低浓度煤层气变压吸附提质利用技术现状与展望

为了提高煤矿区低浓度煤层气的利用率,研发了低浓度煤层气变压吸附提质浓缩利用技术及专用吸附剂,开展了实验室小试评价、中试放大验证,形成了低浓度煤层气变压吸附提质浓缩工艺技术,并进行了工业示范应用。结果表明,专用吸附剂CH4/N2分离系数达到4.0,耐磨强度99%。原料气(CH4含量30%,O2含量12%~15%的低浓度煤层气)经过安全输送、压缩净化、变压吸附提质浓缩后,产品气中CH4含量超过90%,O2含量降至1%以下。浓缩后的煤层气可用于生产压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG),解决了CH4体积分数25%的低浓度煤层气利用问题。     

不同浓度TBAB半笼型水合物法分离沼气中CO_2过程的研究

沼气是含CO_2和CH4的混合气,它的利用需要去除杂质CO_2。四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物法分离CO_2是一种新型分离技术。研究了在不同TBAB水溶液浓度体系中,摩尔比为50:50的CH4/CO_2混合气水合物在277 K和5 MPa条件下的生成过程及CO_2的分离效果。结果表明,当TBAB水溶液质量浓度为0.79%和1.57%时,水合物生成过程存在"二次生成"现象。当TBAB的浓度为0.79%和2.91%时,气体消耗量为0.42 mol,大于其它的TBAB水溶液浓度条件下体系的气体消耗量。综合得出,CO_2分离效果并非与TBAB水溶液浓度呈比例,而是存在一个最佳的TBAB浓度最适宜CO_2气体的分离。在实验条件下,当TBAB水溶液质量浓度为1.57%时,有效反应时间最短且CO_2分离效果最好。     

介观尺度下甲烷水合物合成特性研究

为研究介观尺度下甲烷水合物的生成速率及储气量等特性,选用介孔分子筛SBA-15为多孔介质,并添加热力学促进剂THF、TBAB和表面活性剂SDS以提高水合反应速率。水合物生成实验在定容恒温条件下进行,压力选取2. 0 MPa和1. 8MPa,温度选取282. 15 K和279. 15 K。实验结果表明,在添加剂的共同作用下,介观尺度下水合物合成速率得到显著提高;反应过程中温度波动较小,最大为0. 6 K,表明其具有良好的传热性;在水合物储气量方面,实验中最大储气量达到45. 826 mmol(10 m L水),降温、增压能够提高水合物储气量;同时高压和低温能够有效地提高介观尺度下水合反应速率,最高生成速率达到2. 335 mmol/min;在促进水合物生成、提高水合物储气能力、加快水合物反应速率方面THF均优于TBAB。     

超临界CO2中一釜法合成碳酸二甲酯的研究

超临界CO2中一釜法合成碳酸二甲酯(DMC),对于CO2的资源化利用和绿色化学品合成都具有重要的意义。本实验以CO2、环氧丙烷(PO)和甲醇为原料,甲醇钾(CH3OK)为催化剂,无水氯化钙为脱水剂,研究物料配比(VCH3OH:VPO=1~12)、搅拌速度(0~500 r·min-1)、压力(5.0~10 MPa)、温度(110~190℃)和时间(0.25~3 h)对一釜法合成DMC的影响,并提出了超临界CO2中以CH3OK为催化剂一釜法合成DMC可能存在的反应机理。结果表明,在最佳反应条件(VCH3OH:VPO=10:1、搅拌速度为300 r·min-1、反应压力为7.0 MPa、反应温度为140℃)下,反应1 h后甲醇转化率为22.0%,DMC收率达到45.5%。     

液态二氧化碳置换整形甲烷水合物过程特性

通过可视化水合物反应装置和影像设备,研究了注入液态CO2分解CH4水合物同时原位生成气体水合物并保持整块水合物结构稳定的完整过程,验证了水合物分解和生成同时进行的第二类原位置换过程的可行性. 通过控制压力实现在CO2?CH4混合水合物四相区(水合物?水?液相?气相)的CH4置换过程,得到富CH4气体产物. 通过分析气相色谱和测定产气量得到CH4产气特性和CO2对CH4水合物的置换率. 结果表明,低压有利于获得较优的置换效果,4.5 MPa下的置换过程较5 MPa时产气量提高14.6%,甲烷水合物置换率提高13.7%.     

氮和磷对生物滴滤塔净化煤矿乏风瓦斯的影响

研究了氮源类型和浓度以及磷元素浓度对生物滴滤塔净化极低浓度CH4的影响。利用空气和高纯CH4混合气模拟煤矿乏风瓦斯,生物滴滤塔填料为陶瓷鲍尔环,以实验室分离筛选到的甲烷氧化菌进行接种挂膜。结果表明,进气流量为2 L?min?1,喷淋液流量为0.1 L?min?1,进气CH4浓度在0.1%~1.1%,以Na NO3为氮源时,生物滴滤塔净化CH4的效果最好,优于(NH4)2SO4和NH4NO3为氮源时的表现。喷淋液中Na NO3浓度为70 mmol?L?1,进气CH4浓度为0.1%~1.1%时,生物滴滤塔的CH4去除负荷为10.67~39.72 g?m?3?h?1,去除负荷随CH4浓度增加而增加;CH4净化率为97.92%~39.70%,净化率随CH4浓度增加而下降。在最佳氮源条件下,进气CH4浓度为0.9%,P元素浓度为100 mmol?L?1时,滴滤塔CH4去除负荷最大为49.69 g?m?3?h?1,CH4净化率60.90%。     

季铵盐对煤层气水合物相平衡条件的影响

对四甲基氟化铵(TMAF)、四甲基氯化铵(TMAC)、四甲基溴化铵(TMAB)、四丁基氟化铵(TBAF)和四丁基氯化铵(TBAC)五种季铵盐在低浓度含氧煤层气[30%CH4+65%N2+5% O_2(mol)]中形成水合物的热力学促进作用进行了实验研究,采用恒容压力搜索法得到每种季铵盐在浓度0.17%,0.29%,0.62%,1.38%,3.5%(mol)、温度282.3~304.5 K、压力0.919~8.435 MPa条件下的水合物相平衡数据,从季铵盐浓度、季铵盐卤素离子种类及季铵盐烷基种类3个方面综合比较了5种季铵盐的热力学促进效果.结果表明,5种季铵盐均能改善煤层气水合物形成的热力学条件,最佳促进效果3.5%TBAF0.62%TMAF3.5%TBAC1.38%TMAB1.38%TMAC,季铵盐卤素离子的促进作用氟离子氯离子或溴离子,季铵盐烷基的影响丁基甲基.     

从含油废液中回收利用四氯化碳的研究

采用旋转蒸发仪回收含油废液中的CCl4,该方法密闭易操作且CCl4回收率高。通过控制不同的实验条件,如转速、温度,真空压等,探讨CCl4废液回收利用较佳实验条件。实验表明,真空度0.080~0.085MPa、温度26~29℃和转速55~60r·min-1时,回收率可达到86.3%~94.7%除油率为96.34%~97.76%。     

超声辐射合成1-甲氧基-4-(2-乙基)己氧基苯

以对甲氧基苯酚和CH2BrCH(CH2CH3)(CH2)3CH3为原料,乙醇钠和乙醇为溶剂,在Ar气保护下,用超声辐射催化合成1-甲氧基-4-(2-乙基)己氧基苯,反应5~6h,收率可达86%~88.5%。反应的适宜条件为:MOPh和CH2BrCH(CH2CH3)(CH2)3CH3物质的量比为1∶1.5,乙醇钠的浓度2.5mol/L(溶剂CH3CH2OH),超声频率40kHz。     

低浓度瓦斯气体水合分离过程中十二烷基硫酸钠和高岭土的影响

为了探寻有效改善瓦斯水合分离动力学条件的方法,本文研究了十二烷基硫酸钠(SDS)和高岭土对瓦斯水合物生成过程及CH₄分离效果的影响。实验获取了低浓度瓦斯在4个体系中,即：SDS质量分数为10.34%的SDS溶液及高岭土质量分数为1.47%、5.64%和8.23%的SDS-高岭土复配溶液中瓦斯水合物生成过程压力-温度-时间（p-T-t）曲线,利用气相色谱仪测定了分离产物中CH₄的浓度。结果表明：SDS和SDS-高岭土复配体系缩短了瓦斯水合物生成诱导时间,提高了瓦斯水合物生成速率。4个体系中,瓦斯水合物生成诱导时间最短为72 min,平均生成速率最大可达5.261×10^-6 m³·h^-1;一级水合分离产物中CH₄浓度比原料气提高了12.40%～20.61%;在SDS-高岭土复配溶液中,瓦斯水合物分形生长,CH₄提纯浓度最高可达58.41%。