基于水合物法浓缩低浓度煤层气的研究进展

介绍了我国低浓度煤层气的利用现状,对当前几种浓缩技术进行了对比和分析,认为水合物浓缩低浓度煤层气法具有更广阔的前景。介绍了水合物基本理论,包括其晶体结构、相平衡热力学及生成动力学,阐述了通过强化气体水合物生成来浓缩低浓度煤层气的研究进展,并对水合物法浓缩低浓度煤层气技术进行了总结和展望。     

水合物法提纯沼气技术研究进展

沼气是一种重要的可再生能源,对沼气进行充分高值利用对于缓解我国能源需求和环境压力具有重要意义。沼气在高值利用前必须进行脱碳提纯处理,本文介绍了一种可用于沼气提纯的新技术--水合物分离技术。介绍了水合物分离技术的基本理论,调研总结了水合物法提纯沼气和可用于沼气体系（CH₄/CO₂）的水合物分离技术研究进展,包括相平衡研究、热力学促进剂、动力学促进剂、机械强化、外场强化、添加多孔介质/纳米流体等和采用油/水乳液促进技术,并对各种水合物分离促进技术进行了分析：相平衡研究为水合物法提纯沼气提供了理论基础;合理地选用热力学和动力学促进剂能够有效改善气体水合物相平衡条件,促进水合物生成,增加储气效果和提高分离效率;机械强化及外场作用通过强化水合反应过程的传质传热效果促进水合物生成;添加多孔介质和纳米流体等能够增大气液接触面积,对水合过程发挥促进作用;采用油/水乳液不但能够强化气液接触,而且微乳状态下的水合物具有很好的流动性,具有良好工业应用前景。最后对水合物法提纯沼气技术进行了展望,水合物提纯沼气研究虽处在起步阶段,但随着研究的不断深入,该技术凭借操作条件温和,对原料气要求低,并且具有操作简单灵活、安全性高、环保无污染等优点,必将在我国沼气产业发展过程中发挥作用。     

低浓度煤层气提纯的研究现状

煤矿开采过程中排放出大量低浓度煤层气,提纯利用这部分煤层气对我国能源开发利用和环境保护意义重大,其难点是经济高效地分离CH4和N2.本文从CH4/N2分离技术、变压吸附分离CH4/N2吸附剂和制备新型炭分子筛3个方面逐层对低浓度煤层气提纯进行了综述和展望.介绍了CH4/N2分离技术研究进展,对其在低浓度煤层气提纯中的应用前景进行了对比.概述了常用变压吸附剂分离CH4/N2的研究现状,分析了它们在低浓度煤层气提纯应用中的优缺点,并提出了制取适合低浓度煤层气提纯用的新型炭分子筛的方法.     

煤层气提纯的实验研究

为解决当前煤层气开采利用率低且煤层气中氧气和氮气含量较高影响其应用的问题,在对气体水合物生产原理及不同气体所形成水合物稳定性分析的基础上,基于气体水合物方法提纯煤层气设计了实验装置、实验方法和实验过程,重点研究不同浓度TBAC水溶液对煤层气气体水合物相平衡条件和动力性,为后续煤层提纯的实践应用提供指导。     

基于水合物的混空煤层气分离技术

混合气体的水合物法分离是一项具有广阔应用前景的新技术。在对气体水合物理论、应用技术进行概述的基础上,针对抽采煤层气混掺空气的现状,提出一种新工艺:将原料气引入反应器中,控制温度和压力,在特定条件下生成甲烷水合物,排出非水合气体—空气,实现煤层气的净化提浓。生成的甲烷水合物,或气化后经管道输送,或装罐储存。水合物的快速合成是分离技术的关键。     

煤层气水合化的基础研究

自行设计制造了一套可用于煤层气水合物生成与分解的可视化实验系统,利用该实验系统研究了阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和多孔介质煤对煤层气水合物生成的影响,进行了煤层气水合物生成相平衡参数和分解热力学方面的研究。结果表明:表面活性剂的加入促进了水合物的生长,但水合物的生成情况与表面活性剂的种类和浓度有关;表面活性剂的加入有效地改变了水合物生成的热力学条件;水合物分解过程所需热量较多,证实了利用煤层气水合化技术预防煤矿煤与瓦斯突出以及进行煤层气固化储运的可行性。     

煤层气脱氧技术研究进展

煤层气是一种非常规天然气资源,近年来我国井下抽采煤层气利用率不足40%,主要是由于低浓度煤层气得不到有效利用,低浓度煤层气富集利用是有效的解决途径,但是氧含量过高是限制煤层气利用的重要瓶颈。针对煤层气在利用过程中因为氧气存在带来的安全隐患和利用难题,介绍了我国煤层气资源概况,综述了近年来燃烧法、变压吸附、深冷分离等煤层气脱氧技术的研究进展,介绍了脱氧技术原理和相应催化剂、吸附剂等脱氧材料的进展情况。结果表明,催化燃烧法技术较为成熟,廉价、高反应活性催化剂的开发是提升脱氧效果的关键,用于低浓度煤层气脱氧需考虑CH_4消耗带来的经济性下降;碳材料燃烧法的关键在于温度的控制,减少工艺飞温造成的CH_4裂解;变压吸附法的核心在于高CH_4/O_2选择性吸附剂,选择性的高低直接决定了分离的可行性和经济性;对于深冷分离,需要低温条件并且能耗较大,适合大规模气源的处理;变压吸附和深冷分离均有一定的工业示范基础,但处理低浓度煤层气均存在穿越爆炸极限的风险,工艺的安全评估以及抑爆措施是进一步完善的重点;化学链燃烧法、非金属还原和膜分离目前均处于实验室初期探索阶段,有待进一步深入研究。最后指出除了各项技术不断完善以外,未来将根据气源浓度和脱氧后气体利用工艺需要来选择煤层气脱氧技术,根据各项技术的优缺点进行技术的耦合。     

电化学氧化耦合先进氧化技术增强氧化难降解有机物的进展

综述了国内外电化学耦合氧化法的主要研究进展,其中包括与光催化法、Fenton法、超声氧化法、膜法等先进氧化处理难降解有机物技术的耦合,并指出电化学氧化与其他氧化技术耦合在不同程度上都具有协同作用。最后提出了电化学氧化耦合工艺实现工业化的研究方向应以高效电极的研制、最优参数的探索以及耦合反应的反应器设计为重点。     

低浓度煤层气富集增浓技术研究进展

在分析国内外学者从不同工艺、材料、方法对低浓度煤层气CH4/N2分离富集研究的基础上,总结了其阶段性研究结果及突破。同时,分析了深冷分离法、膜分离法、溶液吸收分离法、吸附分离法、水合物合成法在不同工艺条件下的分离效果及各自优缺点。通过分析对今后低浓度煤层气甲烷的利用前景进行了客观展望。     

乙二醇合成技术的新进展

对国内外乙二醇合成技术的新进展进行了介绍，包括催化水合法、碳酸乙烯酯法（EC）、合成气合成法和甲醛／甲醇合成法。其中催化水合法和碳酸乙烯酯法具有EO转化率高、EG选择性高等优点，是最有前途的工业化方法。合成气合成法和甲醛／甲醇合成法具有原料价格低、工艺流程短、能耗低等优点，非常具有吸引力。同时，提出了我国乙二醇工业的发展方向。     

机械扰动强化气体水合物快速生成研究进展

气体水合物技术在天然气固态储运、CO₂捕获与封存等领域具有广阔的应用前景。高效快速制备水合物是水合物应用技术产业化的关键技术之一。从成核机理、相平衡、传热和传质等角度简述了气体水合物快速生成机理,回顾了常见的搅拌、喷淋和鼓泡等机械扰动强化气体水合物快速生成方法的基本原理和特性。依据强化传质传热领域内的新进展,进一步阐述了新型机械扰动强化气体水合物快速生成方法的基本原理和特性,重点综述了流化床、超声波、超重力、撞击流等技术的研究进展。从耗气率、水合物生成速率、总能耗、气体转化率等角度分析评价了各种机械扰动强化气体水合物快速生成方法的优缺点。总体来说,目前各种机械扰动强化气体水合物生成技术仍处于实验室阶段,传统的搅拌、喷淋和鼓泡强化技术生成速率较低;新型的流化床、超声波、超重力和撞击流等技术也存在各种不同的缺点,有待进一步优化改进。同时指出探究微观成核机理、开发新型易固液分离的气体水合物生成系统以及构建水合物反应器评价体系等是未来气体水合物快速生成相关研究中需要进一步解决的问题。     

A review: Enhanced recovery of natural gas hydrate reservoirs

Natural gas hydrate (NGH) is a highly efficient and clean energy, with huge reserves and widespread distribution in permafrost and marine areas. Researches all over the world are committed to developing an effective exploring technology for NGH reservoirs. In this paper, four conventional in-situ hydrate production methods, such as depressurization, thermal stimulation, inhibitor injection and CO₂ replacement, are briefly introduced. Due to the limitations of each method, there has been no significantly breakthrough in hydrate exploring technology. Inspired by the development of unconventional oil and gas fields, researchers have put forward some new hydrate production methods. We summarize the enhanced hydrate exploiting methods, such as CO₂/N₂–CH₄ replacement, CO₂/H₂–CH₄ replacement, hydraulic fracturing treatment, and solid exploration; and potential hydrate mining techniques, such as self-generating heat fluid injection, geothermal stimulation, the well pattern optimization of hydrate exploring. The importance of reservoir stimulation technology for hydrate exploitation is emphasized, and it is believed that hydrate reservoir modification technology is a key to open hydrate resources exploitation, and the major challenges in the process of hydrate exploitation are pointed out. The combination of multiple hydrate exploring technologies and their complementary advantages will be the development trend in the future so as to promote the process of hydrate industrialization.     

低浓度煤层气分离提纯的研究进展

综述了应用于低浓度煤层气分离的主要方法,包括低温精馏法、吸附分离法、膜分离法和水合物法,探讨了各种方法在不同工艺条件下的分离效果,分析了它们的优缺点。文中总结了每种方法需要解决与突破的关键性问题：低温精馏法获得的甲烷浓度高,但在处理含氧煤层气时首先要脱氧;吸附分离的关键技术在于吸附剂的选择,吸附剂决定了该方法的经济效益与难易程度;对于膜法分离,影响煤层气分离效果的主要因素在于膜材料的选择及制膜工艺;对于水合物法,寻找制备具有较高分离效率的添加剂是关键。最后指出,多种方法结合、多级分离的分离方法是未来研究发展方向。     

笼型水合物膜分离和捕获二氧化碳研究进展

开发一种低碳、高效的分离和捕获二氧化碳方法一直是缓解温室效应的关键技术。本文首先比较了现有的5种碳捕获技术,发现相较于化学吸收、深冷分离和变压吸附,水合物法和膜分离技术具有绿色环保、操作简单的优势。随后,本文以水合物法为切入点,阐述了其分离机理和强化手段。为进一步研究更加有效的新技术,通过利用水合物法的技术优势,结合膜分离的结构,提出一种更加具有发展潜力的水合物膜分离技术。然后,根据水合物膜的成膜方式将水合物膜技术分为第一、二、三代,并重点分析了每代水合物膜技术的改进手段。最后指出未来第三代水合物膜分离技术应从以下3个方面寻求突破与创新：探索合适膜载体材料;寻找合适的添加剂;优化温度、压力、流速水合分离条件。     

多孔材料中甲烷水合物生成的传热数值模拟研究

水合物储运(NGH)是近几年发展起来的天然气储运技术,已具备实现工业化的潜力。但水合物的生长是传质传热控制的反应,因此在放大实验中存在诸多不确定因素。针对该问题,对水合物反应器中多孔材料内甲烷水合物生成传热过程建立了基于化学反应动力学和多孔材料内传质传热的甲烷水合物生成传热数学模型,可用于计算反应器内水合物生成分布和热量分布,指导水合反应器的设计和优化。通过模拟与实验数据对比验证了该模型的可靠性,并对使用了不同热导率填料的水合反应过程进行数值模拟。结果显示,模拟值与实验值的绝对平均相对误差小于6%,生成传热模型准确性高;在水合反应过程中,热量传递是影响水合物生成速率的关键因素之一。导热不良时,易在水合物生成中心部分形成局部过热,对水合物生长造成热抑制。在进行水合物生成放大实验时,应特别注意反应器内部的热量控制。     

多孔材料中甲烷水合物生成的传热数值模拟研究

水合物储运(NGH)是近几年发展起来的天然气储运技术,已具备实现工业化的潜力。但水合物的生长是传质传热控制的反应,因此在放大实验中存在诸多不确定因素。针对该问题,对水合物反应器中多孔材料内甲烷水合物生成传热过程建立了基于化学反应动力学和多孔材料内传质传热的甲烷水合物生成传热数学模型,可用于计算反应器内水合物生成分布和热量分布,指导水合反应器的设计和优化。通过模拟与实验数据对比验证了该模型的可靠性,并对使用了不同热导率填料的水合反应过程进行数值模拟。结果显示,模拟值与实验值的绝对平均相对误差小于6%,生成传热模型准确性高;在水合反应过程中,热量传递是影响水合物生成速率的关键因素之一。导热不良时,易在水合物生成中心部分形成局部过热,对水合物生长造成热抑制。在进行水合物生成放大实验时,应特别注意反应器内部的热量控制。     

基于热化学循环的核能制氢技术经济分析与研究

热化学循环被认为是以清洁和可持续的方式实现大规模制氢的有前途的制氢方案,对其工艺和经济性进行分析,从技术的成熟度和投资的成本等方面给出不同循环的优势和劣势具有重要的意义。从反应堆的适应性、技术的成熟度和生产规模等方面分析了不同热化学循环之间的差异,并讨论了这些方法的优缺点和面临的挑战。此外,还根据循环的热效率、制氢的成本和全球变暖潜能值（GWP）,对不同的热化学循环进行了对比分析。研究结果表明,硫-碘热化学循环（SI）在热效率、成本和GWP方面都具有一定的优势,但是由于运行温度相对较高,能与之耦合的反应堆受限;硫酸混合循环（HyS）的GWP最低,但是在高温条件下面临硫酸的分解问题;铜-氯热化学混合循环（Cu-Cl）,由于其运行温度较低,在反应堆耦合、低品位热量利用、制氢成本和环境影响方面都显示出巨大的潜力。     

生物质热解研究进展

当今社会面临着能源短缺和环境破坏日益严重等问题,生物质能源作为可再生绿色能源,大量开发利用对于工业和社会生活中具有重要的意义。生物质热解技术是将生物质转化成生物质能的有效可行方法之一。为实现生物质能源工业化、规模化生产,必须要完善热解反应技术及其核心热解反应器装置。在分析了生物质热解机理的基础上,着重介绍了热解反应器的类型以及其特点。     

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。