盐水体系中环戊烷-甲烷水合物的相平衡及分解热

利用可视化水合物相平衡实验装置,采用恒温压力搜索法,测定了284～303K内环戊烷(CP)-甲烷在NaCl溶液中的水合物相平衡数据,并采用Clausius-Clapeyron方程计算了其生成/分解热数据。实验结果表明,CP-甲烷水合物生成条件远低于纯甲烷水合物;采用甲烷辅助气体可使CP在高于其纯水合物四相点的更高温度范围内生成CP-甲烷水合物;CP-甲烷水合物相平衡压力随温度增大而升高;随着NaCl浓度的增大,相平衡压力线性升高,且温度越高,温度和NaCl浓度对相平衡压力的影响越大。CP-甲烷水合物的生成/分解热随着温度的升高而逐渐减小,随NaCl浓度的增加而减小。     

甲烷在四丁基溴化铵和辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷复配溶液中的相平衡条件研究

水合物法回收混空煤层气中的甲烷具有清洁高效和操作安全的优势。为了探究四丁基溴化铵（TBAB）和辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷（OGP）两种促进剂的协同作用,完成了TBAB+OGP复配溶液中甲烷水的合物相平衡实验。结果表明,TBAB显著降低了甲烷水合物的生成压力,但是OGP的引入减弱了TBAB的热力学促进作用。其削弱作用随着OGP和TBAB浓度的增加而增加,随着温度的升高而降低。该研究为水合物法回收煤层气提供基础实验数据并指导后续的方案设计。     

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.     

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.     

水合物法连续分离煤层气实验研究

基于水合物法分离技术建立了一套能够连续分离混合气体的实验装置,可以同时实现水合物的生成和化解,即水合物在反应器中生成之后被输送至化解器中立刻化解,且化解后的工作液能够循环利用。利用此装置对模拟煤层气(CH450.44%(mol)+N249.56%(mol))进行了水合分离实验研究,工作液为6%(mol)的四氢呋喃(THF)水溶液,实验条件为温度278.15~281.15 K,压力0.7~1.1 MPa,原料气流量1~5 L·min-1(标况下),工作液流量60 L·h-1。结果表明:低温、高压、低原料气流量有利于水合物中CH4的富集和CH4回收。水合物相CH4含量在52.53%~64.24%(mol);剩余气中CH4含量在45.33%~49.63%(mol);CH4回收率介于3.0%~19.4%。其中,279.15 K,1.1 MPa,原料气流量1 L·min-1为较好的操作条件。结果表明连续性水合分离过程在理论上和实际应用中均适用于煤层气的分离。     

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%.     

离子对甲烷水合物相平衡的影响

自由水盐度直接影响水合物的生成和分解,为了充分研究自由水盐度对甲烷水合物相平衡的影响,本文利用正交实验设计方法研究了不同离子组成和浓度条件下多孔介质中水合物形成与分解特性。运用正交法研究水合物可减少实验次数、缩短实验周期。甲烷水合物相平衡点通过定容压力搜索法测得。与纯水体系相比,添加离子后相同压力条件下甲烷水合物的平衡温度降低,并且随着离子浓度的增加,平衡温度进一步降低。方差分析证明阳离子中Mg²⁺对水合物平衡影响最显著;极差分析结果表明,阳离子的影响程度从大到小依次为Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺。SO^2-₄、CO^2-₃、Cl^-三种阴离子浓度对水合物相平衡点影响均显著。水合物诱导时间变化无明显规律,受离子种类、浓度影响不显著。     

L-色氨酸+四氢呋喃体系下水合物法分离煤层气研究

L-色氨酸是一种新型水合物动力学促进剂。为了研究L-色氨酸与热力学促进剂四氢呋喃(THF)两者协同作用下对水合物法分离煤层气中甲烷的影响,在温度为274.15 K、初始压力为10 MPa的封闭反应条件下,通过实验研究L-色氨酸+四氢呋喃(摩尔分数5.56%)复合溶液体系下摩尔分数30%CH₄/70%N₂混合气体水合物的生成过程,确定了在L-色氨酸协同作用下水合物的生成时间、气体消耗量、甲烷分离率。实验结果表明：色氨酸质量分数为300×10^-6时,对水合物生成的促进作用最为明显,可缩短水合物的生成时间,但对降低相平衡压力没有明显效果。当质量分数增加到1 000×10^-6时,对水合物的生成表现为明显的抑制作用。相比单一的THF体系,加入色氨酸之后的组合体系进一步增加了水合物的生成量,并明显降低了反应时间,具有良好的应用前景。     

注乙二醇溶液分解甲烷水合物的实验研究

在甲烷水合物一维分解模拟系统上,进行了模拟注乙二醇溶液分解甲烷水合物的实验研究。使用甲烷气体与纯水在一定温度、压力条件下,在沉积物中合成水合物。通过以不同速率注入不同浓度的乙二醇溶液,研究了化学法分解水合物过程中甲烷气体和水生产规律。实验结果表明,水合物分解产出甲烷气体的过程主要分为4个阶段：初始注入段、化学剂稀释段、水合物分解段和残余气体产出段。整个分解过程中,水的生产速率几乎保持恒定。通过对实验结果的能量分析表明,本实验条件下分解综合效率在0.20～0.88之间,并且受注入速率和化学剂浓度影响。在恒定注入速率条件下,分解效率在化学剂质量分数为60%时达到最大值。     

SRX乙烷回收工艺特性分析

为提高天然气中乙烷回收率,对SRX乙烷回收工艺流程特性进行研究,重点考察外输干气回流比、脱甲烷塔操作压力、脱甲烷塔气相侧线位置及抽出量、侧线抽出气相过冷温度对乙烷回收率以及总压缩功率的影响。结果表明,通过增加外输干气的回流量、降低脱甲烷塔操作压力、下移脱甲烷塔侧线气相抽出位置、增加气相抽出量、降低侧线抽出气相过冷温度可有效增加乙烷收率。     

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。     

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。     

多孔载体海绵对CH4-N2-O2瓦斯气体水合分离影响（英文）

The findings were presented from laboratory investigations on the hydrate formation and dissociation processes employed to recover methane from coal mine gas.The separation process of coal mine methane(CMM) was carried out at 273.15K under 4.00 MPa.The key process variables of gas formation rate,gas volume stored in hydrate and separation concentration were closely investigated in twelve THF-SDS-sponge-gas systems to verify the sponge effect in these hydrate-based separation processes.The gas volume stored in hydrate is calculated based on the measured gas pressure.The CH4 mole fraction in hydrate phase is measured by gas chromatography to confirm the separation efficiency.Through close examination of the overall results,it was clearly verified that sponges with volumes of 40,60 and 80 cm 3 significantly increase gas hydrate formation rate and the gas volume stored in hydrate,and have little effect on the CH4 mole fraction in hydrate phase.The present study provides references for the application of the kinetic effect of porous sponge media in hydrate-based technology.This will contribute to CMM utilization and to benefit for local and global environment.     

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。     

Vacuum pressure swing adsorption process for coalbed methane enrichment

The enrichment of low concentration coalbed methane using adsorption process with activated carbon adsorbent was studied in this work.Adsorption isotherms of methane,nitrogen and carbon dioxide on activated carbon were measured by volumetric method,meanwhile a series of breakthrough tests with single component,binary components and three components feed mixture has been performed for exploring dynamic adsorption behaviors.Moreover,a rigorous mathematical model of adsorption bed containing mass,energy,and momentum conservation equation as well as dual-site Langmuir model with the Linear driving force model for gas-solid phase mass transfer has been proposed for numerical modeling and simulation of fixed bed breakthrough process and vacuum pressure swing adsorption process.Furthermore,the lumped mass transfer coefficient of methane,nitrogen and carbon dioxide on activated carbon adsorbent has been determined to be 0.3 s~(-1),1.0 s~(-1) and 0.06 s~(-1) by fitting the breakthrough curves using numerical calculation.Additionally,a six bed VPSA process with twelve step cycle sequence has been proposed and investigated for low concentration coalbed methane enrichment.Results demonstrated that the methane molar fraction in feed mixture ranged from 10% to 50% could be enriched to 32.15% to 88.75% methane in heavy product gas with a methane recovery higher than 83%under the adsorption pressure of 3 bar(1 bar=10~5 Pa) and desorption pressure of 0.1 bar.Energy consumption of this VPSA process was varied from 0.165 kW·h·m~(-3) CH_4 to 0.649 kW·h·m~(-3) CH_4.Finally,a dual-stage VPSA process has been successfully developed to upgrade a low concentration coalbed methane containing 20% methane to a target product gas with methane purity higher than 90%,meanwhile the total methane recovery was up to 98.71% with a total energy consumption of 0.504 kW·h·m~(-3) CH_4.     

Enrichment of coal‐bed methane by PSA complemented with CO2 displacement

A PSA cycle complemented with CO₂ displacement was studied for enriching coal‐bed methane (CBM). The column was first pressurized to the adsorption pressure with feed gas, and then N₂ was produced at column top in step 2. The feed gas switched to CO₂ at the end of step 2, and the adsorbed CH₄ was displaced and pushed to column top by CO₂ becoming the second column‐top product in step 3. The CO₂ stream was shut off before it broke through the sorption bed. Then bed regeneration followed. A series of CH₄/N₂ mixtures containing 17.62 to 51.33% CH₄ was used for feed gas. It was experimentally shown that the product concentration was higher than 90%, and methane recovery was higher than 98% even for the feed of low‐methane concentration. Displacement at ambient pressure was shown more efficient than the displacement at adsorption pressure for the enrichment. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

Phase behavior and structure transition of the mixed methane and nitrogen hydrates

Pure methane and nitrogen form structure I and II hydrate, respectively, and therefore the structure type of mixed gas hydrate was found to largely depend on their relative gas composition. In addition to the structural difference of size and shape, each hydrate structure shows different capacity to store the guest molecules. In this study, we investigated phase and structural behaviors according to the composition of methane+nitrogen gas mixture. Three-phase (H-Lw-V) equilibria of solid hydrate, water-rich liquid and vapor phase containing 25.24 mol%, 28.51 mol%, 31.23 mol% and 40.39 mol% of methane were determined at various temperatures (in the range from 273.30 K to 285.05 K) and pressures (from 8.325 MPa to 20.700 MPa). 13C solid-state NMR spectroscopy and powder XRD method were performed to identify the formed structure of hydrate samples. The experimental results showed that gas hydrate of the methane+nitrogen mixture changes its structure from sI to sII between 25.24 mol% and 28.51 mol% of methane concentration. These results of phase behavior and structure identification for the mixed gas hydrates are expected to be very helpful in evaluating the feasibility of exploitation of methane gas from natural gas hydrate and the separation process using gas hydrate as a storage-media     

水合物法快速脱除天然气中二氧化碳

水合物法脱除天然气中CO2是一种新的天然气脱碳分离技术,可用于初步大量脱除高含CO2天然气和沼气中的CO2.为天然气脱碳提供一种工艺简单、流程快和环保的方法.笔者用CO2(摩尔分数为33.00％)/CH4混合气模拟高含CO2的天然气,在1L的反应釜内,研究混合气水合过程随压力和气水体积比的变化,分析水合过程的温度、压力...