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。     

新型促进剂对二氧化碳水合物形成效果的研究

通过水合物相平衡观察法确定TBAB能与CO_2形成半茏状结构的水合物,极大程度地改善CO_2气体形成水合物的相平衡条件.摩尔分数为0.29%的TBAB(四丁基溴化铵)不仅能大幅度地降低CO_2形成水合物的压力至0.66MPa,而且能缩短形成CO_2水合物的诱导时间至30 min以内,高效地提高CO_2水合的效率.实验表明,体积分数17%的CO_2混合气体在0.29m01%的TBAB溶液中形成水合物,经过一级分离后的CO_2体积分数为60%,二级分离后的体积分数可以达到95%以上.     

TBAB水溶液体系中半笼型水合物的相平衡预测模型

四丁基溴化铵(TBAB)是一种广泛使用的水合物促进剂,可以显著降低水合反应的形成条件。针对TBAB水溶液中离子与溶剂间较强的相互作用力,采用电解质NRTL方程确定液相组分的活度系数,结合含TBAB水合物的晶体结构特征和Chen-Guo水合物模型,建立了TBAB水溶液体系中水合物形成热力学条件的预测模型。与TBAB质量分数为5%～60%的221个实验数据点进行对比分析,结果显示温度平均相对误差为0.112%,预测值与实验数据具有较好的一致性。通过关联混合电解质体系下盐-溶剂间的交互作用参数,该模型还可进一步扩展到TBAB+NaCl复合盐体系下水合物相平衡条件的预测。在TBAB质量分数范围为5%～20%、NaCl质量分数为3.5%～10%的复合盐溶液体系中,CO₂形成半笼型水合物的相平衡条件的实验值与预测值的温度偏差范围为0.01～1.17 K,二者比较吻合。本模型可以为水合物法气体分离、气体储运等技术的实际应用和工艺包开发提供理论基础。     

TBAB半笼型水合物法分离CO_2/CH_4混合气的过程研究

水合物法气体分离技术是一种新型的CO_2分离方法,不同的分离条件对CO_2气体分离的效果影响显著。四丁基溴化铵(TBAB)的添加能显著改善CO_2/CH_4混合气水合物的相平衡条件,促进CO_2水合物的生成。作者主要研究在质量浓度为40%的TBAB水溶液体系中,压力为3.2 MPa下,不同过冷度及气水比例的条件对CO_2/CH_4混合气水合物的生成过程及CO_2的分离效果的影响规律。实验结果表明,当压力为3.2 MPa时,气水比越小,CO_2分离效果越好。同时,存在最佳的过冷度使得反应过程中气体消耗量最大以及CO_2分离效果最好,而且CO_2分离效果并非与过冷度完全成正比。当气水比为0.54,过冷度为6 K时,反应结束后气相中CH_4的摩尔比例为81.59%,CO_2的摩尔比例为18.41%,CO_2气体分离系数为4.43,CO_2分离效果最好。     

四氢呋喃对离子液体水溶液二氧化碳水合物生成特性影响

为改善离子液体1-胺丙基-3-甲基咪唑溴([APMIm][Br])水溶液CO_2水合物的生成特性,加入四氢呋喃(THF)形成复配溶液体系,研究复配体系中吸收CO_2同时生成水合物的特性。建立可视化高压反应釜,在273.15—288.15 K、0.5—3.5 MPa条件下,测试了不同浓度的[APMIm][Br]和THF体系中水合物-溶液-CO_2气体三相相平衡数据。实验结果表明:离子液体会抑制CO_2水合物生成,而THF能有效促进离子液体水溶液CO_2水合物的生成,水合物生成压力可大幅降低。基于离子液体水溶液缔合特性的活度系数模型理论和气体水合物的Van der Waals-Platteeuw模型理论,对复配溶液中CO_2气体水合物的相平衡进行了计算,与实验值相比,平均相对误差为1.84%。复配溶液对低压二氧化碳表现出良好的溶液吸收和气体水合物生成双效捕获能力。     

水逸度模型预测THF添加剂体系下气体水合物相平衡

加入添加剂降低水合物生成压力是当前水合物法分离混合气体研究热点。本研究以水的逸度模型为基础, 结合PRSV2 状态方程研究了CH₄、O₂、N₂ 及其混合气体水合物在纯水体系下的相平衡条件;通过UNIFAC 基团 贡献法对添加剂四氢呋喃(THF)水溶液进行基团划分,计算该体系下液相各组分的活度,理论研究了添加剂 THF 对气体水合物相平衡条件的影响;结果表明在相应的温度范围内,与其他模型相比,在纯水体系下该模型 预测精度较高,在THF 水溶液体系下该模型对单组分和双组分气体的预测精度平均相对误差在7%左右,随着 THF 浓度增加,气体水合物相平衡压力的降低幅度减小;当THF 摩尔分数达到6%时,对气体水合物相平衡影 响达到最大。相关研究结果为混合气体的大规模工业提纯分离提供了理论基础。     

水合物法分离烟气(CO2/N2)中CO2的实验研究

利用四丁基溴化铵(TBAB)作为促进剂进行了水合物法分离烟气(CO2/N2)的实验研究.结果表明较高TBAB浓度下生成的水合物较多,其中包含更多的未填充气体的纯TBAB水合物;解析气中的CO2含量受到气体消耗率及实验初始压力的影响;TBAB浓度、实验温度在实验条件范围内对解析气中的CO2含量影响并不明显.CO2摩尔分数为17.4%的CO2/N2混合气通过_二级水合物/膜分离流程可回收到CO2摩尔分数为95.0%的解析气.     

不同季铵盐作用下的CO2水合物相平衡

CO₂气体水合物形成热力学性质是实施海水淡化、沼气纯化、碳捕集和封存、能源利用、天然气储存等技术的关键。采用恒容温度搜索法,在温度272.75~294.35 K,压力0.35~4.50 MPa的范围内,探究了四种季铵盐促进剂对CO₂气体水合物相平衡的影响。结果表明,相同条件下,季铵盐作用下CO₂水合物的相平衡温度由高到低分别为：四丁基氟化铵（TBAF）>四丁基溴化铵（TBAB）>四丁基氯化铵（TBAC）>苄基三乙基氯化铵（TEBAC）。基于Clausius-Clapeyron方程,计算了不同体系的相变潜热,探讨了其对水合物稳定性的影响。可以看出,水合物的相平衡压力对数与温度倒数呈线性关系,其中,TBAF、TBAB作用下的CO₂水合物相变潜热相接近且明显高于其他季铵盐,说明其促进效果最好,所对应的水合物生成条件也最为温和。利用Chen-Guo模型,结合PR状态方程和改进Joshi经验活度模型,分别计算了TBAF、TBAB、TBAC和TEBAC作用下CO₂水合物热力学相平衡数据,计算结果与实验数据吻合良好,最大平均相对误差为7.50%。     

海底贮存CO2基础研究

为深入研究CO2开发CH4水合物对环境的影响,从而实现长期储存CO2和开发新能源CH4水合物的目的.本研究主要考察了不同温度下(1-7 ℃),CH4+CO2混合气在纯水和NaCl溶液(质量分数3.6%)中的生成水合物时的溶解相平衡.考察了温度和盐对溶解相平衡的影响.并将实验值与Chen-Guo水合物模型计算值进行了比较...     

纳米粒子对CO_2水合物导热性能的影响

试验研究了不同种类(Al_2O_3、Cu、SiO_2)、不同质量分数(0.05%、0.1%、0.15%)及不同粒径(10、30、50 nm)的纳米粒子对CO_2水合物热导率的影响。结果表明温度为-5~5℃时,纯CO_2水合物热导率为0.553~0.5861W·m~(-1)·K~(-1),具有玻璃体的变化特性。分散剂SDBS的加入,可改善CO_2水合物-纳米粒子体系的导热性能。在相同的质量分数和粒径下,纳米Cu粒子对CO_2水合物热导率的增强作用最好,但综合考虑水合物生成特性和溶液悬浮稳定性,选用纳米Al2O3粒子较合适。Al2O3粒子粒径越小,水合物热导率越大,15 nm比50 nm纳米粒子体系中CO_2水合物热导率的增长率平均提高了12.7%。此外,CO_2水合物热导率随Al2O3粒子质量分数的增大而增大,质量分数由0.05%增加到0.15%时,水合物热导率的增长率由4.2%提高到8.2%。     

盐水体系中环戊烷-甲烷水合物相平衡测定与模拟

利用恒温搜索法测定了温度284.4~303.8 K、NaCl质量浓度0~9.978%水溶液中环戊烷-甲烷水合物(II型)的相平衡条件. 结果表明,该体系水合物相平衡压力远低于纯甲烷水合物,且随温度升高和盐度增大逐渐升高. 在Van der Waals-Platteeuw等温吸附模型和Pitzer活度模型的基础上建立了环戊烷-甲烷水合物在盐水体系中的相平衡理论模型,模拟预测值与实验测定值的吻合度较好,平均相对误差为4.07%,能较好地预测盐水体系中环戊烷-甲烷水合物(II型)的相平衡条件.     

高压低温条件下H_2O-H_2O_2-CO_2三元体系相平衡研究

为了探索气体水合物法浓缩低浓度过氧化氢水溶液的新方法,在高压低温条件下,对H2O-H2O2-CO2三元体系形成气体水合物的相平衡进行了研究。测定了不加表面活性剂和添加表面活性剂时低浓度过氧化氢水溶液中形成气体水合物的温度和压力条件,得出随着过氧化氢浓度和温度的升高,气体水合物的平衡压力也增高,不加表面活性剂时自然沉降分离所得气体水合物母液夹带量很高,而加入表面活性剂时则会降低形成水合物的压力,并且形成的气体水合物母液夹带量显著降低。此外,论文还依据Chen-Guo模型对H2O-H2O2-CO2三元体系形成水合物的相平衡压力进行了计算,计算值与实验值吻合良好。     

四丁基溴化铵-二氧化碳-水体系半笼水合物相平衡数据的测定

水合物相平衡数据是利用水合物捕集二氧化碳的基础数据,利用定容逐步加热的方法测量了四丁基溴化铵-二氧化碳-水三元体系水合物的相平衡数据,实验测量的压力和温度分别为1.0-4.3 MPa,282.75-292.15 K,四丁基溴化铵水溶液的质量分数为5％ -30％.实验结果表明:在一定的温度条件下,与纯水中二氧化碳水合物形...     

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。     

TBAB和CP双添加剂水合物法分离烟气中的CO2

在四正丁基溴化铵（TBAB）和环戊烷（CP）双添加剂体系下进行了一级水合物法分离烟气中CO2的研究。对比了纯体系和双添加剂体系对水合物生成过程及分离效果的影响。获得了合适的操作条件（温度276.15 K,压力2.0～3.3 MPa）、初始液气比（0.78）、添加剂浓度（CP体积分数为0.6%）。在合适条件下,双添加剂体系相比纯TBAB体系水合过程的载气量达至1.5～2.0倍,剩余气相中CO2摩尔分数由17%降至7%,去除率由40%～50%上升到60%～70%。实验表明,双添加剂体系在水合物法CO2分离技术的分离效果及节能方面存在潜力,为工业化水合物法净化烟气提供了参考和标准。     

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。     

离子液体水溶液-气体水合物对CO2的双捕获工艺

设计了以离子液体[APMIM]Br水溶液吸收-生成水合物捕获CO2工艺流程,并利用CO2在该离子水溶液中的溶解度数据和在其中生成CO2水合物的相平衡实验数据进行物料衡算. 考察了水含量、压力和液气流量比对气体吸收-水合物生成的CO2双重捕获效果的影响,对比了气体水合物与离子液体水溶液捕获CO2的能力. 结果表明,在较高压力和水含量条件下,水合物捕获CO2的效应强于离子液体溶液;较低压力下离子液体溶液吸收CO2起主要作用. 与纯水合物法相比,双捕获工艺具有一定优势,且突破了单纯水合物脱碳的压力和CO2含量要求高的局限性. 当原料气中CO2低于65%(j)时,系统的脱碳效率低于40%,对于CO2含量较低的气体,其CO2的脱除性能回归至单纯离子液体溶液体系.     

CO2-N2-TBAB和CO2-N2-THF体系的水合物平衡生成条件

利用等温压力搜索法测定了CO2-N2-TBAB与CO2-N2-THF体系的水合物平衡生成压力. 实验的压力范围为0.69~14.55 MPa,温度范围为275.75~288.15 K. 结果表明,TBAB与THF均可作为添加剂有效降低气体水合物的平衡生成压力. 在较低的药剂浓度下,CO2-N2-TBAB的水合物平衡生成压力低于CO2-N2-THF体系. 在较高的浓度下,两种体系的水合物平衡生成压力没有明显差别.     

小通道内TBAB溶液水合物生成实验研究

小通道内TBAB(四丁基溴化铵)水合物晶体微观生成过程研究对水合物浆体安全流动和堵塞机理研究具有参考意义。文中选用内径为3 mm的石英管作为测试管道,利用工业显微镜对在小管道中形成的水合物晶体进行观察和记录,分析了在同一过冷度下(Δt=17℃)质量分数和流量对TBAB水合物形貌、生长速率及堵塞时间的影响。结果表明:在过冷度相同时水合物形貌主要受溶液质量分数影响,水合物晶体的致密度和透光度随质量分数的增加而增大;质量分数增加到25%后,质量分数的增加对水合物生长速率不再有明显的促进作用;受管径限制,径向方向水合物生长速率会先降低再趋于平稳;流动时所产生的剪切力使得水合物晶核剥落形成新的成核点,流量的增加大大缩短了水合物成核时间和堵塞时间。     

超声波悬浮TBAB溶液液滴表面半笼型水合物生长过程研究

利用超声波悬浮技术将四丁基溴化铵(TBAB)溶液液滴悬浮，观测了不同TBAB质量分数(15%、20%、25%)时的水合物生长过程，并与悬挂液滴进行了对比。实验发现，超声波悬浮的液滴处于快速旋转状态，液滴呈扁球状，水合物生长速率较快，但当液滴中含有气泡时生成水合物的诱导时间延长。总结出超声波悬浮状态下TBAB水合物生长方式可以分为两大类：由内而外，由外而内。由外而内又可以分为单平顶式、双平顶式和包裹式。建立悬浮液滴和悬挂液滴的传热模型，通过对比发现，超声波可以加快悬浮液滴的传热效率，加速水合物的生成和生长。该实验为观测水合物生长提供了一种新的方法。