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。     

CO2置换CH4水合物的相平衡研究进展

总结了近年来国内外CO2置换CH4水合物的相平衡研究成果,包括置换机理、相平衡实验、混合水合物相平衡的影响因素及相平衡研究的应用。研究表明,电解质溶液、微波等体现了电场对水合物形成的作用力;表面活性剂、多孔介质需要考虑界面张力、吸附等作用对相平衡条件的影响;气体组分对水合物形成的影响与各自的水合物相平衡条件、组分之间的相互作用有一定关系。目前的相平衡实验研究多采用观察法,有一定的误差,并且无法研究多孔介质内的水合物形成情况,因此需要结合一些微观成像技术、色谱分析技术满足实验要求;液态或乳化液形式的CO2由于其运输、注入、分离、置换效果的优势受到了重视,但是相关的相平衡研究尚处于起步阶段;CO2置换的工程实际条件不同于实验室,注热或降压措施的影响范围较大,所以考虑多孔介质沉积层的多个物理场变化的相平衡研究将是今后研究的重要课题。     

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。     

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。     

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。     

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置换水合物过程中CH4-CO2-H2O体系多相平衡模型

通过将水合物相引入传统多相闪蒸模型中,提出了基于传统水合物闪蒸结果初始化水合物相分率和组成的新方法,同时提出了含水合物相的多相闪蒸模型求解步骤.根据实验测试的CO2+ CH4+ H2O和CO2+ N2+ H2O体系的相平衡数据,验证了文中模型的准确性,同时将计算结果与PVTsim和CSMGEM软件比较.结果 表明:文中...     

二氧化碳置换开采天然气水合物研究

天然气水合物(NGH)是存储于深海沉积物和冻土区域的新型洁净能源,注入CO2到NGH储藏置换开采天然气是经济和环保的新型NGH开采方法。CO2置换NGH研究从热力学和动力学证实都是可行的,置换反应自发进行,受扩散控制、NGH储藏环境、气体组分、注入CO2相态等因素影响。从实验和理论上分析置换原因、置换微观过程和置换的相态变化,阐述影响置换速率和置换效率的因素,提出置换安全性设计,为我国温室气体捕集、存储和NGH开采提供基础数据和理论支持。     

置换法开采天然气水合物的实验研究

在模拟海底多孔介质的实验条件下,研究了质量分数同为0.05%的不同种类的添加剂SDS、THF、TBAB对CO2置换天然气水合物的影响,与纯水体系的对比发现,在此质量分数下TBAB置换率最高,SDS次之,THF置换率低于纯水。同时研究了质量分数分别为0.05%和0.03%的SDS添加剂对置换速率的影响。研究了在模拟海底盐度的情况下,置换反应受到阻碍的原因。     

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.     

Replacement of CH4 in Hydrate in Porous Sediments with Liquid CO2 Injection

The dynamics of the replacement of CH₄ in hydrate in porous sediments with liquid CO₂ was investigated using a self‐developed experimental apparatus at different temperatures and initial pressures. The pressure increases steadily as the replacement reaction processes. The amount of the replaced CH₄ is almost the same as that of the CO₂ forming hydrate in the early stage and gradually becomes somewhat less in the later stage. The initial pressure has minor effects on the replacement rate, and temperature reduction causes a lower replacement rate. The experimental results suggest that the replacement rate is not related to the region of the temperature‐pressure conditions but is mainly affected by the fugacity differences of CH₄ hydrate decomposition and CO₂ hydrate formation.     

含(CH4+CO2+H2S)酸性天然气水合物形成条件实验与计算

采用高压全透明蓝宝石水合物相平衡装置,测定了(CH₄+CO₂+H₂S)三元酸性天然气在纯水条件下的水合物生成条件数据.实验温度范围为274.2～299.7 K,压力范围为0.58～8.68 MPa.混合物气体中H₂S和CO₂的浓度分别为 4.95%（mol）～26.62％（mol）和6.81%（mol）～10.77%（mol）.采用Chen-Guo水合物模型对实验数据进行了计算,结果表明,在不同的H₂S浓度下,Chen-Guo水合物模型的预测精度优于CSMHYD 模型.随着H₂S浓度的增加,计算的绝对偏差增大.针对H₂S浓度较高［＞10％（mol）］的体系,该两种水合物模型均有待改进.     

水合物法分离CH4/CO2研究现状及展望

介绍了国内外水合物法CH₄/CO₂分离技术的研究现状。首先综述了针对该工艺的促进强化措施,主要包括热力学促进、动力学促进与综合促进。其中,热力学促进能改变反应条件,但会降低分离效率;动力学促进能提高反应速率,但不能改变反应条件;综合促进集合了前两者的优点,但技术还不成熟,是未来的研究重点。接着,讨论了针对该过程的数学模型,主要为热力学模型和动力学模型。目前,所建立的热力学模型多是针对无促进作用体系,且不能同时用于准确地计算相平衡条件和各项组成;动力学模型主要针对水合物生长过程。然后分析了针对该工艺的流程分析现状,即主要停留在实验阶段和平衡条件下的模型计算。最后,基于现状分析,认为提高反应效率,强化热力学、动力学促进和完善热力学、动力学模型等是今后主要的研究方向。     

低温常压条件下水合物法储存甲烷的实验研究

利用水合物法实现对天然气的工业储运,需要提高水合物的储气量并解决水合物的分解速度问题。为此,文章研究了在十二烷基硫酸钠（SDS）体系中,甲烷水合物的储气量和在冰点以下的常压分解规律。研究发现,SDS浓度为650 mg/L时甲烷水合物储气量达到最高值,约为170 V/V。分解温度为268.2~272.2 K区域内,甲烷水合物的分解速率随温度的降低而降低;在268.2 K时,甲烷水合物分解速率最低。     

天然气水合物电阻探测法研究

作为一种潜在的未来能源,天然气水合物已成为近年来科学领域的研究热点。文章在了解掌握天然气水合物物性的基础上,通过电阻测量实验,对水合物电阻进行定量测量,对数据进行分析后得出结论。在水合物的生成过程中电阻变化很明显,充分说明电阻探测法对于水合物勘探开发有很重要的意义。