含氢气体水合物生成条件的测定和计算

利用全透明蓝宝石水合物静力学实验装置测定了12组含氢气体混合物（包括5个二元系、4个三元系和3个四元系）在纯水中的水合物生成条件.将Chen-Guo水合物模型应用于含氢体系水合物生成条件的计算,计算中选用PR状态方程以及刘昆元和汪文川提出的混合规则计算含氢气体混合物的组分逸度系数,并对混合规则中的二元交互作用参数进行了重新回归.实验测定的12组含氢气体混合物水合物生成条件的计算结果和实验结果符合得很好.     

H型气体水合物导热系数的分子动力学模拟

气体水合物^[1]是由水和小分子气体形成的非水学计量型笼型晶体。到目前为止,已经发现的气体水合物结构有3种,即Ⅰ型、Ⅱ型和H型,水合物的导热系数是一个很重要的物性参数,人们已对Ⅰ型和Ⅱ型水合物的导热系数进行了较多的实验和理论研究,包括分子模拟研究^[2],由于H型水合物发现较晚,其导热系数无论是实验值还是理论值均未见文献报道,因此本文对H型水合物的导热系数进行了分子动力学模拟。为了给H型气体水合物导热系数的模拟计算提供可靠的热能模型和模拟算法,本文首先对冰体系和空水合物的导热系数进行了分子动力学模拟。     

水合物模型的建立及在含盐体系中的应用

基于一个新的水合物生成机理,提出了一个简化的水合物热力学模型;在此模型基础上,结合左有祥博士提出的可用于高压电解质水溶液的MPT状态方程,将水合物生成条件预测扩展应用于含电解质体系。大量检验结果表明,新模型在预测气体水合物生成条件方面优于传统的van der Waals-Platteeuw(vdW-P)模型及其改进型,可适用于预测天然气、凝析气和原油在纯水和盐水中生成水合物的条件。     

Wong-Sandler新型混合规则应用于MKS状态方程

为了将ＭｏｄｉｆｉｅｄＫｕｍａｒ－Ｓｔａｒｌｉｎｇ立方型状态方程用于近临界及多种类流体混合物的计算，采用作者提出的将Ｗｏｎｇ－Ｓａｎｄｌｅｒ型混合规则推广到普遍化立方型状态方程的方法，建立了改进的ＭＫＳ／２模型。经各类体系的计算考核，ＭＫＳ／２模型对于各类体系的近临界相态行为及非对称体系相平衡计算的改进是显著的。     

水合物法分离技术与节能

探讨了几种具有节能效应的水合物法分离技术—水溶液提浓、海水淡化、近临界和超临界萃取、气体混合物分离、污水处理技术,随着绿色化学和生物工程技术的发展,该技术方法将会引起更多的关注。     

CH4+C2H4气体混合物的水合物相平衡

实验考察了CH_4 C_2H_4 THF 水混合体系在一定温度(276.15～282.15K)、压力(2.0～3.0MPa)和THF水溶液浓度(THF摩尔分数60％～12.0％)范围内的气体-水合物相平衡情况。结果表明:富水相中THF的加入大大地阻碍了水合物孔穴中C_2H_4的进入,使得乙烯在气、固两相中的分配发生了逆转,乙烯在气相中被提浓,而无THF存在时乙烯则是在水合物相中得到富集。     

鼓泡塔中气体水合物生长机理研究

在透明鼓泡塔中首例观测了运动气泡表面水合物的生长和带有水合物层气泡的动力学(在上升过程中颜色、大小的变化),同时在实验过程中发现:反应液体循环和不循环情况下水合物在鼓泡塔床层内生长、存在的位置不同。通过对实验现象的观察、对气泡与水合物颗粒相互作用的分析和对三相作用机制的探讨得出结论:水合物颗粒是完全亲水性颗粒,气体水合物的生长是一种界面现象,为水合物生长动力学模型的建立和水合物分离技术的工业化奠定了基础。     

溶剂回收热集成精馏工艺

在不改变溶剂回收过程设备的条件下,通过改善塔系之间热匹配关系,确定一种热集成精馏工艺流程方案,以达到减少溶剂回收过程能耗的目的。在满足工艺目标的情况下,选择了侧线精馏的部分热偶合精馏流程来实现降低能耗的目的。模拟结果显示热偶合流程和组合流程能耗低于对比溶剂回收工艺过程。通过对流程的工艺特征进行模拟计算,研究了热偶合流程和组合流程的工艺条件变化对主要组分浓度的影响,研究了回流比、中间物流采出位置和中间物流采出量等参数变化对主要工艺控制指标的影响。     

ZIF-8浆液中试分离CO2/N2过程模拟及能耗分析

ZIF-8/2-甲基咪唑-乙二醇-水浆液(ZIF-8浆液)可以高效低耗能地分离CO₂。为了进一步评估ZIF-8浆液在填料塔中分离CO₂的塔效率及能耗,使用Peng-Robinson(PR)状态方程,求出CO₂和ZIF-8浆液的二元交互作用参数(k_CO2),将二元交互作用参数和Aspen Plus软件进行关联,对CO₂/N₂多级吸收分离进行过程模拟。计算结果表明在中试填料塔中,ZIF-8浆液仅需要5块理论塔板即可将CO₂浓度由20%(mol)降低至2%(mol)以下,填料塔的塔板效率为25%。对中试分离CO₂/N₂进行能耗计算,结果表明当解吸条件为解吸温度333 K,解吸压力0.8 MPa和空气吹扫流量200 L/h时,CO₂捕集等效功最低可至0.474 GJ/t CO₂。在同样条件下使用ZIF-8浆液和MEA(30%(mass))水溶液进行碳捕集时,CO₂捕集等效功分别为0.507 GJ/t CO₂和0.957 GJ/t CO₂,ZIF-8浆液的CO₂捕集等效功仅为MEA水溶液的53%。     

水合物法分离技术研究

从水合物的结构和性能出发,对基于水合物形成和分解的分离过程进行了分析和研究,探讨了基于水合物的分离技术,包括气体分离和水溶液分离或提浓两个方面。综述了近年来水合物法分离的研究现状、相关技术内容和应用领域