煤層氣水合物合成的熱-動力學(xué)模型與實驗研究.pdf

1、我國氣體能源儲量豐富，消費潛力巨大，但是現(xiàn)有的氣體儲運方式都不同程度的受到地理條件的限制，使我國氣體市場的覆蓋面呈現(xiàn)出區(qū)域性；日益增長的氣體消費量也急需開發(fā)出一種新的高效的氣體儲運方式來滿足我國廣大氣體用戶的需求；同時，隨著《京都議定書》的生效，我們必須開始為減排溫室氣體作切實的工作，這就要求我們要努力解決煤礦瓦斯的直接排放問題。 本文從一種全新的角度出發(fā)，研究煤層氣的合成機(jī)理、設(shè)計實驗設(shè)備，利用氣體水合物在特定條件下的穩(wěn)定性和

2、安全性，將煤層氣加工成煤層氣水合物，旨在將氣田和煤礦排放氣體直接連續(xù)的轉(zhuǎn)換成濃縮的氣體水合物，用以進(jìn)一步的儲存和運輸，為拓展氣體資源的儲運效率作出努力和嘗試。 文章從氣體水合物的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹了氣體水合物的三種基本結(jié)構(gòu)，包括每種結(jié)構(gòu)的空間組成，不同的氣體成分會與水形成何種結(jié)構(gòu)的水合物，以及氣體水合物的熱力學(xué)模型和動力學(xué)模型，為設(shè)計實驗設(shè)備和合成煤層氣水合物作技術(shù)指導(dǎo)。通過對水合物生成溫度、壓力等條件的研究，設(shè)計開發(fā)了煤層氣水

3、合物生成設(shè)備。為了更好的增加氣-液相的接觸面積，我們采用了對反應(yīng)釜內(nèi)的液體進(jìn)行循環(huán)的形式，而沒有用傳統(tǒng)的采用機(jī)械攪拌和磁懸浮攪拌的模式。循環(huán)液體的方法是將液體從釜底抽出，然后通過反應(yīng)釜上蓋上的噴頭將霧狀液體噴向釜內(nèi)，大大增加了氣-液的接觸面積，并且克服了機(jī)械攪拌和磁懸浮攪拌安裝復(fù)雜、耗能大等困難。在煤層氣水合物生成實驗中，我們能清楚地看到水合物生成的三個階段，氣體溶解階段、誘導(dǎo)階段和水合物快速生成階段；同時，溫度和壓力也會對水合物的生成

4、帶來影響。低溫和高壓都會加快水合物的生成；從力學(xué)的角度分析了水合物生成三個階段的原因以及低溫高壓如何促進(jìn)水合物的生成。另外本文針對煤礦甲烷濃度偏低的特點做了氣體分離實驗，根據(jù)煤層氣中的主要成分甲烷、氮氣和氧氣等在同一溫度下生成水合物的平衡壓力不同，控制實驗的溫度和壓力使甲烷生成水合物，而讓氮氣和氧氣仍然以氣態(tài)存在，這樣就分離了煤層氣中的雜質(zhì)氣體，從實驗的初步結(jié)果可以看出分離的效果比較理想。為了分析這種新的工藝能否投入到工業(yè)運用，本文還對