论文部分内容阅读
煤层气是一种高效、清洁的非常规天然气资源,但我国每年有大量的煤层气因甲烷浓度过低而无法有效利用。水合物法分离煤层气技术是利用煤层气中各气体组分合成水合物的热力学条件不同从而实现分离。通过对反应体系温度和压力的控制,使煤层气中的甲烷气体优先合成水合物,从而达到煤层气分离提纯的目的。利用水合物法回收低浓度煤层气中的甲烷,不仅有助于提高煤层气的利用率,从而缓解我国能源消耗的压力,同时可以减少低浓度煤层气排空造成的大气污染和温室效应。气体水合物合成所需条件苛刻、诱导时间长是制约该方法工业化的重要因素,因此改善水合物的生成条件、缩短诱导时间、提高储气量等成为该领域的研究热点。本文采用四氢呋喃(THF)和四丁基溴化铵(TBAB)作为添加剂,同时引入多孔介质,进行了低浓度煤层气水合物生成实验研究;利用水的逸度模型,结合UNIFAC基团贡献法和eNRTL模型,对多孔介质中THF和TBAB存在下的低浓度煤层气水合物相平衡进行预测,为水合物分离技术在低浓度煤层气提纯领域的工业应用提供理论基础,具体工作内容包括:(1)根据正交实验设计方法,设计了九组多孔介质+THF+TBAB实验体系,并通过实验测得了相应体系下低浓度煤层气水合物的相平衡、诱导时间、储气量等数据。实验结果分析表明,本实验体系对低浓度煤层气水合物生成条件有极大的促进作用。当THF(或TBAB)浓度固定后,混合添加剂对水合物相平衡的促进作用随另一种添加剂TBAB(或THF)浓度的增加先增强后减弱,存在一个最佳浓度。通过正交实验分析表明:各因素对相平衡影响的主次顺序为THF?TBAB>玻璃砂。(2)通过水的逸度模型结合PRSV状态方程,对纯水体系单组分和多组分气体水合物相平衡进行预测,通过模拟结果与实验值的对比表明:水的逸度模型是一个可靠的计算水合物相平衡的热力学模型。以此模型为基础,结合UNIFAC基团贡献法和eNRTL模型,考虑多孔介质中毛细管作用力对水合物逸度的影响,对多孔介质中THF和TBAB存在下的低浓度煤层气水合物热力学模型进行研究。结果表明,逸度模型可以较好预测多孔介质中水合物的生成条件;多孔介质对水合物的生成有阻碍作用,孔隙半径越小,阻碍作用越大;多孔介质+添加剂体系下煤层气水合物生成压力较纯水体系中大幅降低,压力降低90%以上。