複合型水合物濃縮低濃度含氧煤層氣實驗研究

《複合型水合物濃縮低濃度含氧煤層氣實驗研究》是依託太原理工大學，由趙建忠擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複合型水合物濃縮低濃度含氧煤層氣實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙建忠
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

針對大量含氧煤層氣中甲烷濃度低不能高效利用，利用混合氣體中CH4 與促進劑形成複合型水合物過程進行甲烷濃縮的套用基礎研究，初步實驗表明促進劑可以有效弱化水合物生成壓力，在0.3～0.5MPa 時反應即可以順利進行。項目首先進行促進劑下混合體系水合物的相平衡熱力學和生成動力學實驗研究，由實驗結果進行促進劑的種類與濃度的最佳化選擇，進而確定適合於工業套用的快速水合反應條件；在理論研究中根據統計熱力學與反應－擴散模型，分析不同促進劑氣體水合物體系的生成熱力學與動力學過程，揭示不同因素對水合物濃縮效率與生成速率的影響規律；在此基礎上，為實現高效的水合物轉化，尋找符合連續操作的工藝條件，進行最佳的反應功耗和濃縮效率的研究。該研究將為水合物法濃縮煤層瓦斯中CH4 的工藝設計提供重要的依據，從而為非常規天然氣成為高效能源和化工原料及其高效儲運奠定基礎。

結題摘要

低甲烷濃度含氧煤層氣特指在預抽放瓦斯過程中，產生的甲烷濃度低於30%、氧氣濃度低於20%的混合氣體，這類氣體由於甲烷濃度低不能直接利用，同時其濃度比例接近瓦斯爆炸極限處理不當會造成嚴重事故，而這類氣體在抽放瓦斯中占有很大比例，因此高效安全利用好這類氣體既可產生良好的經濟效應，同時又可促進安全生產與節能減排。水合物氣體的分離技術，作為一個提高能源氣體利用技術，正顯示出了巨大的潛力。因此，它有可能取代目前的部分商業分離過程技術。項目通過利用氣體水合物的形成過程，使混合氣體中甲烷與水分子在一定溫度、壓力條件形成固態水合物，從而達到從抽放瓦斯中的氣流中捕獲甲烷和氮氣分離。項目首先針對不同CH4/N2比例的含氧體系根據相平衡熱力學理論，通過對添加不同促進劑水合物生成實驗，研究了CH4＋N2＋促進劑體系特殊的多組分相平衡條件與氣體濃度及促進劑的相關規律與定量關係；同時在不同體系相平衡條件下，根據統計熱力學理論，實驗研究CH4/N2比例、促進劑類型及濃度與反應條件對混合體系中甲烷濃縮的影響規律；進而根據化學反應動力學理論，實驗研究混合體系在不同CH4/N2比例、促進劑類型及濃度與反應條件對水合物生成速率的影響機理，確定促進水合物生成反應進行的高效方式；最后綜合考慮影響混合體系在水合物生成中濃縮效率與反應速率影響因素，確定不同條件下的混合體系水合物生成的最佳化生產工藝。系統的實驗結果表明：對高甲烷濃度含氧煤層氣，促進劑SDS與THF均能對甲烷提純，但THF溶液的水合物對甲烷的提純率比SDS溶液提高了37.5 %；促進劑SDS與THF均能促進混合氣體水合物的生成，但THF可有效降低反應壓力，弱化混合氣體生成水合物的條件，這對於混合氣體的提純的工業化套用具有積極效果；隨反應壓力升高，THF溶液對低甲烷濃度含氧煤層氣提純效率降低，在反應壓力為0.3MPa與1.0MPa下，混合氣體中甲烷濃度由16.45%分別提純到61.76%與56.26%。THF對 含氧體系在不同促進劑下對濃縮過程能耗與反應條件弱化規律，為複合型水合物濃縮混合氣體中甲烷提供最佳反應工藝。項目執行期間共發表論文6篇，國際會議論文1篇，其中SCI收錄4 篇，EI 收錄2 篇，出版學術專著1 部，申請發明專利1 項。該研究將為水合物法濃縮煤層瓦斯中甲烷的工藝設計提供重要的依據，從而為非常規天然氣成為高效能源和化工原料奠定基礎。