CO2_CH4混合气体水合物的生成及分离特性研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 由于中国天然气消费量迅速增长，常规天然气的产量已无法满足其快速增长 的需求，以煤层气、页岩气为代表的非常规天然气的开采和利用成为近些年来的 研究热点。超临界 CO2 压裂技术使用无水压裂，不但能节约水资源，而且可以封 存CO2 气体，是现阶段开采非常规天然气的一种有效方法。但超临界 CO2 开采的 非常规天然气会掺杂部分 CO2 气体，因此必须选择合理高效的方法分离混合气体 中的CO 。气体水合物法分离 CO /CH 混合气体具有原料简单、储运安全、节约 2 2 4 能耗等优点，在未来具有广阔的应用前景，但水合物生成的相平衡条件高、水合 物生长速率慢、分离效率低等问题依然急需解决。本文针对水合物法分离CO /CH 2 4 混合气体目前急需解决的两大技术问题，通过实验探讨了不同添加剂对 CO /CH 2 4 混合气体水合物相平衡条件、水合物生成特性以及动力学指标的影响，同时使用 高压可视显微装置拍摄了不同体系中 CO /CH 混合气体水合物生长图像，比较分 2 4 析了不同添加剂对水合物生长形态的影响。本文的主要内容和结论如下： ① 首先通过实验测定了2.8MPa 的条件下40mol%CO /CH 混合气体在不同浓 2 4 度四丁基溴化铵（TBAB ）溶液体系（0.29mol% 、0.62mol% 、1.38mol% 、2.57mol% ） 生成水合物的相平衡温度。实验结果表明，该条件下不同浓度的 TBAB 溶液均能 显著提高 CO /CH 混合气体水合物生成的相平衡温度，TBAB 是一种有效的热力 2 4 学促进剂。 ② 基于相平衡数据，开展了CO /CH 混合气体在不同溶液体系形成气体水合 2 4 物的动力学实验研究：（1）研究了 CO /CH 混合气体在不同浓度 TBAB 溶液 2 4 （0.29mol% 、0.62mol% 、1.38mol% 、2.57mol% ）中水合物生成的气体消耗量、CO2 回收率、分离因子等动力学特性。实验结果表明在压力Pex=2.8MPa ，过冷度∆ T=6K 的条件下，0.62mol%TBAB 溶液的气体消耗量和 CO2 回收率最高，TBAB 半笼型 水合物能捕集更多的CO2 分子和CH4 分子，但分离因子最低，溶液对CO2 的选择 性最差。（2 ）通过实验比较了不同浓度木质素（SL）溶液（300ppm 、500ppm 、1000ppm ） 对CO /CH 水合物气体消耗量及气体溶解度的影响，发现500 ppm SL 对气体消耗 2 4 量的影响最明显，不同浓度的SL 均能有效提高溶液的溶解度。（3 ）研究了相同条 件下500 ppm SL 溶液体系、1.0 mol%THF/500 ppm SL 溶液体系和纯水体系水合物 生长特性，并比较了SL 与SDS 对水合物动力学特性的影响。结果表明，CO /CH 2 4 混合气体在500 ppm SL 溶液体系的水合物成核阶段远远长于THF/SL 体系和纯水 体系。另一方面，与SDS 溶液相比，500 ppm SL