水合物法分離低濃度煤層氣熱力學(xué)模型研究.pdf

1、低濃度煤層氣作為一種儲(chǔ)量巨大的潛在潔凈能源，目前利用率極低，對(duì)其合理開(kāi)發(fā)利用，對(duì)于保護(hù)環(huán)境，保障煤礦安全生產(chǎn)，改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)能源領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。相比變壓吸附法、低溫精餾法、膜分離法，水合物法作為一種新技術(shù)，分離低濃度煤層氣具有生成條件溫和、儲(chǔ)氣穩(wěn)定、耗能低、再分解簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　水合物法分離煤層氣主要是利用煤層氣中CH4、N2和O2等氣體生成水合物的溫度、壓力條件不同而

2、實(shí)現(xiàn)分離，因此對(duì)混合氣體的水合物相平衡熱力學(xué)研究顯得尤為重要。本論文主要進(jìn)行了不同體系下低濃度煤層氣水合物相平衡研究，對(duì)目前存在的熱力學(xué)模型進(jìn)行了分析比較，結(jié)合不同的狀態(tài)方程，對(duì)純水體系下不同組分氣體水合物相平衡條件進(jìn)行了理論研究，通過(guò)綜合分析評(píng)價(jià)確立了最佳的熱力學(xué)模型;利用選定的熱力學(xué)模型結(jié)合UNIFAC基團(tuán)貢獻(xiàn)法計(jì)算活度對(duì)添加劑體系下氣體水合物相平衡條件進(jìn)行了一系列研究，為實(shí)現(xiàn)水合物法分離低濃度煤層氣工業(yè)化應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。具體的

3、研究工作包括:
　　(1)采用三種不同機(jī)理的水合物熱力學(xué)模型(vdW-P模型、Chen-Guo模型、水的逸度模型)，結(jié)合不同狀態(tài)方程（PR狀態(tài)方程、PT狀態(tài)方程、PRSV2狀態(tài)方程），采用Matlab編程，研究了單組分(CH4、N2、O2)及雙組分氣體（CH4-N2、N2-O2）在純水體系下的水合物相平衡條件，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了模型的可靠性，同時(shí)對(duì)各模型進(jìn)行了分析比較。研究發(fā)現(xiàn)，在三種熱力學(xué)模型中，水的逸度模型預(yù)測(cè)結(jié)果同實(shí)驗(yàn)

4、數(shù)據(jù)最為吻合。在此基礎(chǔ)上采用三種熱力學(xué)模型對(duì)低濃度煤層氣（26％CH4-60％N2-14％O2）在純水體系下水合物相平衡條件進(jìn)行了理論研究，結(jié)果表明低濃度煤層氣水合物生成趨勢(shì)即生成壓力隨溫度升高呈指數(shù)上升，這也為低濃度煤層氣在純水體系下水合物生成條件提供了理論參考。
　　(2)通過(guò)UNIFAC基團(tuán)貢獻(xiàn)法對(duì)THF-水溶液進(jìn)行基團(tuán)劃分，計(jì)算了該體系下液相各組分的活度，并同修正的水的逸度模型結(jié)合，理論研究了THF存在下，單組分(CH4、

5、N2、O2)及雙組分氣體(N2-O2)水合物相平衡條件，并將理論計(jì)算值同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果表明該模型可以很好預(yù)測(cè)THF存在下水合物相平衡條件;同時(shí)基于該模型，研究了三種不同THF濃度下(0.6％、1.8％、5.4％)低濃度煤層氣水合物相平衡條件，研究發(fā)現(xiàn)THF存在可以顯著降低氣體水合物相平衡生成壓力，當(dāng)溫度為284K，THF濃度為5.4％時(shí)，相比純水體系下低濃度煤層氣相平衡壓力降低了80％以上;同時(shí)隨著溶液中THF含量增加，低濃度煤