气体水合物法开发湖盐和净化沼气的相平衡初步研究

摘要

气体水合物技术是一种在能量存储、天然气输运、二氧化碳海底储存、气体分离、海水淡化等工业领域有广阔应用前景的新型技术。本文提出了利用气体水合物法开发湖盐和净化沼气的新设想，理论模拟了饱和NaCl溶液中气体水合物的相平衡条件以及纯水中三元混合气体（CH4+CO2+H2S）水合物的相平衡条件，实验研究了饱和NaCl溶液中HCFC141b水合物的相平衡条件，理论分析了气体水合物法开发湖盐和净化沼气的理论可行性。 首先，本课题以van der Waals—Platteeuw模型为基础，结合杜亚和与郭天民提出的计算Langmuir常数的三参数方程、计算电解质溶液中水的活度的Pitzer方程和计算气体逸度的PR状态方程和SRK状态方程，在国际上首次预测了饱和NaCl溶液中CH4、C2H6、C3H8和HCFC141b等气体水合物的相平衡条件。预测了纯水中三元混合气体（CH4+CO2+H2S）水合物相平衡条件。 继而，在自制的全透明高压水合反应试验台上实验研究了饱和NaCl溶液中HCFC14lb水合物的相平衡条件，并与理论预测结果进行了对比。结果表明：理论预测结果与实验结果的最大相对误差为0．97％；26wt％NaCl溶液中HCFC141b水合物四相平衡点Q2：（10．069kPa，259．8K）。 研究结果表明：在26wt．％NaCl溶液中，甲烷、乙烷、丙烷和HCFC141b均可生成水合物。 综上所述，由于标准状况下，26wt．％NaCl溶液的凝同点为250．81K，溶液凝固点随压强的增加而降低，且水合物的生成温度高于26wt．％NaCl溶液的凝固点温度，也高于青海地区最冷月平均环境温度（0℃-10℃）。因此，利用环境冷量实现气体水合物法节能开发我国高寒地区湖盐具备理论可能性；通过对比了三种气体（甲烷、乙烷、丙烷）在盐水中水合物相平衡条件，初步确定了利用气体水合物技术开发高寒地区湖盐较适合的气体，与甲烷、乙烷气体相比，丙烷气更适合用于湖盐开发。 显然，在我国高寒地区利用环境冷量促使水合物生成，获得湖盐，这将是一个潜在的节能型、环境友好型的湖盐开发方法，这也是首次提出的高寒地区湖盐开发的新方法，课题研究为利用气体水合物技术开发咸水湖湖盐提供了理论支持。另一方面，本课题所研究的混合气体（CH4+CO2+H2S）水合物相平衡数据为气体水合物技术净化沼气提供了一定的理论基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2研究背景

1.3气体水合物分离技术研究现状

1.3.1溶液分离的相关研究

1.3.2气体混合物分离的相关研究

1.4气体水合物相平衡研究现状

1.4.1气体水合物相平衡理论模型的相关研究

1.4.2气体在盐溶液中水合物相平衡研究

1.4.3混合气体水合物相平衡研究

1.5本课题研究的目的和意义

1.6本课题研究的方法和措施

1.7本课题的主要工作

第2章 气体水合物分离技术相关相平衡研究及计算

2.1气体水合物理论模型

2.2水合物相平衡热力学模型

2.2.1水合物相理论模型

2.2.2富水相理论模型

2.2.3气体在NaCl溶液中水合物相平衡模型

2.2.4三元气体(CH4+CO2+H2S)在纯中水合物相平衡模型

2.3计算流程

2.4计算结果

2.4.1 NaCl溶液中水合物形成体系

2.4.2混合气体在纯水中水合物形成体系

2.5本章小结

第3章气体水合物相平衡实验研究

3.1实验方法

3.2实验设备

3.3实验步骤

3.4实验系统校验

3.4.1实验样品的准备

3.4.2 NaCl溶液和HCFC141b的比例

3.4.3温度和压力测量系统可靠性检验

3.5实验结果

3.6实验结果分析

3.7本章小结

第4章气体水合物技术应用理论分析

4.1气体水合物技术湖盐开发的理论可行性分析

4.2气体水合物技术沼气净化的理论可行性分析

4.3本章小结

结论与展望

1结论

2创新点

3尚待继续解决的问题

4展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间取得成果(论文、专利、奖励)