水合物法气体分离技术因其具有独特的优势,逐渐发展成为一种新型的气体分离方法,随着该技术的日渐成熟,其应用前景也越来越广泛。水合物法气体分离速率及分离效果的提高一直是该技术研究的热点,对水合物生成过程及平衡状态中各因素的分析有助于优化操作参数进而提高生成速率和分离效果,通过对水合物生成动力学及气体分离性能的深入研究,可为水合物法气体分离技术的工业应用提供坚实的理论依据。 基于本实验室自主设计并建造的水合物法气体分离实验装置,实现影响水合物法气体分离的水合物生成速度、平衡特性及分离效果等关键因素的实验研究。通过对实验过程中取样及搅拌等操作的分析,消除实验误差,提高实验精度。首先进行了水合物生成动力学实验研究,以诱导期、平衡总耗时、生长速率为指标,通过实验监测水合物生成过程体系压力、温度、气相组成的变化,分析初始压力、操作温度、用水量、不同添加剂及气源组成对水合物生成动力学各指标的影响,并给出了一定的理论解释。然后针对CO2和CH4气体在纯水及SDS体系的相平衡特性展开实验研究,并将实验数据与文献及CSMhyd预测软件对比,以证实本文相平衡测试方法的可靠性,并通过实验数据分析不同浓度SDS对气体水合物相平衡特性的影响以及SDS对CO2和CH4体系的差异。 以CO2为目标气,CH4或N2为剩余气,以目标气分离率、剩余气损失率和分离因子作为水合物法气体分离效果的评价指标,通过实验分别分析了初始压力、操作温度、用水量、添加剂和原料气组成对分离效果的影响。以 van der Waals-Platteeuw模型为基础,结合水合物相平衡理论和水合物存在下气体溶解度模型,建立了定容体系水合物法气体分离模型,重新拟合了模型中的参数,并利用本文实验数据验证了模型的可靠性,基于该模型得出CO2+N2和CO2+CH4水合物体系P-T-x-y图,提出多级分离的构想,通过正交设计分析不同分离工艺及操作参数对分离效果各指标的影响程度,最终形成一套水合物法气体分离工艺及参数的优化方法。
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