气体水合物相平衡机理及分离技术

摘要

气体水合物相平衡研究是气体水合物技术广泛应用的基础。在天然气水合物储运等技术领域，工业和实验室通常添加的SDS促进气体水合物生成，但SDS对热力学相平衡过程的影响尚不清楚。本论文由气体水合物相平衡实验判定方法入手，对SDS的热力学作用进行实验和理论分析，为其深入研究打下基础。 论文开展了实验方法和原理的设计、CH4/CO2水合物相平衡实验、SDS热力学促进机理分析、CH4/CO2水合物在SDS存在条件下的理论模型修正、CH4+CO2混合气水合物分离实验等研究。 首先，实践探索气体水合物相平衡判定方法，在大量实验基础上不断改进，摸索出一套适用于单组分气体的判定方法，与其它方法相比，具有装置简单、实验周期短、可靠性高等优点。 其次，研究SDS对气体水合物热力学过程的影响机理，发现在SDS大于CMC时，热力学促进作用占主导，这由于过剩的SDS分子在溶液内部形成胶束，具有“增容”作用；为分析其具体影响，设计不同SDS浓度(均大于CMC)溶液环境下，CH4/CO2水合物相平衡实验，发现CO2水合物相平衡压力下降数量级≤10-1，CH4下降数量级≤10-3，可见SDS对气体水合物热力学相平衡过程具有一定影响，因气体种类程度不同，且随SDS浓度增大，相平衡压力下降幅度小幅增加。 再次，通过实验数据，利用Chen-guo模型和P-T状态方程等计算CH4/CO2水合物体系中SDS溶液活度，并将计算所得结果代回模型得到本文的相平衡压力值，并与实验压力值、Csmhyd软件计算值对比。对CH4水合物体系，随SDS浓度增大，溶液活度系数与1的偏离程度越大，胶束对溶液活度的影响增强数量级10-3；本文计算值偏差减小，预测结果更准确。对CO2水合物体系，随SDS浓度增加，溶液活度与1的偏离程度逐渐增大，数量级10-2，且程度幅度强于CH4水合物体系，这与CO2对溶液活度的作用有关：本文计算值偏差减小，可见通过重新计算溶液活度系数偏差减小，预测结果更准确。 最后，在前面实验和理论分析基础上，进行CH4+CO2混合气水合物分离技术初步研究，找到相图中的最佳分离区域，验证了水合物法分离的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1课题研究目的及意义

1.2研究与发展现状

1.2.1气体水合物相平衡简介

1.2.2气体水合物相平衡实验判定方法研究现状

1.2.3气体水合物相平衡理论模型研究现状

1.3本文的工作内容

第二章气体水合物相平衡实验判定方法

2.1实验装置、材料及相关仪器用途

2.2实验内容及目的

2.2.1气体水合物相平衡判定实验方法实践探索

2.2.2 CH4、CO2单组分气体水合物相平衡实验

2.3相平衡点确定方法及结果分析

2.4与其它实验测定方法及软件的对比分析

第三章SDS对气体水合物相平衡热力学影响实验

3.1 SDS促进水合物生成机理

3.2实验内容及目的

3.3实验结果及讨论

3.3.1 SDS溶液，CH4气体水合物相平衡实验

3.3.2 sDS溶液，CO2气体水合物相平衡实验

3.4本章小结

第四章SDS对气体水合物相平衡热力学影响理论

4.1 SDS在溶液界面上的吸附--Gibbs吸附

4.2 SDS溶液CH4水合物相平衡热力学计算

4.2.1 Chen-Gu0模型计算甲烷水合物相平衡过程

4.2.2 P-T状态方程计算甲烷水合物气相逸度

4.2.3 K-K方程计算在SDS溶液中CH4溶解度

4.2.4 cH4水合物体系中SDS溶液活度计算步骤及结果分析

4.2.5 SDS溶液CH4水合物相平衡压力计算及对比

4.2.6小结

4.3 SDS溶液CO2水合物相平衡热力学计算

4.3.1 CO2在纯水中的活度

4.3.2 CO2水合物体系中SDS溶液活度计算步骤及结果分析

4.3.3 SDS溶液CO2水合物相平衡压力计算及对比

4.3.4小结

4.4计算结果的误差分析

第五章水合物法分离(CH4+CO2)混合气实验研究

5.1实验思路

5.2实验数据分析

5.2.1可靠性验证实验

5.2.2实验分离效果分析

5.3实验结论

第六章结论与建议

参考文献

致　谢