5A沸石分子筛填充管线反应器煤层气水合物成的实验研究

摘要

煤层气是一种高效清洁能源，作为天然气的一种，在国外早有开发，美国作为煤层气开发利用的经典范例，在上世纪八十年代初已经形成了煤层气开发的商业化运营模式，至2008年美国煤层气生产已达到550亿m3/年的稳产规模。与此同时，当今世界环境恶化趋势严重，节能减排愈显突出，天然气以其高能量密度和燃烧使用后产生污染少等特点成为越来越多国家的首选能源，同时当前天然气汽车，天然气发电技术日趋成熟，天然气已经成为当前国际社会的主要能源，美国、英国等发达国家都已率先实现能源气化。我国作为世界最大的发展中国家，在当前的民族复兴期刚好遭遇到了本国煤、石油、天然气等传统化石能源的严重枯竭期，在保障本国能源安全的要求下，在加大对新能源的使用力度的同时还需积极寻求过渡期的补充能源。煤层气作为一种伴煤开采资源在我国还并未实现大规模的开采。加之我国目前能源消耗气化比重逐年增大，因此，我国加大对煤层气的开发利用对于缓解本国能源紧张与能源安全具有重要意义。我国煤层气开发分为地面开采与井下抽采，其中以井下抽采为主。然而我国井下抽采煤层气因地质赋存、抽采技术等原因，抽采上来的煤层气60％以上达不到《煤矿安全规程》规定的30％的使用浓度而不得不排空。当前虽然出现了诸多低浓度瓦斯利用技术，但其整体推广的经济性和操作性不强。
　　本文针对低浓度瓦斯利用率低的问题，通过强化煤层气水合物合成的方法来实现低浓度煤层气中CH4的富集，并将其进行工业化推广。主要研究内容与成果包括：⑴借鉴天然气水合物合成强化成果，分析水合物动态强化方式和静态强华方式在煤层气水合物技术工业化推广中的经济性影响后采用19％THF+300PPMSDS与2.56％TBAB+300PPMSDS两种促进体系以5A沸石分子筛作为反应界面在自行搭建的管线式水合物合成实验装置中进行了低温高压条件下煤层气水合物合成实验，并对其合成规律进行了研究与分析以期对工业推广形成借鉴。⑵探讨了THF与TBAB对煤层气水合物合成的不同促进效果和对管线反应速率的不同影响机理，并且对合成过程中:二次反应、反应器体积、分子筛粒径、反应时间等因素对水合物的整体合成效果影响进行了实验和理论分析。⑶建立了宏观条件下5A分子筛水合物合成“孔隙汲水”模型，与其实验合成过程中宏观现象进行对比。⑷依据实验所选强化方式，提出一种低浓度煤层气水合物循环提纯工艺流程，并依据实验数据采用热力学方程对其进行了经济性分析。结果表明:单位体积CH4的产出仅需耗费电功0.91KW.h，折合电价0.66元。相对比民用天然气售价2.4元/m3，具有很强的经济推广价值。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 我国煤层气利用的能源形势

1．1．1 国际减排需求

1．1．2 我国经济社会发展的需求

1．2 山西煤层气开发利用的意义

1．3 煤层气利用技术

1．3．1 煤层气提纯技术

1．3．2 煤层气储运技术

1．4 本文主要研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 气体水合物技术

2．1 水合物研究进展

2．2 天然气水合物性质

2．3 水合物生成热力学和动力学研究

2．4 水合物技术工业化推广

2．5 天然气水合物开采状况

第三章 煤层气水合物合成强化机理

3．1 水合物合成静态强化

3．2 水合物合成动态强化

3．3 本章小结

第四章 高温低压下煤层气水合物合成实验及其动力学分析

4．1 高温低压煤层气水合物合成实验研究

4．1．1 实验设备及实验样品

4．1．2 实验结果分析

4．2 高温低压下煤层气水合物合成机理分析

4．3 本章小节

第五章 煤层气水合物工业化推广经济性分析

5．1 煤层气水合物提纯工艺流程及其功耗计算

5．2 结果分析

5．3 煤层气水合物技术对山西气化过程的影响

5．4 本章小节

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文