thf和tbab对煤层气水合物相平衡影响的实验及理论研究

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1、太原理工大学硕士研究学位论文THF和TBAB对煤层气水合物相平衡影响的实验及理论研究摘要煤层气作为一种能量密度高、燃烧清洁的宝贵资源，在我国储量十分丰富。但是目前我国低浓度煤层气利用率低，大部分被放空，不仅造成了资源浪费，还导致了环境的破坏。合理利用低浓度煤层气，对保护环境，减少煤矿安全事故，实现能源的可持续发展具有重要意义。水合物法分离低浓度煤层气具有生成条件温和、能耗低、储气稳定的优点，受到国内外学者广泛关注和研究。水合物法分离煤层气是利用相同条件下，煤层气中的主要成分CH4、N2和O2生成水合物的温度、压力条件不同而实现分离。水合物生成条件苛刻，加入添加剂可改善水合物生成条件。本文自建

2、一套水合物实验平台，通过氧气水合物相平衡对实验系统进行准确性验证，并以此为基础进行了TBAB和THF复合添加剂下，煤层气水合物相平衡的实验研究。同时利用水的逸度模型结合PRSV状态方程，对纯水体系下和TBAB存在下的气体水合物相平衡进行预测，为水合物分离低浓度煤层气实现工业化生产提供理论基础，具体内容如下：（1）以水合物法分离低浓度煤层气（30%CH4+65%N2+5%O2）为实验目的，搭建一套水合物生成实验装置，进行了THF存在下氧气水合物相平衡实验，并与参考文献数据进行对比，验证实验装置的准确性与可靠性。I太原理工大学硕士研究学位论文（2）根据正交试验设计方法，设计了九组不同浓度THF与

3、TBAB的混合体系，实验测得了相应体系下煤层气水合物的相平衡数据。数据分析结果表明，两者混合后仅小量的浓度就能达到单一组分10倍的浓度效果，相平衡曲线显著右移。当THF（或TBAB）浓度固定后，水合物相平衡曲线没有随TBAB（或THF）浓度增加而逐渐右移，因THF生成的是Ⅱ型水合物，TBAB生成半笼型水合物，两种添加剂混合后，两种水合物晶格类型应同时存在，两种类型晶格的主次关系与二者混合的浓度有关。通过正交试验分析表明：各因素对相平衡影响的主次顺序为THFTHF×TBABTBAB。（3）通过水的逸度模型结合PRSV状态方程，对纯水体系气体（CH4、N2、O2）水合物相平衡进行预测，结果表

4、明水的逸度模型能准确预测水合物相平衡。同时，对TBAB存在下，单组份气体（CH4）和煤层气（29.95%CH4+60%N2+10.05%O2）的水合物热力学模型进行研究。结果表明，对于单组份气体，模型预测结果在低温段（281.67K～292.2K）效果较好，随温度升高，预测值逐渐小于实验参考值。对煤层气水合物相平衡预测结果较理想。关键词：煤层气水合物，添加剂，正交试验法，逸度模型，相平衡II太原理工大学硕士研究学位论文EXPERIMENTALANDTHEORETICALRESEARCHOFTHEEFFECTOFTBABANDTHFONCOAL-BEDMETHANEHYDRATEPHASEEQ

5、UILIBRIUMABSTRACTAsahighenergydensity,burningcleanandvaluableresourceinourcountry，Coal-bedmethane(CBM)isveryrichinreserves.However,thecurrentlowutilizationoflowconcentrationsofcoal-bedmethane,mostofbeingvented,notonlyresultedinawasteofresources,butalsoledtothedestructionoftheenvironment.Rationaluse

6、oflowconcentrationcoal-bedgasisofgreatsignificancetoprotecttheenvironment,reducecoalmineaccidents,andachievesustainableenergydevelopment.Hydratemethodseparationoflowconcentrationcoal-bedgashastheadvantagesofmildreactionconditions、lowenergyconsumptionandstoragestability,soithasbeenwidelyconcernedand

7、researchedbyDomesticandforeignscholars.ThemainingredientsofCBMareCH4,N2,andO2.Theseingredientscanhydrateunderdifferenttemperatureandpressureconditions.Usingthisprinciple,weachievedaseparationofCBM.Becausehy