氨基酸+1,3-二氧五环复配体系对煤层气水合分离规律影响

作     者：卢晓冉 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王兰云;单智涛

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：低浓度煤层气 气体水合物 相平衡 动力学 气体分离 

摘      要：煤层气是一种亟待开发利用的绿色清洁能源,每年我国有大量低浓度煤层气被直接排放到大气中,造成巨大的资源浪费。部分低浓度煤层气被用于发电,但是通过管道直接输送低浓度煤层气具有以下安全风险:(1)低浓度煤层气中的酸性气体可能会腐蚀管道,且酸性气体生成的水合物可能会堵塞管道造成管道崩裂;(2)低浓度煤层气输送过程中的增压处理可能会产生静电提高火灾爆炸的风险。水合物法是近年来涌现的新型气体分离技术,低浓度煤层气通过水合分离提纯不仅可以减少资源浪费还能降低长距离输送煤层气过程中的安全隐患。现阶段,水合物储运煤层气的关键问题在于水合物的高效形成和提高气体分离效率,因此开展低浓度煤层气的水合分离实验研究具有重大意义。本文利用自行搭建设计的水合物热-动力学实验装置,以CH和30%CH+70%N两种气体为研究对象,以亮氨酸、色氨酸和1,3-二氧五环为添加剂,开展了不同浓度添加剂体系下水合物的生成热-动力学和气体分离等方面的研究。亮氨酸和色氨酸是CH水合物的动力学促进剂,对30%CH+70%N的促进效果不明显。亮氨酸和色氨酸能够加快CH水合物的气体消耗速率,提高气体消耗量,表现出显著的促进效果。其中0.3wt%氨基酸体系对CH水合物的动力学促进效果最好。对于30%CH+70%N,亮氨酸和色氨酸体系中没有水合物生成。1,3-二氧五环是CH和30%CH+70%N水合物的热力学促进剂。1,3-二氧五环极大地提高了氨基酸体系中CH和30%CH+70%N水合物的相平衡温度。对于CH水合物,亮氨酸+1,3-二氧五环复配体系的相平衡温度提高了4.8～10.5K,色氨酸+1,3-二氧五环复配体系的相平衡温度提高了3.6～13.7K。对于30%CH+70%N水合物,1,3-二氧五环的加入与否决定了30%CH+70%N水合物是否生成。水合物法可以有效分离30%CH+70%N混合气中的CH。30%CH+70%N水合物分解气体中的CH浓度提高了13.96%～27.45%,CH气体回收率为42.11%～64.20%。提高压力、向反应体系中添加亮氨酸和色氨酸是提高30%CH+70%N混合气中CH分离提纯效果的有效途径。30%CH+70%N混合气水合物分解气体中的CH浓度随压力升高而增大。在0.3wt%亮氨酸+1mol%1,3-二氧五环复配体系中,当压力从4.5MPa升高到6MPa,CH浓度提升了7.6%。亮氨酸/色氨酸+1,3-二氧五环复配体系的CH回收率高于1,3-二氧五环体系。其中,6MPa压力下0.3wt%亮氨酸+1mol%1,3-二氧五环复配体系的CH分离提纯效果最好,CH浓度和回收率分别为56.46%、64.2%。综上所述,亮氨酸和色氨酸在水合物生成动力学方面表现出促进效果,1,3-二氧五环可以弥补氨基酸在热力学促进方面表现的不足。0.3wt%亮氨酸+1mol%1,3-二氧五环复配体系可以实现分离提纯30%CH+70%N中CH的目的,为低浓度煤层气的开发利用提供理论基础。图41幅,表11个,参考文献96篇。