本文關(guān)鍵詞：有序介孔材料水合物分離煤層氣實驗研究

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【摘要】：我國煤層氣資源豐富,據(jù)初步估算,全國埋藏在2km以內(nèi)的煤層氣資源量達30~35萬億m3,總量居世界前列。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展,工業(yè)化進程的加快,對我國能源結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)設(shè)施和能源體系的要求也逐漸加大。傳統(tǒng)上煤礦開采帶來的環(huán)境問題,導(dǎo)致人們在可持續(xù)發(fā)展上傳統(tǒng)的煤炭能源體系引起新的思考,繼而發(fā)展到煤層氣能源的開發(fā)。合理利用煤層氣資源,不但可以帶來巨大的經(jīng)濟效益,提升人們生活質(zhì)量,實現(xiàn)燃料的根本性轉(zhuǎn)變,還能夠減少煤層氣資源帶來的環(huán)境問題。我國作為世界的頭號發(fā)展中國家,在經(jīng)歷的漫長的歷史轉(zhuǎn)變,我國的人民生活質(zhì)量逐漸提高。雖然我國占據(jù)世界上巨大的資源,但同時由于科技能力,改造自然的能力還有所欠缺,嚴重制約了我國能源的利用率。在早期,對于煤層氣資源這一巨大的資源沒有采取對應(yīng)的管理措施以及利用措施。在能源開采發(fā)展進程中,往往忽略煤層氣資源的這一巨大伴生資源量的利用,僅僅針對煤炭單一開采。目前,我國對煤層氣資源只是進行了采取了一些的簡單的策略。總體可以分為地面開采與井下抽采,其中以井下抽采為主,但是往往達不到可以利用的濃度要求。所以本文就煤礦開采中低濃度瓦斯利用的問題,通過水合物合成法將CH4分離出來,通過相平衡模型進行現(xiàn)場實用性檢驗并進行工業(yè)化的應(yīng)用分析:(1)分析水合物合成在多孔介質(zhì)的原理。自行設(shè)計一套簡易水合物合成單元結(jié)構(gòu),以甲烷濃度高的煤層氣為原料氣,進行甲烷分離并改進工業(yè)化推廣。(2)使用近年來應(yīng)用范圍比較廣的有序介孔材料SBA-15,探討該材料的實用性以及便利性,通過分析有序介孔材料SBA-15的表征數(shù)據(jù),探索有序介孔材料內(nèi)水合物合成原理以及改善效果。在材料改進方面,為水合物的合成方向提供良好的基礎(chǔ)性建議與新思路。(3)以THF與THF+SDS兩個系統(tǒng)對比,探究表面活性劑十二烷基硫酸鈉SDS的作用效果,以及對反應(yīng)期的特殊影響。應(yīng)用滿足分子篩浸潤濃度的THF質(zhì)量濃度的19%與最佳摩爾配比的2.56%的TBAB在介孔分子篩SBA-15的載體下,進行水合物合成實驗且對比不同促進效果和反應(yīng)單元影響機理。對比兩個反應(yīng)體系中,二次反應(yīng)對甲烷儲氣效果與速率的影響。建立毛細作用與孔道汲水復(fù)合作用模型。直觀討論,水合物合成地點與機理。(4)根據(jù)純水體系下的水合物合成條件相平衡和水逸度模型,探究兩種體系的相平衡模型,預(yù)測反應(yīng)條件的嚴格性。通過計算甲烷回收率,探索其本套系統(tǒng)的實用性。根據(jù)模擬值與實驗值對比,探究煤礦井下瓦斯天然氣回收,水合物合成循環(huán)工藝。探索可以續(xù)接兩種成套的甲烷濃度高情況下的煤層氣水合物提純系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：SBA-15 煤層氣 水合物 介孔材料 分離
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 煤層氣開發(fā)利用的現(xiàn)狀12-13
• 1.1.1 煤層氣開采的必要性12
• 1.1.2 我國煤層氣開發(fā)進展12-13
• 1.2 煤層氣開發(fā)利用13-16
• 1.2.1 勘探開發(fā)技術(shù)特殊性13
• 1.2.2 煤層氣利用技術(shù)13-15
• 1.2.3 煤層氣儲運技術(shù)15-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線16-19
• 1.3.1 研究內(nèi)容16-18
• 1.3.2 研究思路18-19
• 第二章 氣體水合物結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)19-31
• 2.1 甲烷水合物結(jié)構(gòu)研究進展19-20
• 2.2 氣體水合物的晶體結(jié)構(gòu)20-24
• 2.2.1 氫鍵的影響20-21
• 2.2.2 水合物的晶體結(jié)構(gòu)特征21-23
• 2.2.3 客體對晶體結(jié)構(gòu)的影響23-24
• 2.2.4 氣體水合物結(jié)構(gòu)測定技術(shù)的影響24
• 2.3 水合物生長動力學(xué)與熱力學(xué)24-30
• 2.3.1 水合物熱力學(xué)研究24-28
• 2.3.2 水合物生成動力學(xué)28-30
• 2.4 本章小節(jié)30-31
• 第三章 有序介孔分子篩SBA-15的表征與對水合物合成的影響31-39
• 3.1 有序介孔材料簡介31-32
• 3.1.1 有序介孔材料的發(fā)展31
• 3.1.2 SBA-15在水合物方面的研究以及工業(yè)化推廣31-32
• 3.2 SBA-15（UC-S9800）表征與特性研究32-34
• 3.3 介孔材料的結(jié)構(gòu)相比沸石的優(yōu)點34-35
• 3.4 多孔介質(zhì)內(nèi)天然氣水合物合成機理35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第四章 有序介孔材料SBA-15水合物法分離煤層氣實驗研究39-59
• 4.1 實驗系統(tǒng)準備39-42
• 4.1.1 實驗?zāi)康?/span>39
• 4.1.2 實驗設(shè)計39
• 4.1.3 試驗設(shè)備39-42
• 4.1.4 SBA-15實驗前的準備42
• 4.2 實驗氣體與添加劑42-44
• 4.2.1 實驗氣體的選用42
• 4.2.2 水合物添加劑的發(fā)展42-44
• 4.3 實驗過程44-45
• 4.4 實驗結(jié)果分析45-55
• 4.4.1 SDS的作用45-46
• 4.4.2 SDS影響機理實驗及數(shù)據(jù)分析46-47
• 4.4.3 THF+SDS體系影響機理實驗及數(shù)據(jù)分析47-49
• 4.4.4 TBAB+SDS體系影響機理實驗及數(shù)據(jù)分析49-51
• 4.4.5 壓縮分子Z的計算51-52
• 4.4.6 THF+SDS與TBAB+SDS系統(tǒng)內(nèi)儲氣量比較52-54
• 4.4.7 二次反應(yīng)影響機理實驗及數(shù)據(jù)分析54-55
• 4.4.8 SBA-15條件下水合物結(jié)晶狀態(tài)與燃燒狀態(tài)55
• 4.5 SBA-15下毛細與孔隙汲水復(fù)合作用機理55-57
• 4.6 本章小結(jié)：57-59
• 第五章 水合物熱力學(xué)相平衡模型分析與工業(yè)化應(yīng)用研究59-73
• 5.1 純水情況下，，煤層氣水合物合成模擬59-61
• 5.2 水逸度模型預(yù)測添加劑體系下煤層氣水合物相平衡61-69
• 5.2.1 水逸度模型預(yù)測THF體系下煤層氣水合物相平衡61-65
• 5.2.2 水逸度模型預(yù)測TBAB體系下高濃度煤層氣水合物相平衡65-69
• 5.3 甲烷回收率研究69-70
• 5.4 煤層氣水合物工業(yè)應(yīng)用70-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 第六章 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論73-74
• 6.2 展望74-75
• 6.2.1 創(chuàng)新點74
• 6.2.2 希望改進點74-75
• 參考文獻75-79
• 致謝79-81
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81

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