煤矿瓦斯水合技术及其应用

目录 第1章 绪论 1 1.1 煤矿瓦斯分离与利用现状概述 1 1.2 气体水合物技术概述 4 1.2.1 结构特征 4 1.2.2 物化性质 6 1.3 水合物生成及生长动力学理论 8 1.3.1 水合物晶体成核 9 1.3.2 水合物晶体生长 15 1.4 水合物分解动力学 17 1.4.1 分解动力学研究 17 1.4.2 水合物分解热的确定 18 1.5 气体水合物技术概述 19 1.5.1 气体水合物热力学研究 19 1.5.2 气体水合物动力学研究 21 1.5.3 水合物法分离技术研究 23 1.5.4 传统气体分离技术研究 24 参考文献 29 第2章 瓦斯气体水合物相平衡条件实验研究 37 2.1 气体水合物形成热力学研究现状 37 2.2 气体水合物相平衡判定方法 39 2.3 气体水合物相平衡经典理论模型 40 2.3.1 Van der Waals-Platteeuw模型 41 2.3.2 Chen-Guo模型 42 2.4 纯水体系瓦斯水合物相平衡实验 44 2.4.1 瓦斯气体水合物相平衡实验装置 44 2.4.2 典型煤矿抽采瓦斯混合气水合物相平衡热力学条件 46 2.4.3 高CO2浓度瓦斯混合气水合物相平衡热力学条件 52 2.4.4 含C2H6瓦斯混合气水合物相平衡热力学条件 54 2.4.5 含C3H8瓦斯混合气水合物相平衡热力学条件 55 2.5 热力学促进剂体系瓦斯水合物相平衡实验 62 参考文献 67 第3章 静态体系多元瓦斯水合分离动力学研究 72 3.1 水合物生成动力学理论 72 3.1.1 水合物成核动力学 73 3.1.2 水合物生长动力学 76 3.2 驱动力影响下纯水体系瓦斯水合分离实验 78 3.2.1 体系概述 78 3.2.2 结果与分析 79 3.2.3 驱动力影响机理分析 86 3.3 驱动力影响下SDS促进剂体系瓦斯水合分离实验 88 3.3.1 体系概述 88 3.3.2 结果与分析 88 3.3.3 SDS影响机理分析 97 3.4 驱动力影响下油水乳液体系瓦斯水合分离实验 98 3.4.1 体系概述 98 3.4.2 结果与分析 99 3.4.3 油水乳液体系驱动力对水合物生长速率的影响 102 3.4.4 油水乳液体系驱动力对分离效果的影响 104 3.4.5 油水乳液影响机理分析 106 3.5 THF溶液水合分离含高CH 4瓦斯气实验 108 3.5.1 体系概述 108 3.5.2 结果与分析 109 3.5.3 THF浓度对水合分离效果的影响 112 3.5.4 初始压力对水合分离效果的影响 113 3.5.5 THF浓度对分离效果影响机理分析 114 3.5.6 初始压力对分离效果影响机理分析 115 3.6 蒙脱石对瓦斯水合分离过程影响研究 116 3.6.1 体系概述 117 3.6.2 结果计算与分析 117 3.6.3 MMT作用机理分析 121 3.7 干水对多组分瓦斯混合气水合分离速率的影响 122 3.7.1 体系概述 122 3.7.2 结果与分析 123 3.7.3 机理分析 126 3.8 TBAB体系中高CO2浓度瓦斯水合分离动力学 128 3.8.1 体系概述 128 3.8.2 动力学参数 129 3.8.3 水合分离效果 134 3.9 CP体系中高CO2浓度瓦斯气水合分离动力学 147 3.9.1 体系概述 147 3.9.2 动力学参数 147 3.9.3 水合分离效果 153 参考文献 164 第4章 动态体系多元瓦斯水合分离研究 169 4.1 机械喷雾强化对瓦斯水合分离的影响 169 4.1.1 喷雾生成水合物研究概况 169 4.1.2 喷雾强化下瓦斯水合分离热量传递过程物理模型 171 4.1.3 喷雾强化下瓦斯水合分离物质传递过程及理论模型 172 4.1.4 喷雾强化水合物形成装置 174 4.1.5 喷雾角度与流量对水合分离速率的影响 177 4.1.6 喷雾角度与流量对甲烷回收、瓦斯水合净化程度的影响 183 4.2 鼓泡体系中瓦斯水合分离实验研究 192 4.2.1 鼓泡体系中水合物形成研究概况 192 4.2.2 鼓泡强化水合物形成装置 194 4.2.3 鼓泡速率对瓦斯水合分离动力学与分离效果影响 195 4.2.4 鼓泡孔径对瓦斯水合分离影响实验研究 202 参考文献 210 第5章 瓦斯水合分离过程温度场特征及传热机理 213 5.1 实验装置 215 5.2 瓦斯水合过程生成热计算 216 5.3 瓦斯气样对瓦斯水合分离过程温度场分布的影响 217 5.3.1 瓦斯水合分离过程 219 5.3.2 瓦斯气样对瓦斯水合分离过程温度场分布特征的影响 221 5.4 促进剂THF对瓦斯水合反应过程温度场分布的影响 226 5.4.1 THF体系中瓦斯水合反应过程温度场分布 227 5.4.2 THF对瓦斯水合反应过程温度场分布影响机理 231 5.5 THF体系中不同浓度SDS作用下瓦斯水合分离过程温度场特征 231 5.6 SDS体系中不同浓度THF作用下瓦斯水合分离过程温度场特征 238 5.7 瓦斯水合分离过程传热与反应耦合动力学模型 242 5.7.1 物理模型建立 242 5.7.2 水合物生成过程传热传质机理 243 5.7.3 过程传热与反应耦合动力学模型 245 参考文献 257 第6章 瓦斯混合气水合分离拉曼光谱分析 260 6.1 激光拉曼观测气体水合物 260 6.1.1 气体水合物拉曼光谱特征 260 6.1.2 激光拉曼观测气体水合物热力学 262 6.1.3 激光拉曼观测气体水合物动力学 263 6.1.4 气体水合物拉曼定性分析理论 263 6.1.5 气体水合物拉曼定量分析理论 263 6.2 纯水体系中高CO2浓度瓦斯水合分离拉曼光谱 265 6.2.1 高CO2浓度瓦斯水合物拉曼特征测定实验体系 265 6.2.2 高CO2浓度瓦斯水合物拉曼特征测定过程 265 6.2.3 高CO2浓度瓦斯混合气拉曼光谱特征 266 6.2.4 高CO2浓度瓦斯水合物拉曼光谱特征 272 6.2.5 高CO2浓度瓦斯气水合分离产物晶体结构特征计算 277 6.3 TBAB溶液体系中高CO2浓度瓦斯水合分离激光拉曼光谱 281 6.3.1 TBAB溶液中高CO2浓度瓦斯水合分离拉曼光谱测定实验体系 281 6.3.2 TBAB溶液中高CO2浓度瓦斯气水合物拉曼光谱特征 281 6.4 TBAB-SDS复配溶液体系中高CO2浓度瓦斯混合气水合分离激光拉曼光谱 287 6.4.1 TBAB-SDS溶液中高CO2浓度瓦斯水合分离拉曼测定实验体系 287 6.4.2 TBAB-SDS溶液中高CO2浓度瓦斯水合物拉曼光谱特征 288 6.5 瓦斯浓度影响下水合物晶体结构拉曼光谱特征 294 6.5.1 瓦斯水合物拉曼测试 295 6.5.2 瓦斯水合产物晶体结构参数计算 297 6.6 驱动力影响下CH4-C2H6-N2-H2O体系水合产物拉曼光谱 300 6.6.1 实验体系 300 6.6.2 不同驱动力下反应体系水合物相拉曼光谱 301 6.6.3 不同驱动力影响下瓦斯水合产物晶体结构参数计算 303 6.6.4 水合物气体组分构成及水合指数 305 参考文献 306