煤礦瓦斯水合技術及其應用

目錄
第1章 緒論 1
1.1 煤礦瓦斯分離與利用現(xiàn)狀概述 1
1.2 氣體水合物技術概述 4
1.2.1 結(jié)構特征 4
1.2.2 物化性質(zhì) 6
1.3 水合物生成及生長動力學理論 8
1.3.1 水合物晶體成核 9
1.3.2 水合物晶體生長 15
1.4 水合物分解動力學 17
1.4.1 分解動力學研究 17
1.4.2 水合物分解熱的確定 18
1.5 氣體水合物技術概述 19
1.5.1 氣體水合物熱力學研究 19
1.5.2 氣體水合物動力學研究 21
1.5.3 水合物法分離技術研究 23
1.5.4 傳統(tǒng)氣體分離技術研究 24
參考文獻 29
第2章 瓦斯氣體水合物相平衡條件實驗研究 37
2.1 氣體水合物形成熱力學研究現(xiàn)狀 37
2.2 氣體水合物相平衡判定方法 39
2.3 氣體水合物相平衡經(jīng)典理論模型 40
2.3.1 Van der Waals-Platteeuw模型 41
2.3.2 Chen-Guo模型 42
2.4 純水體系瓦斯水合物相平衡實驗 44
2.4.1 瓦斯氣體水合物相平衡實驗裝置 44
2.4.2 典型煤礦抽采瓦斯混合氣水合物相平衡熱力學條件 46
2.4.3 高CO2濃度瓦斯混合氣水合物相平衡熱力學條件 52
2.4.4 含C2H6瓦斯混合氣水合物相平衡熱力學條件 54
2.4.5 含C3H8瓦斯混合氣水合物相平衡熱力學條件 55
2.5 熱力學促進劑體系瓦斯水合物相平衡實驗 62
參考文獻 67
第3章 靜態(tài)體系多元瓦斯水合分離動力學研究 72
3.1 水合物生成動力學理論 72
3.1.1 水合物成核動力學 73
3.1.2 水合物生長動力學 76
3.2 驅(qū)動力影響下純水體系瓦斯水合分離實驗 78
3.2.1 體系概述 78
3.2.2 結(jié)果與分析 79
3.2.3 驅(qū)動力影響機理分析 86
3.3 驅(qū)動力影響下SDS促進劑體系瓦斯水合分離實驗 88
3.3.1 體系概述 88
3.3.2 結(jié)果與分析 88
3.3.3 SDS影響機理分析 97
3.4 驅(qū)動力影響下油水乳液體系瓦斯水合分離實驗 98
3.4.1 體系概述 98
3.4.2 結(jié)果與分析 99
3.4.3 油水乳液體系驅(qū)動力對水合物生長速率的影響 102
3.4.4 油水乳液體系驅(qū)動力對分離效果的影響 104
3.4.5 油水乳液影響機理分析 106
3.5 THF溶液水合分離含高CH 4瓦斯氣實驗 108
3.5.1 體系概述 108
3.5.2 結(jié)果與分析 109
3.5.3 THF濃度對水合分離效果的影響 112
3.5.4 初始壓力對水合分離效果的影響 113
3.5.5 THF濃度對分離效果影響機理分析 114
3.5.6 初始壓力對分離效果影響機理分析 115
3.6 蒙脫石對瓦斯水合分離過程影響研究 116
3.6.1 體系概述 117
3.6.2 結(jié)果計算與分析 117
3.6.3 MMT作用機理分析 121
3.7 干水對多組分瓦斯混合氣水合分離速率的影響 122
3.7.1 體系概述 122
3.7.2 結(jié)果與分析 123
3.7.3 機理分析 126
3.8 TBAB體系中高CO2濃度瓦斯水合分離動力學 128
3.8.1 體系概述 128
3.8.2 動力學參數(shù) 129
3.8.3 水合分離效果 134
3.9 CP體系中高CO2濃度瓦斯氣水合分離動力學 147
3.9.1 體系概述 147
3.9.2 動力學參數(shù) 147
3.9.3 水合分離效果 153
參考文獻 164
第4章 動態(tài)體系多元瓦斯水合分離研究 169
4.1 機械噴霧強化對瓦斯水合分離的影響 169
4.1.1 噴霧生成水合物研究概況 169
4.1.2 噴霧強化下瓦斯水合分離熱量傳遞過程物理模型 171
4.1.3 噴霧強化下瓦斯水合分離物質(zhì)傳遞過程及理論模型 172
4.1.4 噴霧強化水合物形成裝置 174
4.1.5 噴霧角度與流量對水合分離速率的影響 177
4.1.6 噴霧角度與流量對甲烷回收、瓦斯水合凈化程度的影響 183
4.2 鼓泡體系中瓦斯水合分離實驗研究 192
4.2.1 鼓泡體系中水合物形成研究概況 192
4.2.2 鼓泡強化水合物形成裝置 194
4.2.3 鼓泡速率對瓦斯水合分離動力學與分離效果影響 195
4.2.4 鼓泡孔徑對瓦斯水合分離影響實驗研究 202
參考文獻 210
第5章 瓦斯水合分離過程溫度場特征及傳熱機理 213
5.1 實驗裝置 215
5.2 瓦斯水合過程生成熱計算 216
5.3 瓦斯氣樣對瓦斯水合分離過程溫度場分布的影響 217
5.3.1 瓦斯水合分離過程 219
5.3.2 瓦斯氣樣對瓦斯水合分離過程溫度場分布特征的影響 221
5.4 促進劑THF對瓦斯水合反應過程溫度場分布的影響 226
5.4.1 THF體系中瓦斯水合反應過程溫度場分布 227
5.4.2 THF對瓦斯水合反應過程溫度場分布影響機理 231
5.5 THF體系中不同濃度SDS作用下瓦斯水合分離過程溫度場特征 231
5.6 SDS體系中不同濃度THF作用下瓦斯水合分離過程溫度場特征 238
5.7 瓦斯水合分離過程傳熱與反應耦合動力學模型 242
5.7.1 物理模型建立 242
5.7.2 水合物生成過程傳熱傳質(zhì)機理 243
5.7.3 過程傳熱與反應耦合動力學模型 245
參考文獻 257
第6章 瓦斯混合氣水合分離拉曼光譜分析 260
6.1 激光拉曼觀測氣體水合物 260
6.1.1 氣體水合物拉曼光譜特征 260
6.1.2 激光拉曼觀測氣體水合物熱力學 262
6.1.3 激光拉曼觀測氣體水合物動力學 263
6.1.4 氣體水合物拉曼定性分析理論 263
6.1.5 氣體水合物拉曼定量分析理論 263
6.2 純水體系中高CO2濃度瓦斯水合分離拉曼光譜 265
6.2.1 高CO2濃度瓦斯水合物拉曼特征測定實驗體系 265
6.2.2 高CO2濃度瓦斯水合物拉曼特征測定過程 265
6.2.3 高CO2濃度瓦斯混合氣拉曼光譜特征 266
6.2.4 高CO2濃度瓦斯水合物拉曼光譜特征 272
6.2.5 高CO2濃度瓦斯氣水合分離產(chǎn)物晶體結(jié)構特征計算 277
6.3 TBAB溶液體系中高CO2濃度瓦斯水合分離激光拉曼光譜 281
6.3.1 TBAB溶液中高CO2濃度瓦斯水合分離拉曼光譜測定實驗體系 281
6.3.2 TBAB溶液中高CO2濃度瓦斯氣水合物拉曼光譜特征 281
6.4 TBAB-SDS復配溶液體系中高CO2濃度瓦斯混合氣水合分離激光拉曼光譜 287
6.4.1 TBAB-SDS溶液中高CO2濃度瓦斯水合分離拉曼測定實驗體系 287
6.4.2 TBAB-SDS溶液中高CO2濃度瓦斯水合物拉曼光譜特征 288
6.5 瓦斯?jié)舛扔绊懴滤衔锞w結(jié)構拉曼光譜特征 294
6.5.1 瓦斯水合物拉曼測試 295
6.5.2 瓦斯水合產(chǎn)物晶體結(jié)構參數(shù)計算 297
6.6 驅(qū)動力影響下CH4-C2H6-N2-H2O體系水合產(chǎn)物拉曼光譜 300
6.6.1 實驗體系 300
6.6.2 不同驅(qū)動力下反應體系水合物相拉曼光譜 301
6.6.3 不同驅(qū)動力影響下瓦斯水合產(chǎn)物晶體結(jié)構參數(shù)計算 303
6.6.4 水合物氣體組分構成及水合指數(shù) 305
參考文獻 306