煤礦瓦斯水合技術(shù)及其應(yīng)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(shù)概述 4
1.2.1 結(jié)構(gòu)特征 4
1.2.2 物化性質(zhì) 6
1.3 水合物生成及生長動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué) 17
1.4.1 分解動(dòng)力學(xué)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(shù)概述 19
1.5.1 氣體水合物熱力學(xué)研究 19
1.5.2 氣體水合物動(dòng)力學(xué)研究 21
1.5.3 水合物法分離技術(shù)研究 23
1.5.4 傳統(tǒng)氣體分離技術(shù)研究 24
參考文獻(xiàn) 29
第2章 瓦斯氣體水合物相平衡條件實(shí)驗(yàn)研究 37
2.1 氣體水合物形成熱力學(xué)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(shí)驗(yàn) 44
2.4.1 瓦斯氣體水合物相平衡實(shí)驗(yàn)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(xué)條件 46
2.4.3 高CO2濃度瓦斯混合氣水合物相平衡熱力學(xué)條件 52
2.4.4 含C2H6瓦斯混合氣水合物相平衡熱力學(xué)條件 54
2.4.5 含C3H8瓦斯混合氣水合物相平衡熱力學(xué)條件 55
2.5 熱力學(xué)促進(jìn)劑體系瓦斯水合物相平衡實(shí)驗(yàn) 62
參考文獻(xiàn) 67
第3章 靜態(tài)體系多元瓦斯水合分離動(dòng)力學(xué)研究 72
3.1 水合物生成動(dòng)力學(xué)理論 72
3.1.1 水合物成核動(dòng)力學(xué) 73
3.1.2 水合物生長動(dòng)力學(xué) 76
3.2 驅(qū)動(dòng)力影響下純水體系瓦斯水合分離實(shí)驗(yàn) 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(dòng)力影響機(jī)理分析 86
3.3 驅(qū)動(dòng)力影響下SDS促進(jìn)劑體系瓦斯水合分離實(shí)驗(yàn) 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(jī)理分析 97
3.4 驅(qū)動(dòng)力影響下油水乳液體系瓦斯水合分離實(shí)驗(yàn) 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(dòng)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(dòng)力對分離效果的影響 104
3.4.5 油水乳液影響機(jī)理分析 106
3.5 THF溶液水合分離含高CH 4瓦斯氣實(shí)驗(yàn) 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(jī)理分析 114
3.5.6 初始壓力對分離效果影響機(jī)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(jì)算與分析 117
3.6.3 MMT作用機(jī)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(jī)理分析 126
3.8 TBAB體系中高CO2濃度瓦斯水合分離動(dòng)力學(xué) 128
3.8.1 體系概述 128
3.8.2 動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué) 147
3.9.1 體系概述 147
3.9.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù) 147
3.9.3 水合分離效果 153
參考文獻(xiàn) 164
第4章 動(dòng)態(tài)體系多元瓦斯水合分離研究 169
4.1 機(jī)械噴霧強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)化水合物形成裝置 194
4.2.3 鼓泡速率對瓦斯水合分離動(dòng)力學(xué)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(shí)驗(yàn)研究 202
參考文獻(xiàn) 210
第5章 瓦斯水合分離過程溫度場特征及傳熱機(jī)理 213
5.1 實(shí)驗(yàn)裝置 215
5.2 瓦斯水合過程生成熱計(jì)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(jìn)劑THF對瓦斯水合反應(yīng)過程溫度場分布的影響 226
5.4.1 THF體系中瓦斯水合反應(yīng)過程溫度場分布 227
5.4.2 THF對瓦斯水合反應(yīng)過程溫度場分布影響機(jī)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(yīng)耦合動(dòng)力學(xué)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(jī)理 243
5.7.3 過程傳熱與反應(yīng)耦合動(dòng)力學(xué)模型 245
參考文獻(xiàn) 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(xué) 262
6.1.3 激光拉曼觀測氣體水合物動(dòng)力學(xué) 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(shí)驗(yàn)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(gòu)特征計(jì)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(shí)驗(yàn)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(fù)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(shí)驗(yàn)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(gòu)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(gòu)參數(shù)計(jì)算 297
6.6 驅(qū)動(dòng)力影響下CH4-C2H6-N2-H2O體系水合產(chǎn)物拉曼光譜 300
6.6.1 實(shí)驗(yàn)體系 300
6.6.2 不同驅(qū)動(dòng)力下反應(yīng)體系水合物相拉曼光譜 301
6.6.3 不同驅(qū)動(dòng)力影響下瓦斯水合產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 303
6.6.4 水合物氣體組分構(gòu)成及水合指數(shù) 305
參考文獻(xiàn) 306