《有序介孔材料上水合物法富集低濃度煤層氣甲烷》是依託天津大學，由孫艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：有序介孔材料上水合物法富集低濃度煤層氣甲烷
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫艷
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國低濃度抽放煤層氣規模不等且分散，很難集中利用，傳統技術難以分離且極不經濟。本項目利用水合物促進劑（如四氫呋喃等）和納米尺度空間吸附勢場的雙重催化作用，在有序介孔材料孔內形成水合物，利用甲烷與氮氣和氧氣水合物生成壓的較大差異，控制煤層氣的操作壓力，使其滿足甲烷水合物的生成壓力，而氮氣和氧氣的分壓低於各自水合物的生成壓力,從而強化甲烷/空氣的分離。研究將製備系列具有不同表面性質的介孔材料，採用孔徑調節等手段構建合理的納米尺度空間，通過對純組分氣體和模擬煤層氣水合物生成和解析過程的平衡研究和動力學研究，建立熱力學和動力學模型，探討納米空間內水合物分離機理，明確各因素對產品氣甲烷純度和收率的影響。以填充促進劑水溶液的有序介孔材料為高效甲烷/空氣分離劑，將水合物分離原理引入變壓吸附分離工藝，實現低濃度煤層氣甲烷富集的連續運行。
結題摘要
我國低濃度抽放煤層氣規模不等且分散，很難集中利用，傳統技術難以分離且極不經濟。變壓吸附作為革新技術具有操作靈活、投資小,能耗低等優點，但其主要缺點在於吸附劑分離選擇性不高。本項目提出利用納米尺度空間吸附勢場的催化作用，在有序介孔材料孔內形成水合物，利用甲烷與氮氣和氧氣水合物生成壓的較大差異，控制煤層氣的操作壓力，使其滿足甲烷水合物的生成壓力，而氮氣（和氧氣）的分壓低於各自水合物的生成壓力,從而強化甲烷/空氣的分離。並將水合物分離原理與變壓吸附工藝相結合，實現低濃度煤層氣甲烷富集的連續運行。考慮到氣體水合物的生成壓均較高，實際分離的操作壓力一般很難滿足其生成壓力，因此本研究以四氫呋喃THF作為促進劑降低氣體水合物的生成壓，以填充促進劑水溶液的介孔材料為高效甲烷/空氣分離劑，配製CH4濃度為30%-50%的模擬煤層氣，對分離過程進行研究。 研究內容分為三部分。一是介孔材料的製備，前期研究工作表明當介孔材料的孔徑在2-5nm時有利於氣體水合物的形成和分解，因此本研究製備了有序介孔碳材料CMK-3，其規則的孔結構（孔徑3.5nm）適宜水合物的形成。考慮到水熱合成法製備介孔材料的成本較高，本研究利用化學和物理法相結合，製備了具有很高介孔比例的活性炭，作為納米尺度空間的供體。二是純組分氣體水合物在多孔材料上的生成和解析平衡研究，通過測定氣體的吸入和平衡等溫線，考察了促進劑比例、載水量、壓力、溫度等條件對水合物形成和分解的影響，並進行了理論分析。三是分離研究，利用純組分靜態實驗結果篩選出適宜混合氣分離的實驗條件，從而實現甲烷的富集。考察了操作壓力，吸附時間，原料氣濃度等因素對分離效果的影響，並且將水合物的分離原理與變壓吸附工藝相結合，進行了多周期的分離實驗，考察了工藝的穩定性。 研究結果表明，利用甲烷和氮氣水合物生成壓力的差異可以將模擬煤層氣甲烷濃度提高20%以上，且該原理與變壓吸附分離工藝相結合可以實現多周期的穩定運行。本研究為甲烷/氮氣的分離提供了一種新的技術選擇，亦為其它種類的氣體分離提供了可供借鑑的方法和基礎數據。
