用气体水合物法分离沼气研究

针对目前从沼气中分离得到纯度较高的甲烷方法存在工艺复杂、成本高、分离效果不理想、不便于工业化规模生产等问题，拟采用气体水合物法分离沼气获得高纯甲烷气。本课题研究温度、压力、气样成分、气体流量、液体流量、扰动、表面活性剂等因素对沼气水合反应驱动力、诱导时间、反应速率及沼气分离效率等定量影响。结合水合物生成动力学、化工热力学和晶体生长等理论及实验结果建立沼气水合物微观生长过程的动态理论模型，揭示混合气体水合物选择性生成机理，进一步准确揭示沼气水合反应驱动力等动力学基本问题。通过相关的实验研究和理论分析，获得气体水合物法分离沼气的机理和沼气水合物生成速率的有效控制方法。该研究对解决能源危机、苦咸水淡化、污水处理、天然气水合物资源的开发利用、二氧化碳气体的海底储存等众多领域具有重要的指导和借鉴意义。

本项目以二氧化碳水合物、丙烷水合物、甲烷水合物、混合气体水合物为研究对象，由易到难地分别进行了定量实验研究。研究了水合反应系统内水合物的生长过程及相平衡条件，揭示了气体水合物的生长机理，为揭示混合气体水合物选择性生成机理及水合反应驱动力等动力学基本问题打下了坚实的基础。对多孔介质中二氧化碳水合物生成和分解动力学进行了理论和实验研究，得出石英砂中孔径越小储气量越大、生成速率越大，并得到石英砂中二氧化碳水合物稳定存在的条件。开展了压力对丙烷水合物生成过程的定量实验研究，得出驱动力是影响气体水合物生成速率的最主要因素。开展了气体水合物法开发高寒地区湖盐的可行性研究，从相平衡温度的预测和实验值来看，得出气体水合物法开发湖盐具有可行性，并且是高效节能的。对海洋储存温室气体二氧化碳与二氧化碳置换开采天然气水合物中甲烷的可行性及环境效应进行了研究，为二氧化碳水合物储存温室气体二氧化碳开辟了一条新的途径，对保护环境和经济社会的可持续发展具有重大的现实意义。