CO_2和烟气置换开采天然气水合物研究

【摘要】：CO2置换法是一种新型的天然气水合物(NGH)开采方法,但置换效率低是阻碍CO2置换开采NGH发展的重要原因之一。目前,CO2的主要来源为燃煤电厂烟气,如果可以直接利用电厂烟气置换NGH,就可省去CO2分离的成本。为了研究CO2置换开采NGH过程中的影响因素和电厂烟气置换CH4水合物的可行性,本文进行了CO2、不同组分烟气、N2置换CH4水合物的实验研究,并对烟气置换NGH获得CH4商品气过程的能源投资回报值(EROI)进行了分析。首先,在2.0~3.0MPa和1~3℃范围内研究了气态CO2置换多孔介质中CH4水合物的过程。结果显示,相同置换压力下,置换效率随置换温度的升高而增大。相同置换温度下,置换效率随置换压力降低而增大。置换条件相同时存在一个最优的初始水合物笼子占有率使置换效率最大。气态CO2置换CH4水合物的置换效率最大为34.6%。其次,在6~7℃范围内研究了液态CO2置换多孔介质中CH4水合物的过程,结果显示温度和压力对置换效果没有明显的影响规律,置换效率随初始水合物笼子占有率的增加而增大。此外,本文还进行了19.1%CO2-80.9%N2和53%CO2-47%N2的烟气及N2在7~15MPa和1~3℃范围内置换多孔介质中CH4水合物的实验。结果显示,相同置换温度下,置换效率随置换压力升高而增大。相同置换压力下,置换效率随置换温度升高而增大。相同置换条件下,增加置换过程中的气固接触面积,可以提高置换效率,与温度和压力相比,置换过程中的气固接触面积对置换效率的影响更大。模拟烟气中CO2浓度越高,置换效率越高,但当CO2浓度过低时(CO2浓度小于6%),实验过程以减压作用为主。最后,分析烟气实际置换开采天然气水合物并得到CH4商品气的整个过程的EROI得出,电厂烟气经水合分离后置换CH4得到的最大理论摩尔浓度为0.8,整个过程EROI理论最大值为10.96。电厂烟气直接注入水合物层时,置换CH4的最大理论摩尔浓度为0.23,整个过程的EROI理论最大值为5.34,小于常规油气开采的EROI平均值7,因此,直接将电厂烟气注入水合物层获得CH4商品气的过程暂不具有经济可行性。 【关键词】：天然气水合物 置换开采 CO2 烟气 能源投资回报值
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE37
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 天然气水合物的概述11-17
• 1.1.1 气体水合物的结构及性质11-14
• 1.1.2 天然气水合物储量及分布14-17
• 1.2 NGH开采方法17-21
• 1.2.1 降压开采法18
• 1.2.2 热激发法18-19
• 1.2.3 注化学试剂法19
• 1.2.4 置换开采方法19-21
• 1.3 置换开采NGH研究现状21-28
• 1.3.1 CO_2置换开采NGH研究现状21-27
• 1.3.1.1 CO_2置换开采NGH热力学研究22-24
• 1.3.1.2 CO_2置换开采NGH动力学研究24-26
• 1.3.1.3 CO_2置换开采NGH影响因素26-27
• 1.3.2 模拟烟气置换开采NGH研究现状27-28
• 1.4 选题依据及研究内容28-30
• 第二章 CO_2置换CH4水合物研究30-50
• 2.1 实验部分30-33
• 2.1.1 实验材料及试剂30
• 2.1.2 实验仪器与装置30-32
• 2.1.3 实验步骤32-33
• 2.1.3.1 气态CO_2置换CH4水合物实验32-33
• 2.1.3.2 液态CO_2置换CH4水合物实验33
• 2.1.4 气相色谱的参数选择33
• 2.2 实验数据处理33-35
• 2.2.1 压缩因子计算33-34
• 2.2.2 置换效率和置换速率计算34-35
• 2.3 实验结果与讨论35-49
• 2.3.1 气态CO_2置换CH4水合物实验35-45
• 2.3.1.1 实验过程的参数变化35-37
• 2.3.1.2 温度对置换效果的影响37-39
• 2.3.1.3 压力对置换效果的影响39-43
• 2.3.1.4 初始水合物笼子占有率对置换效果影响43-45
• 2.3.2 液态CO_2置换CH4水合物实验结果45-49
• 2.4 本章小节49-50
• 第三章 烟气置换CH4水合物研究50-67
• 3.1 实验部分50-52
• 3.1.1 实验材料及试剂50-51
• 3.1.2 实验仪器及装置51
• 3.1.3 实验步骤51-52
• 3.1.3.1 石英砂+SDS溶液体系51
• 3.1.3.2 石英砂+冰粉+丝网通道体系51-52
• 3.1.4 气相色谱的参数选择52
• 3.2 实验数据处理52
• 3.3 实验结果与讨论52-66
• 3.3.1 压力对模拟烟气置换CH4水合物影响52-55
• 3.3.2 温度对模拟烟气置换CH4水合物影响55-57
• 3.3.3 浓度对模拟烟气置换CH4水合物影响57-62
• 3.3.4 体系对模拟烟气置换CH4水合物影响62-66
• 3.4 本章小结66-67
• 第四章 烟气置换开采NGH过程EROI分析67-78
• 4.1 置换开采过程的模型及基本假设67-69
• 4.2 计算与分析69-76
• 4.2.1 数据处理69-70
• 4.2.2 参数选取70-73
• 4.2.3 结果与分析73-76
• 4.3 本章小结76-78
• 结论与展望78-80
• 参考文献80-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90
• 致谢90-91
• 附件91

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