甲烷水合物CO_2置换开采影响因素实验研究

【摘要】：天然气水合物作为一种新型能源,具有储量丰富、燃烧值高以及污染小等优点,被誉为二十一世纪最具有商业开采价值的新能源。目前,天然气水合物传统的开采方法有降压法、热激发和化学试剂法,而这些开采方法极易导致水合物赋存区地层失稳,造成海底滑坡等自然灾害。CO2置换法开采水合物是一种新的技术,不但可以实现水合物的开采,还可以同时将温室气体CO2以水合物的形式埋藏于海底,同时该方法还能减小地质灾害的风险,因此,CO2置换甲烷水合物方法的研究具有重要的科学和现实意义。本文在自行搭建的实验平台上进行了多孔沉积物中甲烷水合物合成与CO2置换实验,研究了系统温度压力的变化以及气相中各组分气体含量的变化,并对实验影响因素进行了重点分析。研究发现：置换反应早期,气相中CH4含量增加的速度以及CO2减少的速度都非常快,随后气相中CH4和CO2含量的变化速度逐渐减小。置换效率随着置换温度的增加而增大,温度越高,对置换效率的影响程度越大。置换效率随着置换压力的增加而减小,压力越高,对置换率的影响越明显。水合物初始饱和度越高,置换出CH4的量越多,置换效率越低,消耗的CO2也越少。水合物饱和度越大对置换效率的影响越小。CO2中加入N2可以增加置换效率,从置换过程中气相CH4含量变化可以看到,N2的加入主要影响置换反应后期,对置换反应初期影响效果不大。对比盐水、纯水、SDS三种水合物体系,盐水体系中的置换效率明显高于其他两种体系,而SDS体系中置换效率略高于纯水体系。沉积物粒径越小,置换效率越大。增加接触面积可以很明显的增大置换效率,不过从气相中CH4含量的变化来看,接触面积的影响作用主要在置换反应早期。 【关键词】：甲烷水合物 二氧化碳 置换反应 置换效率 影响因素
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE37
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 引言10-13
• 1.1 研究意义10-11
• 1.2 研究目标及研究内容11-12
• 1.2.1 研究目标11
• 1.2.2 研究内容11-12
• 1.3 技术路线及创新性12-13
• 1.3.1 技术路线12
• 1.3.2 创新性12-13
• 第二章 天然气水合物及CO_2置换开采研究现状13-24
• 2.1 天然气水合物性质及开采方法简介13-15
• 2.1.1 天然气水合物的基本性质13-14
• 2.1.2 天然气水合物开采方法简介14-15
• 2.2 CO_2置换开采甲烷水合物研究现状15-23
• 2.2.1 可行性研究15-16
• 2.2.2 CO_2-CH_4混合气体相平衡研究16-18
• 2.2.3 微观机理研究18-20
• 2.2.4 影响因素研究20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 CO_2置换实验装置及数据处理方法24-33
• 3.1 实验装置简介24-28
• 3.1.1 水合物合成与置换装置24-27
• 3.1.2 气体组分含量测量设备27-28
• 3.2 数据处理方法28-32
• 3.2.1 水合物饱和度计算28-32
• 3.2.2 色谱数据处理及置换效率计算32
• 3.3 本章小结32-33
• 第四章 甲烷水合物合成与CO_2置换实验研究33-41
• 4.1 实验材料与实验步骤33-34
• 4.1.1 实验材料33
• 4.1.2 实验步骤33-34
• 4.2 水合物的合成及均匀性的验证34-36
• 4.2.1 甲烷水合物合成结果分析34-35
• 4.2.2 水合物饱和度均匀性验证35-36
• 4.3 置换实验结果分析36-39
• 4.3.1 置换反应过程中系统温度压力变化分析36-38
• 4.3.2 置换反应过程中气相中CH_4、CO_2含量变化分析38-39
• 4.4 本章小结39-41
• 第五章 甲烷水合物CO_2置换实验影响因素分析41-64
• 5.1 置换温度对置换实验的影响41-44
• 5.1.1 置换温度对气相中各组分含量变化的影响41-43
• 5.1.2 置换温度对置换效率的影响43-44
• 5.2 置换压力对置换实验的影响44-47
• 5.2.1 置换压力对气相中各组分含量变化的影响44-46
• 5.2.2 置换压力对置换效率的影响46-47
• 5.3 水合物饱和度对置换实验的影响47-50
• 5.3.1 水合物饱和度对气相中各组分含量变化的影响47-49
• 5.3.2 水合物饱和度对置换效率以及置换出甲烷的量的影响49-50
• 5.4 含N_2的CO_2气体对置换实验的影响50-54
• 5.4.1 CO_2中N_2含量对气相各组分含量变化的影响51-53
• 5.4.2 CO_2中N_2含量对置换效率的影响53-54
• 5.5 不同水合物体系对置换实验的影响54-56
• 5.5.1 水合物体系对气相各组分含量变化的影响54-56
• 5.5.2 不同水合物体系下的置换效率56
• 5.6 沉积物粒径对置换实验的影响56-59
• 5.6.1 沉积物粒径对气相各组分含量变化的影响57-58
• 5.6.2 沉积物粒径对置换效率的影响58-59
• 5.7 接触面积对置换实验的影响59-62
• 5.7.1 接触面积对气相各组分含量变化的影响60-61
• 5.7.2 接触面积对置换效率的影响61-62
• 5.8 本章小结62-64
• 结论与建议64-66
• 结论64-65
• 建议65-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间取得的成果71-72
• 致谢72

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