Разработка газогидратного метода разделения компонентов природного и попутного газов

• Автор: Семенов, Антон Павлович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Методы разделения газовых смесей

1.1.1 Абсорбционные методы разделения газовых смесей

1.1.1.1 Хемосорбционные методы

1.1.1.2 Физические абсорбционные методы.

1.1.1.3 Физикохимические абсорбционные методы

1.1.2 Адсорбционные методы разделения газовых смесей

1.1.2 Л Химические адсорбционные методы.

1.1.2.2 Физические адсорбционные методы.

1.1.3 Мембранные методы разделения газовых смесей.
1.1.3.1 Мембранные методы извлечения кислых газов
1.1.3.2 Мембранные методы выделения гелия.
1.1.4 Низкотемпературные методы разделения газовых смесей.
1.1.4.1 Низкотемпературная конденсация
1.1.4.2 Низкотемпературная абсорбция
1.1.4.3 Низкотемпературная ректификация.
1.1.4.4 Низкотемпературная адсорбция
1.2 Состав природных углеводородных газов.
1.3 Общие представления о газовых гидратах
1.4 Использование процесса гидратообразования для разделения газовых
смесей
1.4.1 Анализ патентной документации в области использования процесса гидратообразования для разделения газовых смесей
1.4.2 Анализ литературных данных в области использования процесса гидратообразования для разделения газовых смесей
1.5 Методы интенсификации образования газовых гидратов
1.5.1 Механическое перемешивание
1.5.2 Барбогирование газа.
1.5.3 Мелкодисперсное распыление жидкости.
1.5.4 Статический метод.
1.5.5 Ультразвуковое воздействие.
1.5.6 Вибрационное воздействие
1.5.7 Ударноволновое воздействие.
1.5.8 Комбинированные методы
Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1 Описание лабораторной установки.
2.2 Методики проведения экспериментов.
2.3 Методика обработки результатов
2.4 Методика экспериментального определения концентраций метана и пропана
в гидратной фазе
Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Газогидратное разделение газовых смесей.
3.2 Замещение углекислым газом метана, связанного в гидрат.
3.3 Ускорение гидратообразования с помощью ультразвукового воздействия магнитострикциоиным преобразователем.
3.4 Экспериментальное определение концентраций метана и пропана в гидратной фазе с использованием эффекта самоконссрвации газовых гидратов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Возможность селективного поглощения газов из многокомпонентных газовых смесей при образовании газовых гидратов является перспективным методом очистки и разделения- таких смесей. Процесс образования гидратов низших углеводородов, углекислого газа, сероводорода происходит при температурах 3-8 К и сравнительно невысоких давлениях. Все эго обеспечивает высокую безопасность, экологичность и эффективность газогидратных процессов разделения и очистки по сравнению с другими методами газоразделения. Рассмотренные методы газогидратпого разделения (в том числе и запатентованные) в большинстве своем не учитывают эти обстоятельства. В последнее время во всем мире уделяется большое внимание изучению газовых гидратов. Это объясняется широким распространением газовых гидратов в природных условиях, а также большой фундаментальной значимостью изучения закономерностей их образования и разложения в земной коре с точки зрения энергетики будущего. Природные газовые гидраты рассматриваются как один из перспективных источников энергии и углеводородного сырья из-за высокого удельного содержания природного газа, доходящего до 0 объемов на единицу объема гидрата. Цель и задачи исследования. Основной целью данного исследования явилась разработка газогидратного метода разделения компонентов природного и попутного газов путем определения оптимальных термобарических условий и количественных параметров разделения смесей вида метан-гелий, метан-пропан, метан-углекислый газ, метан-гелий-азот, метан-пропан-углекислый газ. Разработка нового метода интенсификации образования газовых гидратов. Научная новизна. Впервые проведено комплексное экспериментальное исследование процессов газогидратного разделения газовых смесей метан-гелий, метан-пропан, метан-углекислый газ, метан-гелий-азот, метан-пропан-углекислый газ. Показана возможность ускорения процесса гидратообразования и газогидратного разделения с помощью ультразвукового воздействия магнитострикционным преобразователем. Впервые изучена кинетика процесса замещения углекислым газом метана, связанного в гидрат. Практическая ценность. Полученные результаты могут лечь в основу разработки технологии газогидратного разделения компонентов природного и попутного газов в качестве исходных данных для опытно-конструкторских работ. Использование газогидратного метода разделения гелийсодержащих смесей имеет потенциальное преимущество перед криогенными методами разделения, так как проводится при более высоких температурах. Использование газогидратного метода разделения смесей, содержащих углекислый газ, имеет потенциальное преимущество перед адсорбционными и абсорбционными методами ввиду использования более дешевого и безопасного разделяющего агента — воды. Результаты работы могут быть использованы при проектировании пилотных и опытно-промышленных установок подготовки ПНГ, а также при разработке нового метода вытеснения метана углекислым газом из газогидратных месторождений. Для очистки газовых смесей от кислых компонентов, таких как сероводород, углекислый газ, меркаптаны используют абсорбционные методы [3]. Процессы химической абсорбции основаны на химическом взаимодействии ки слых газов с активной частью абсорбента (с молекулами абсорбента в водном растворе). Хемосорбционные способы, среди которых аминовые являются важнейшими, нашли широкое применение для очистки углеводородных газов от кислых компонентов; сероводорода и диоксида углерода. Названия каждого из этих способов связаны с использованием поглотительного раствора соответствующего амина: моноэтаноламиновый способ, диэтаноламиновый способ и др. Процессы аминовой очистки проводятся при давлении 2-7МПа, температуре - °С, концентрации амина - % масс, в зависимости от вида амннового соединения. В промышленных масштабах из химических абсорбентов нашли широкое применение водные растворы алканоламинов: первичных — моноэтаноламин (МЭА) [4]; вторичных - диэтаноламин (ДЭА), диизопропаноламии (ДИПА); третичных - метилдиэтаноламин (МДЭА), триэтаноламин (ТЭА), дигликольамин (ДГА, 2-этокси(2’-амино)этанол), этилендиамин (ЭДА), диэтилентриамина (ДЭТА) [5]; а также растворы гидроксида натрия [6].