《低濃度煤層氣的水合物法提純理論》系統(tǒng)地論述了氣體水合物法提純低濃度煤層氣的實(shí)驗(yàn)與理論研究結(jié)果，以及水合物法提純低濃度煤層氣的新研究進(jìn)展。
《低濃度煤層氣的水合物法提純理論》共分6章，分別為緒論、氣體水合物及其應(yīng)用基礎(chǔ)、低濃度煤層氣的水合物法提純理論、溶液攪拌體系的提純實(shí)驗(yàn)研究、多孔介質(zhì)體系的提純實(shí)驗(yàn)研究、水合物法提純低濃度煤層氣的?經(jīng)濟(jì)分析，內(nèi)容囊括了著者所在的教育部創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)和氣體水合物課題組近10年的研究成果。
《低濃度煤層氣的水合物法提純理論》適合從事非常規(guī)能源（煤層氣、天然氣水合物、頁巖氣）開發(fā)利用以及氣體水合物科學(xué)研究的科研人員、工程技術(shù)人員、高等院校教師、研究牛、高年級(jí)本科生參考和閱讀。
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20世紀(jì)80年代全球出現(xiàn)了大規(guī)模研究、探測天然氣水合物資源的熱潮，天然氣水合物作為一種儲(chǔ)量巨大的非常規(guī)能源，引起了各國政府和科研人員的廣泛關(guān)注，從而推動(dòng)了氣體水合物基礎(chǔ)研究的快速發(fā)展。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)氣體水合物技術(shù)在煤層氣提純、C02捕集、天然氣固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、儲(chǔ)氫、海水淡化、空調(diào)蓄冷等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，氣體水合物成為能源、資源、環(huán)境等領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
煤層氣是一種清潔優(yōu)質(zhì)的非常規(guī)能源，我國煤層氣資源豐富。我國每年開采的煤層氣以低濃度煤層氣為主，但是現(xiàn)階段對低濃度煤層氣利用技術(shù)的研究還處于探索階段，方法各有利弊。本書主要介紹了作者所在的課題組和教育部創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)近10年來在氣體水合物法提純低濃度煤層氣方面的理論與實(shí)驗(yàn)研究成果，希望對低濃度煤層氣利用技術(shù)的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。全書內(nèi)容包括緒論、氣體水合物及其應(yīng)用基礎(chǔ)、低濃度煤層氣的水合物法提純理論、溶液攪拌體系的提純實(shí)驗(yàn)研究、多孔介質(zhì)體系的提純實(shí)驗(yàn)研究、水合物法提純低濃度煤層氣的炯經(jīng)濟(jì)分析，側(cè)重介紹在相平衡熱力學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面的基礎(chǔ)研究工作，可作為從事非常規(guī)能源開發(fā)利用以及氣體水合物科學(xué)研究的科技人員的參考書。
本書是集體智慧的結(jié)晶和共同努力的成果。鐘棟梁教授負(fù)責(zé)全書的撰寫工作，研究生王文春參與撰寫第1、6章，李政、易達(dá)通、易潔、葛彬彬參與撰寫第2章，丁坤、嚴(yán)瑾參與撰寫第3、4章，王宇睿、鄒鎮(zhèn)林參與撰寫第5章，吳思彥參與撰寫第6章。鮮學(xué)福院士、盧義玉教授對本書的撰寫提供了許多寶貴的意見，姜德義教授、姜永東教授、葛兆龍副教授、湯積仁副教授、夏彬偉副教授、周軍平副教授、嚴(yán)瑾老師、卿勝蘭老師為研究工作的開展提供了重要幫助，在此對他們表示感謝。研究生葉洋、孫棟軍、何雙毅、王家樂等在課題組期間為本書提供了許多很好的素材，在此也向他們表示感謝。感謝煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）、教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（IRT_17R112、IRT13043）、國家自然科學(xué)基金（51676021、51006129）對本書出版的大力支持。
由于時(shí)間有限、作者知識(shí)和水平有限，書中疏漏在所難免，懇請讀者批評指正并提出寶貴意見。
鐘棟梁，1980年出生，江蘇鎮(zhèn)江人，博士、教授、博士生導(dǎo)師。2003年在上海海事大學(xué)本科畢業(yè)，2008年在上海理工大學(xué)獲博士學(xué)位，2009年重慶大學(xué)博士后，2011年加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)（uBc）博士后。主要從事非常規(guī)天然氣高效利用、氣體水合物技術(shù)、CO2集、儲(chǔ)能技術(shù)、制冷空調(diào)節(jié)能技術(shù)方向的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。在國際能源期刊發(fā)表SCI論文25篇（首作者或通訊作者）、ESI高被引論文3篇，SCI他引300余次；擔(dān)任國際期刊International Journal of Oil， Gas and Coal Engineering編委；擔(dān)任Applied Energy、Energy、Fuel、Journal of Natural Gas Science & Engineering、Journal of Petroleum Science & Engineering等23種國際期刊審稿人；擔(dān)任國際會(huì)議分會(huì)主席2次、受邀作國際會(huì)議主題報(bào)告10次；主持國家自然科學(xué)基金等省部級(jí)以上項(xiàng)目9項(xiàng)，主研教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目1項(xiàng)。擔(dān)任煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究骨干、美國化學(xué)會(huì)會(huì)員、中國制冷學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)會(huì)員，被評為“中國制冷學(xué)會(huì)優(yōu)秀青年科技工作者”、江蘇省“雙創(chuàng)計(jì)劃”人選、重慶大學(xué)“十佳優(yōu)秀青年教師”。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 煤層氣資源概況 1
1.1.1 煤層氣資源 1
1.1.2 煤層氣開發(fā)與利用現(xiàn)狀 2
1.2 低濃度煤層氣的利用方法 4
1.2.1 燃燒發(fā)電 4
1.2.2 分離與提純 5
1.3 前景與展望 9
主要參考文獻(xiàn) 10
第2章 氣體水合物及其應(yīng)用基礎(chǔ) 12
2.1 引言 12
2.2 氣體水合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 16
2.2.1 氣體水合物的結(jié)構(gòu) 16
2.2.2 氣體水合物的性質(zhì) 18
2.2.3 多元?dú)怏w水合物 19
2.3 氣體水合物基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀 20
2.3.1 相平衡熱力學(xué)研究 20
2.3.2 水合物生成動(dòng)力學(xué)研究 25
2.3.3 水合物分解動(dòng)力學(xué)研究 32
2.4 氣體水合物應(yīng)用技術(shù) 34
2.4.1 天然氣水合物資源開采 34
2.4.2 天然氣固態(tài)儲(chǔ)運(yùn) 44
2.4.3 混合氣體分離 44
2.4.4 海水淡化 47
2.4.5 空調(diào)蓄冷 51
主要參考文獻(xiàn) 53
第3章 水合物法提純低濃度煤層氣的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論 59
3.1 煤層氣的水合物法提純原理 59
3.2 水合物法提純的熱力學(xué)理論 60
3.2.1 純水體系的理論預(yù)測 60
3.2.2 添加劑體系的理論預(yù)測 65
3.2.3 相平衡實(shí)驗(yàn)測試 78
3.3 水合物法提純的動(dòng)力學(xué)理論 91
3.3.1 乳化液滴生成水合物的動(dòng)力學(xué)模型 91
3.3.2 宏觀動(dòng)力學(xué)評價(jià) 103
主要參考文獻(xiàn) 105
第4章 溶液攪拌體系的提純實(shí)驗(yàn)研究 108
4.1 實(shí)驗(yàn)裝置 108
4.1.1 氣體水合物高壓實(shí)驗(yàn)裝置 108
4.1.2 高壓顯微可視實(shí)驗(yàn)裝置 110
4.1.3 高壓差示微量熱掃描儀 111
4.2 實(shí)驗(yàn)材料 112
4.3 實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟 113
4.3.1 相平衡實(shí)驗(yàn)步驟 113
4.3.2 動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)步驟 113
4.3.3 HP-MicroDSC的實(shí)驗(yàn)步驟 114
4.4 TBAB溶液體系的提純實(shí)驗(yàn)研究 115
4.4.1 過冷度對CH4回收率的影響 115
4.4.2 反應(yīng)模式對CH4回收率的影響 117
4.5 TBAC溶液體系的提純實(shí)驗(yàn)研究 120
4.5.1 TBAC濃度對低濃度煤層氣提純特性的影響 120
4.5.2 過冷度對低濃度煤層氣提純特性的影響 124
4.5.3 表面活性劑對低濃度煤層氣提純特性的影響 125
4.6 THF溶液體系的提純實(shí)驗(yàn)研究 130
4.6.1 攪拌體系的動(dòng)力學(xué)特性 130
4.6.2 THF溶液攪拌體系的水合物生成過程 132
4.6.3 THF+SDS溶液攪拌體系的水合物生成過程 133
4.6.4 SDS對氣體消耗量的影響 134
4.6.5 CH4回收率與提純效率 136
4.7 CP溶液體系的提純實(shí)驗(yàn)研究 137
4.7.1 CP溶液體系的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件 137
4.7.2 壓力對CH4回收率的影響 137
4.7.3 CP濃度對CH4回收率的影響 139
4.7.4 低濃度煤層氣的二級(jí)水合分離 140
4.8 油包水乳化液體系的提純實(shí)驗(yàn)研究 142
4.8.1 油包水乳化液的配置 142
4.8.2 油包水乳化液的穩(wěn)定性分析 143
4.8.3 油包水乳化液體系的煤層氣提純結(jié)果與討論 145
4.9 石墨納米流體內(nèi)的提純實(shí)驗(yàn)研究 150
4.9.1 低濃度煤層氣在石墨納米流體內(nèi)的水合物生長形態(tài) 150
4.9.2 石墨納米流體體系的CH4提純效率 152
主要參考文獻(xiàn) 152
第5章 多孔介質(zhì)體系的提純實(shí)驗(yàn)研究 154
5.1 實(shí)驗(yàn)裝置 154
5.2 實(shí)驗(yàn)樣品 154
5.3 實(shí)驗(yàn)方法與步驟 155
5.3.1 溶液配制與材料準(zhǔn)備 155
5.3.2 水合物生成動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)步驟 156
5.4 石英砂體系的動(dòng)力學(xué)特性 158
5.4.1 石英砂/THF體系的水合物生成過程 160
5.4.2 石英砂+THF+SDS體系的水合物生成過程 160
5.4.3 表面活性劑SDS對誘導(dǎo)時(shí)間的影響 161
5.4.4 表面活性劑SDS對氣體消耗量的影響 162
5.5 煤炭顆粒體系的動(dòng)力學(xué)特性 163
5.5.1 煤炭顆粒體系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 165
5.5.2 煤炭顆粒體系的吸附-水合反應(yīng)過程 166
5.5.3 不同飽和度對煤層氣分離特性的影響 168
5.5.4 吸附-水合反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 170
5.6 不同體系的低濃度煤層氣分離結(jié)果比較 172
5.6.1 氣體消耗量的比較 173
5.6.2 氣體消耗速率的比較 174
5.6.3 CH4回收率與提純效率的比較 174
主要參考文獻(xiàn) 175
第6章 水合物法提純低濃度煤層氣的 經(jīng)濟(jì)分析 176
6.1 引言 176
6.2 系統(tǒng)描述與簡化 176
6.3 經(jīng)濟(jì)分析理論與方法 178
6.4 煤層氣提純過程的計(jì)算與分析 180
6.5 CH4回收率對效率的影響 182
6.6 煤層氣提純過程的?經(jīng)濟(jì)分析 184
主要參考文獻(xiàn) 186
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