基于水合物分离法提纯高浓度CO₂瓦斯的相平衡研究

张保勇^1,2，于洋^1,2，吴强^1,2，刘传海^1,2

1. 黑龙江科技大学安全工程学院2. 瓦斯等烃气输运管网安全基础研究国家级专业中心实验室

摘 要：高浓度CO₂瓦斯水合物相平衡的确定是基于瓦斯水合物分离法的瓦斯抽采利用关键问题。利用可视化瓦斯水合物相平衡装置,结合恒容温度搜索法和观察法,首先测定了不同温度、压力下3种高浓度CO₂瓦斯气样的相平衡条件,在试验基础上提出了高浓度CO₂瓦斯水合物相平衡温度与压力关系式,此外,对比分析了高浓度CO₂瓦斯气样与纯CO₂、纯CH4气样水合物相平衡的差异。结果表明:高浓度CO₂瓦斯水合物形成条件较温和,0.44℃下相平衡压力最低,为1.58 MPa;高浓度CO₂瓦斯水合物相平衡温度与压力呈二项式关系;高浓度CO₂瓦斯水合物相平衡曲线位于纯CH4和纯CO₂水合物相平衡曲线之间,且更为接近纯CO₂相平衡曲线;较低温度、压力（0.44～4.94℃,1.58～2.80MPa）下,气样中CO₂浓度上升能降低高浓度CO₂瓦斯水合物相平衡压力,改善其相平衡条件,而较高温度、压力（4.94～7.80℃,2.80～4.02 MPa）下,气样中CO₂浓度变化对水合物相平衡条件影响较小;高浓度CO₂瓦斯水合物相平衡温度与压力关系式得到的压力计算值与实测值之间差值较小,平均相对误差为2.33%,能较准确地预测高浓度CO₂瓦斯水合物相平衡条件。高浓度CO₂瓦斯相平衡测定结果可为瓦斯水合分离技术中温度和压力选取,基于水合物分离法的CO₂捕集与封存技术提供试验参考和理论基础。

关键词：高浓度CO₂瓦斯;相平衡;瓦斯水合物;水合物生成/分解试验;瓦斯利用;