水合物分离技术

利用水合物分离混合物是一项新型分离技术，与常规的分离技术相比，该技术出现较晚，但是近二、三十年里获得了较多进展，部分体系的研究工作已经接近于工业应用。为了促进水合物分离技术的应用，本书对该技术的研究工作进行了整理和分析。 本书分为两大部分。第1部分是水合物研究基础，主要包括分离过程所涉及的热力学、动力学、促进剂、实验装置、研究方法、计算模型等。第2部分是水合法用于不同混合物体系分离过程的具体实验和模拟计算。

分离工艺是化工流程中的重要工艺之一，分离过程的能耗有时可达整个化工过程总能耗的70%，因此，化工科技工作者在不断地开发新型的分离技术和工艺，以降低分离过程的能耗和便于操作。水合物分离技术是一项新型分离技术，和常规的分离技术相比，虽然该技术出现较晚，但是在最近二三十年里获得了重视，也产生了很多科研成果，部分体系的研究成果已经接近工业应用。为了促进水合物分离技术的应用发展，本书对该技术的研究进行了整理和分析。
全书分为两大部分：第一部分是水合物研究基础，主要包括分离过程所涉及的热力学、动力学、促进剂、实验装置、研究方法、计算模型等，共十一章内容；第二部分是水合物法用于不同混合物体系分离过程的具体实验和模拟计算，共九章。
全书由中国石油大学（北京）组织编写，共二十章。郭绪强负责编写第一章；孙强负责编写第九、十二、十四、十五、十六、十八章；王逸伟负责编写第四、十三、十七、十九、二十章；李兴洵负责编写第三、五、七、八章；徐振负责编写第二、六、十章；刘爱贤和徐振共同负责编写第十一章。研究生刘曾奇、马蓉、张舒婷、陈君、罗嘉、李湍、邢希贝、李龙静、刘莹莹、王国虎、田雪铭、秦宗禹、杨宵参与了资料的搜集和文字校对工作。全书由郭绪强负责统稿。
由于水平所限，有部分资料未能搜集全面，不当之处在所难免，衷心希望读者能对本书给予批评指正。

编著者
2022年12月

本书对水合物分离技术中所涉及的热力学、动力学、添加剂以及不同分离条件对各种被分离体系的分离效果进行了全面的梳理、分析和总结，并对水合物分离技术目前的研究热点进行了描述。
本书可以作为天然气水合物相关研究领域研究人员的参考书，也可作为相关专业本科生和研究生的教学参考书。

第一章水合物分离技术概述1
参考文献3

第二章气体水合物基本知识6
第一节水合物结构及其检测技术6
第二节水合物生成及其形态10
第三节水合物技术研究及其应用14
参考文献17

第三章水合物研究实验装置和测定方法23
第一节水合物研究实验装置23
第二节水合物研究测定方法46
参考文献60

第四章水合物相关热力学67
第一节引言67
第二节水合物生成热力学模型68
第三节水合物生成的热力学条件88
第四节水合物技术分离混合气的热力学计算103
参考文献118

第五章水合物生成动力学125
第一节引言125
第二节水合物成核动力学126
第三节水合物成核诱导期132
第四节水合物生长动力学135
第五节添加剂对水合物生成的影响148
第六节水合物记忆效应154
参考文献155

第六章水合物生成热力学促进剂165
第一节引言165
第二节传统可溶水相热力学促进剂165
第三节传统不可溶水相热力学促进剂172
第四节新型绿色生物型热力学促进剂174
参考文献174

第七章水合物生成动力学促进剂177
第一节引言177
第二节水合物促进剂的促进机理178
第三节表面活性剂类促进剂182
第四节氨基酸类促进剂187
第五节纳米流体类促进剂189
第六节其他类型水合物动力学促进剂191
参考文献194

第八章天然气水合物分解动力学201
第一节引言201
第二节水合物分解的应用201
第三节水合分解动力学实验研究206
第四节水合物分解动力学模型研究211
参考文献218

第九章水合物分离混合物理论及应用225
第一节引言225
第二节水合物分离混合物原理225
第三节水合物分离技术的应用227
参考文献238

第十章水合分离反应器241
第一节引言241
第二节水合反应器分类及特点242
第三节水合反应器发展趋势251
参考文献251

第十一章水合分离过程强化254
第一节引言254
第二节操作条件强化255
第三节添加剂强化256
第四节机械扰动强化260
参考文献261

第十二章水合物法回收石油加工加氢装置尾气中的氢气264
第一节引言264
第二节加氢工艺简述264
第三节水合物法回收柴油加氢尾气中氢气的室内实验研究267
第四节水合物法回收加氢尾气中氢气工业侧线实验研究284
参考文献292

第十三章水合物法分离沼气中的甲烷294
第一节引言294
第二节热力学控制下的分离过程294
第三节动力学控制下的分离过程302
参考文献306

第十四章水合物法分离含氧煤层气中的甲烷311
第一节煤层气简介311
第二节煤层气的利用价值及其危害313
第三节煤层气分离常用技术314
第四节水合物法分离混空煤层气技术316
第五节水合物法回收煤层气中甲烷的室内实验结果322
参考文献329

第十五章水合物法分离合成氨尾气中的氢气和氮气332
第一节引言332
第二节以水为主要介质的水合物法回收合成氨尾气中的氢气和氮气334
第三节以水+油为主要介质的水合物法回收合成氨尾气中的氢气和氮气343
参考文献349

第十六章水合物法脱除煤合成气中的二氧化碳351
第一节合成气简介351
第二节水合物法分离合成气中CO2技术356
第三节水合物法分离煤合成气359
参考文献361

第十七章水合物法分离炼厂气中的乙烯364
第一节引言364
第二节热力学控制下的分离过程365
第三节动力学控制下的分离过程374
参考文献378

第十八章水合物法分离焦炉煤气中的氢气382
第一节引言382
第二节焦炉煤气简介382
第三节焦炉煤气回收利用383
第四节焦炉煤气制氢气技术385
第五节水合物法分离焦炉煤气的实验研究387
参考文献400

第十九章水合物法脱除混合气中的硫化氢402
第一节引言402
第二节热力学控制下的分离过程403
第三节动力学控制下的分离过程412
参考文献414

第二十章水合物法回收挥发性有机物418
第一节引言418
第二节热力学控制下的分离过程419
第三节动力学控制下的分离过程421
参考文献423