基于溶液内不同水合物相变过程热-质耦合原理分离合成气CO2的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51576202
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

A novel method is firstly proposed in this project to solve the difficulties, such as big enthalpy of gas hydrate phase change, multiphase flow, and heat and mass transfer during separating CO2 from reforming syngas using hydrate-based technology. The new separating technology is based on the interior heat and mass coupling when one hydrate forming and another hydrate dissociating coexist in the same solution. In this project, the hydrate-forming promoter and its aqueous solutions will be developed and optimized firstly based on hydrate phase equilibrium experiments and etc. Then, the formation and dissociation kinetics characteristics of different hydrates and and theirs mutual transformation kinetics, as well as the heat and mass coupling mechanisms during these hydrate transformation process, will be studied by hydrate kinetics experiments, Raman Spectroscopy, Molecular Stimulation and etc. The mechanisms that affecting on mass transfer of gas in gas hydrate slurry system will be studied by measuring the microstructure characteristic and rheological properties of gas hydrate slurry system. The high efficient gas-liquid mass transfer method and the hydrate rapid transformation method will be studied by the combination of physical and chemical enhancement. Finally, the separating processes and technologies are integrated and optimized by a continuous separation test. An integrated separation theoretical model will be established based on energy and mass equilibrium, gas hydrate phase equilibrium, gas-liquid mass transfer, and hydrates formation/dissociation kinetics based on heat and mass coupling when different hydrates formation and dissociation coexist in the same solution. The key issues involving in the new gas hydrate separation method, such as the hydrate-forming promoters and related solutions, the formation/dissociation kinetics mechanisms and mutual transformation kinetics of different hydrates and the heat and mass coupling mechanisms, the high efficient gas-liquid mass transfer mechanisms, and the rapid hydrate formation methods, will be solved through the implementation of this project. The research will establish a energy saving and high efficient CO2 hydrate separation technology, and will also provide theoretical and technical supports for the industrial application of this new method. The research results are significant to gas hydrate sciences, and will have a good application value in CO2 separation.
针对水合物法CO2分离相变潜热大,浆液流动与传热传质困难的难题,首次开展利用溶液内不同水合物形成分解过程热、质耦合原理分离合成气中CO2的研究。首先采用相平衡实验等研究优化水合物形成促进剂及溶液体系;然后采用动力学实验结合Raman光谱、分子模拟等研究不同水合物形成分解动力学特性及相互转化动力学影响机制,转化过程热、质耦合机制;通过浆液体系微观形貌、流变特性等研究气体传质机理及影响机制,研究强化气液高效传质与水合物快速转化的物理与化学方法;最后通过分离技术优化实验,建立基于质量平衡、能量平衡、水合物相平衡、气液传质、不同水合物形成分解热-质耦合动力学的分离过程理论模型。解决最佳促进剂溶液,不同水合物形成分解动力学机理、相互转化动力学及其热、质耦合机制,气液传质机理及水合物快生成方法等关键问题。为建立节能高效CO2水合物分离技术及其应用提供理论和技术支持,具有重要科学意义和应用价值。

结项摘要

针对水合物法CO2分离相变潜热大,浆液流动与传热传质难题,开展了不同水合物相变热、质耦合分离IGCC合成气中CO2的研究;采用实验和理论模拟等方法系统研究了新型水合物形成促进剂、水合物分离热力学、动力学、分离过程阻聚、强化传热传质、水合物快速形成技术及热-质耦合分离新技术等。(1)建立了溶质空穴理论与前沿分子轨道分析、分子动力学模拟、PXRD和Raman分析综合研究新型水合物形成促进剂的新方法,阐明了TBAB促进水合物形成的机理,研发了TBAB+DMSO、TBAB+TMS等高效促进剂,符合水合物热质耦合分离要求,测定了水合物分离相平衡数据,阐明了其影响机制,建立了热力学理论模型。(2)阐明了TBAB/CO2/H2水合物微观生长规律,CO2填充对TBAB水合物结构稳定机制与纯TBAB水合物及TBAB/CO2混合水合物相互转化机理,阐明了水合物形成分解驱动力、传热与传质速率对合成气水合物分离的影响机制,揭示了气液相间CO2传递是IGCC水合物快速形成的控制步骤,建立了水合物分离动力学理论模型。(3)建立了化学强化和物理强化相结合提高水合物分离速率的方法,揭示了CO2增溶剂DMSO和TMS的增效机理,研发了椰油酰胺类高效水合物阻聚剂,显著提高了水合物分离速率和分离效果,阐明了其阻聚机理;研发了纳米Al2O3耦合TBAB溶液、13X分子筛负载TBAB溶液和温度扰动提高水合物成核速率、气液接触传质效率和分离效率的强化方法,建立了基于鼓泡法和高速旋流喷射水合物快速形成技术及实验装置,阐明了分离过程特性和影响机制。(4)建立了基于溶液内纯TBAB水合物与TBAB+CO2混合水合物相变热-质耦合原理连续分离IGCC合成气中CO2的新工艺,阐明了分离特性及影响机制,分离过程温度与TBAB浓度波动明显降低,分离能耗降低、操作弹性提高,CO2分离系数和分离因子分别达到0.8和8.15。为建立节能高效CO2水合物分离技术及其应用提供了理论和技术支持,具有重要科学意义和应用价值。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(6)
专利数量(10)
Experimental and modeling study on controlling factor of methane hydrate formation in silica gels
硅胶中甲烷水合物形成控制因素的实验与模拟研究
  • DOI:
    10.1016/j.apenergy.2018.05.059
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Applied Energy
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Zhang Yu;Li Xiao Sen;Chen Zhao Yang;Xia Zhi Ming;Wang Yi;Li Gang
  • 通讯作者:
    Li Gang
Drilling simulation in hydrate-bearing sediments using a novel hydrate drilling simulator
使用新型水合物钻井模拟器进行含水合物沉积物的钻井模拟
  • DOI:
    10.1016/j.egypro.2019.01.685
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Energy Procedia
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Yu;Li Xiaosen;Chen Zhaoyang;Wang Yi;Xia Zhiming
  • 通讯作者:
    Xia Zhiming
Experimental Investigation on the Production Behaviors of Methane Hydrate in Sandy Sediments by Different Depressurization Strategies
不同降压策略砂质沉积物中甲烷水合物生成行为的实验研究
  • DOI:
    10.1002/ente.201800453
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Energy technology
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Tao Lv;Xiao-Sen Li;Zhao-Yang Chen;Duo Sun;Yu Zhang;Kefeng Yan;Jing Cai
  • 通讯作者:
    Jing Cai
Decomposition behaviors of methane hydrate in porous media below the ice melting point by depressurization
冰熔点以下多孔介质中甲烷水合物减压分解行为
  • DOI:
    10.1016/j.cjche.2019.02.035
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Chinese Journal of Chemical Engineering
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Zhang Yu;Wang Tian;Li Xiaosen;Yan Kefeng;Wang Yi;Chen Zhaoyang
  • 通讯作者:
    Chen Zhaoyang
Experimental study of the drilling process in hydrate-bearing sediments under different circulation rates of drilling fluid
不同钻井液循环速率下含水合物沉积物钻井过程实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Petroleum Science and Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tianjia Huang;Xiaosen L;Yu Zhang;Yi Wang;Zhaoyang Chen
  • 通讯作者:
    Zhaoyang Chen

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其他文献

新型促进剂对二氧化碳水合物形成效果的研究
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    陈朝阳;徐纯刚;李小森
  • 通讯作者:
    李小森
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    中国稀土学报,已录用2008年
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘艳平;陈朝阳;范艳伟;巴维真
  • 通讯作者:
    巴维真
二氧化碳置换开采天然气水合物研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    现代化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    颜克凤;李小森;陈朝阳;李刚;张郁;YAN Ke-feng1,2,LI Xiao-sen1,2,CHEN Zhao-yang1,2,LI;2.Key Lab of Renewable Energy;Natural Gas Hydr;3.Graduate University of Chinese Academy of Scienc
  • 通讯作者:
    3.Graduate University of Chinese Academy of Scienc
用分子动力学模拟甲烷水合物热激法结合化学试剂法分解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李志宝;李刚;陈朝阳;颜克凤;李小森
  • 通讯作者:
    李小森
Enhancing the photoluminescence intensity of CaTiO3:Eu3+ red phosphors with magnesium
用镁增强 CaTiO3:Eu3 红色荧光粉的光致发光强度
  • DOI:
    10.1016/s1002-0721(14)60523-8
  • 发表时间:
    2015-10
  • 期刊:
    Journal of Rare Earths
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    陈朝阳;王军华;赵鹏君;郝斌
  • 通讯作者:
    郝斌

其他文献

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陈朝阳的其他基金

井下原位燃烧加热与降压联合开采冻土区天然气水合物基础研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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