CN108410528A - 一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液及其制备方法 - Google Patents

一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液及其制备方法，所述天然生物质溶液的原料为茶叶颗粒与基液，天然生物质溶液的制备方法为将茶叶颗粒浸提后与基液混合得到天然生物质溶液，所述茶叶颗粒的制备方法为将茶叶在粉碎机中进行研磨，粉碎机的功率为500W，磨细至粒径为75μm‑180μm，然后将磨细的茶叶颗粒取出保存在真空食品袋中，本发明的回收方法简单，原材料经济无污染、对人体无害，可循环利用，且低浓度煤层气中甲烷回收率大大提高。

Description

一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液及其制备方法
技术领域
本发明涉及能源技术领域，具体是一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液及其制备方法。
背景技术
煤层气作为煤炭形成过程中的伴生产物，不仅是可能导致严重煤矿灾害、产生温室效应的有害气体，更是一种宝贵的高效清洁能源。据研究表明，我国煤层气地质资源量位居世界第三，居于俄罗斯、美国之后，占世界煤层气总量的12％。我国埋深2000m以浅的煤层气地质资源储量约36.81万亿立方米，其中高、中、低煤阶煤层气资源量分别为7.8万亿立方米、14.3万亿立方米、14.71万亿立方米，煤层气资源量与陆上常规天然气资源量基本相当。如果可以将煤层气开发实现合理化、规模化，不但可以使煤矿瓦斯防治工作取得显著成效。
在煤炭开采过程抽排出甲烷浓度小于30％的煤矿瓦斯称为低浓度煤层气。目前，煤矿对煤层气的常规处理方式分为3种：通过地面钻井开采浓度高于90％的；对浓度在3％～80％之间的，实施井下抽排；浓度低于0.75％的瓦斯，则采取通风方式排出。目前仅有小部分低浓度煤层气用于电网发电，大部分直接排空。如果能把目前煤矿大量抽放排空浪费的低浓度煤层气进行发电和发热利用，不仅可以降低甲烷排放对生态环境的污染，还可以缓解我国日趋紧张的能源供应不足形势。
目前，低浓度煤层气和通风煤层气有效利用的途径主要有以下几种:低浓度煤层气发电、低浓度煤层气转化制合成气、通风煤层气氧化利用技术与低浓度煤层气的分离提纯。应用我国现已掌握的核心技术，实现低浓度煤层气的充分利用不仅在技术上可行，而且具有较高的经济效益、社会效益和生态效益。
随着科技的不断发展和研究的不断深入，一种新兴的低浓度煤层气提浓方法出现在人们的视野中气体水合物技术。水合物技术是根据不同气体在特定温度下生成固态水合物相平衡压力不同的原理，将混合气体中某些组分存储在固态水合物中，达到分离效果。同时，水合物技术在解决煤矿瓦斯温室效应、提高瓦斯利用率、防治环境污染等方面也受到了密切关注，其应用范围非常广泛，诸如天然气储运、汽车燃料、制氢和储氢、气体分离、溶液提浓、海水淡化、蓄电池等领域，尤其在应对我国日益加快的工业化进程中凸显的能源短缺、能源结构不合理、利用率偏低、生态环境污染等问题时不可或缺。现今，天然气水合物已经成为世界科学界的研究热点，它对人类赖以生存的能源、环保、化工、航空航天和生物工程等领域都有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液，由以下原料制成：茶叶颗粒与基液。
作为本发明进一步的方案：所述茶叶为绿茶、白茶、红茶和黑茶中的任意一种。
作为本发明进一步的方案：所述基液为去离子水。
作为本发明进一步的方案：所述茶叶颗粒的制备方法为：将茶叶在粉碎机中进行研磨，粉碎机的功率为500W，磨细至粒径为75μm-180μm，然后将磨细的茶叶颗粒取出保存在真空食品袋中。
一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液的制备方法，步骤如下：
(1)在电子天平上称取5.00g茶叶颗粒，加入基液50ml后在水浴锅中于恒温80℃浸提2次每次20min得浸提液；
(2)在步骤(1)中得到的浸提液中加入基液50ml在水浴锅中恒温80℃浸泡20min取出与浸提液混合得到天然生物质溶液，浸提液100目过滤，往天然生物质溶液中添加基液定容至600ml备用，转移至容量瓶内摇匀，得到标准储备液备用。
作为本发明进一步的方案：所述茶叶为绿茶、白茶、红茶和黑茶中的任意一种。
作为本发明再进一步的方案：所述茶叶颗粒的制备方法为将茶叶在粉碎机中进行研磨，粉碎机的功率为500W，磨细至粒径为75μm-180μm，然后将磨细的茶叶颗粒取出保存在真空食品袋中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：回收方法简单，原材料经济无污染、对人体无害，天然生物质溶液可循环利用，且低浓度煤层气中甲烷回收率大大提高。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液及其制备方法，包括天然生物质溶液，所述天然生物质溶液的原料为茶叶颗粒与基液，所述茶叶为绿茶、白茶、红茶和黑茶中的任意一种，所述茶叶颗粒的制备方法为将茶叶在粉碎机中进行研磨，粉碎机的功率为500W，磨细至粒径为75μm-180μm，然后将磨细的茶叶颗粒取出保存在真空食品袋中，所述基液为去离子水，天然生物质溶液的制备方法为在电子天平上称取5.00g 茶叶颗粒，加入基液50ml后在水浴锅中于恒温80℃浸提2次每次20min，随后加入基液 50ml在水浴锅中恒温80℃浸泡20min取出与浸提液混合得到天然生物质溶液，浸提液100 目过滤，往天然生物质溶液中添加基液定容至600ml备用，转移至容量瓶内摇匀，得到标准储备液备用，茶叶颗粒与离子水的质量比为1：120，所述天然生物质溶液用于强化煤层气提纯时的工艺为将煤层气抽出到装有天然生物质溶液的发应釜内，在发应釜内加入天然生物质溶液体积为300ml，采用低温高压将其中的CH4与天然生物质溶液形成水合物，此时的温度为2.7℃，压力为4.24MPa，而其它气体则逸散出来，将与CH4形成水合物的天然生物质溶液再经过升温减压从而使得富集的CH4从天然生物质溶液中逸散出来，收集逸散的CH4，分离CH4后的天然生物质溶液返回继续使用。
本发明的工作原理是：天然生物质溶液用于提高瓦斯水合速率时的工艺为将煤层气抽出到装有天然生物质溶液的发应釜内，在发应釜内加入天然生物质溶液体积为300ml，采用低温高压将其中的CH4与天然生物质溶液形成水合物，此时的温度为2.7℃，压力为4.24MPa，而N2、O2等其它气体则逸散出来，将与CH4形成水合物的天然生物质溶液再经过升温减压从而使得富集的CH4从天然生物质溶液中逸散出来，收集逸散的CH4，分离CH4 后的天然生物质溶液返回继续使用，由于天然生物质溶液中含有的茶叶颗粒具有多孔介质结构，且对甲烷气体有吸附作用，天然生物质溶液对甲烷气体的增溶作用，使得CH4溶解度大大增加，水合物生成量升高，水合物中甲烷的含量增多，进而使得甲烷回收效率得以提高；通过天然生物质溶液中茶叶颗粒构建的多孔介质体系，增加了气-液界面接触面积，提高了水合物的生成效率，最终促低浓度煤层气中甲烷回收率大大提高。
实验例：
本发明的用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液与添加摩尔分数0.29％的热力学添加剂四丁基溴化铵(TBAB)溶液相比，原材料简单可天然获取、无需工业加工提纯、无污染、对人体无害、可循环利用，成本大幅度降低，改善气体水合物生成条件程度相近，大大缩短气体水合物的生长时间，大大提高水合物的生成效率，储气量高。详细对比结果见下表。
材料 茶叶(碎茶) TBAB
单价(元/100g) 3 60
反应溶液体(ml) 260 260
用量(g) 5 13.5
成本(元) 0.15 8.1
进气压力(MPa) 4 4
进气温度(K) 278.75 278.75
相平衡压力(MPa) 3.93 4
相平衡温度(K) 281.45 283.75
生成时间(min) 112.5 253.7
CH4消耗量(mol) 0.116 0.0803
回收方法简单，原材料经济无污染、对人体无害，天然生物质溶液可循环利用，且低浓度煤层气中甲烷回收率大大提高。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液，其特征在于，由以下原料制成：茶叶颗粒与基液。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液，其特征在于，所述茶叶为绿茶、白茶、红茶和黑茶中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液，其特征在于，所述基液为去离子水。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液，其特征在于，所述茶叶颗粒的制备方法为：将茶叶在粉碎机中进行研磨，粉碎机的功率为500W，磨细至粒径为75μm-180μm，然后将磨细的茶叶颗粒取出保存在真空食品袋中。
5.根据权利要求1所述的一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)在电子天平上称取5.00g茶叶颗粒，加入基液50ml后在水浴锅中于恒温80℃浸提2次每次20min得浸提液；
(2)在步骤(1)中得到的浸提液中加入基液50ml在水浴锅中恒温80℃浸泡20min取出与浸提液混合得到天然生物质溶液，浸提液100目过滤，往天然生物质溶液中添加基液定容至600ml备用，转移至容量瓶内摇匀，得到标准储备液备用。
6.根据权利要求5所述的一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液的制备方法，其特征在于，所述储备液中磨细的茶叶颗粒与去离子水的质量比为1：120。
7.根据权利要求5所述的一种用于提高瓦斯水合速率的天然生物质溶液的制备方法，其特征在于，所述天然生物质溶液用于强化煤层气提纯时的工艺为将煤层气抽出到装有天然生物质溶液的发应釜内，在发应釜内加入天然生物质溶液体积为300ml，采用低温高压将其中的CH4与天然生物质溶液形成水合物，此时的温度为2.7℃，压力为4.24MPa，而其它气体则逸散出来，将与CH4形成水合物的天然生物质溶液再经过升温减压从而使得富集的CH4从天然生物质溶液中逸散出来，收集逸散的CH4，分离CH4后的天然生物质溶液返回继续使用。
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