[发明专利]一种煤层气提纯过程的组分竞争分析方法

权利要求书

1.一种煤层气提纯过程的组分竞争分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、通过原位拉曼光谱系统获得煤层气的不同组分在气相、液相的拉曼光谱；

S2、通过反应装置合成煤层气水合物；

S3、通过原位拉曼光谱系统获得煤层气不同组分在水合物相随时间变化的动态拉曼光谱；

S4、通过气相、液相、水合物相的拉曼光谱位移对比及强度计算，得到煤层气在提纯过程中不同组分的竞争特性；

S5、通过与反应装置获得的气体消耗量、水合物生成速率、CH₄分离效率的对比，得到煤层气在提纯过程中不同组分在水合物生成过程的结合机理和竞争机理。

2.根据权利要求1所述的煤层气提纯过程中的组分竞争分析方法，其特征在于：在步骤S1中，将实验气体煤层气注入反应釜，运用原位拉曼仪器进行测量获得气相的拉曼光谱图，然后将添加剂溶液注入反应釜并通入煤层气，待反应釜内压力下降直至稳定时，运用原位拉曼仪器进行测量获得溶解相煤层气的拉曼光谱图。

3.根据权利要求1所述的煤层气提纯过程中的组分竞争分析方法，其特征在于：在步骤S2中，继续将煤层气通入反应釜至目标压力，调节至目标温度，同时开启反应釜的搅拌系统，以加速煤层气水合物的形成。

4.根据权利要求1所述的煤层气提纯过程中的组分竞争分析方法，其特征在于：在步骤S3中，从体系为溶解相时便开始观察液相温度，当液相温度突然上升时，此时刻便是水合物的成核时刻，从此时开始每隔五分钟获取一次拉曼光谱数据，直至反应釜内压力变化小于10kPa/h时，则认为水合物形成完毕，随后，绘制出各个时刻的拉曼光谱图以及煤层气的不同组分在水合物相的拉曼光谱图。

5.根据权利要求1所述的煤层气提纯过程中的组分竞争分析方法，其特征在于：在步骤S4中，通过步骤S1-S3中获得的不同组分在各种状态下的拉曼光谱图，对各个特征峰所对应的拉曼位移做好标记，然后分析不同时间点所获得的拉曼光谱图，先对比各个特征峰出现的先后顺序以及特征峰强度的变化快慢，先出现的峰则说明此气体率先进入水合物笼，而峰的强度增强的更快的则说明此种气体进入水合物笼的速度更快；

拉曼光谱的定量分析研究基于Placzek提出的极化率理论，系统内分子i的拉曼光谱信号强度I_i取决于样品的辐照度i₀，拉曼散射截面σ_i，仪器效率η_i，以及辐照体积中的分子的物质的量n_i；CH₄的拉曼峰强度与N₂的拉曼峰强度之比

与CH₄和N₂物质的量之比成正比，α为比例系数；对于一个确定的拉曼测试系统，在单一相中，α为常数；和可由对其相应峰积分获得；为了获得比例常数α，可以使用已确定组分的煤层气体来对α进行标定，具体步骤如下：

分别对已知浓度的煤层气进行拉曼光谱测量，计算出各个浓度煤层气所对应的再对其数据点进行拟合，所得直线的斜率便为α；

水合物生成后，拉曼光谱测得的信号来源于水合物浆，即固态的水合物相与富水液相的混合物，L表示富水相，G表示水合物浆，H表示固态水合物)；利用公式2计算出水合物中CH₄与N₂物质的量之比式中α为比例常数；

根据这个比值定量地分析出CH₄和N₂进入水合物笼的快慢；

最后对比综合定性和定量分析结果得出煤层气提纯过程中的组分竞争特性。

6.根据权利要求1所述的煤层气提纯过程中的组分竞争分析方法，其特征在于：在步骤S5中，利用相应公式计算出标准化气体消耗量、标准化气体反应速率、CH₄的回收率和分离因子；通过计算出来的标准化气体消耗量、标准化气体反应速率得到反应速度的快慢；通过CH₄的回收率得到提纯的效率；结合步骤S4中所获得的结果，得到煤层气在提纯过程中不同组分在水合物生成过程的结合机理和竞争机理。

7.根据权利要求1所述的煤层气提纯过程中的组分竞争分析方法，其特征在于，煤层气为甲烷体积浓度低于30％的低浓度煤层气。