超重力旋转床转子填料形状对传质系数的影响

以水吸收空气中的丙酮为体系,不锈钢丝网为填料,实验研究了超重力旋转床转子填料形状对体积传质系数的影响。考察了转子形状在不同转速n、气量Vg、液量VL下的吸收效果。研究结果表明:在转速为630 r/min,液量为100 L/h,气量为2 m3/h时,薄转子是厚转子单位体积填料体积传质系数的2.1倍;在转速为630 r/min液量为100 L/h,气量为2.5 m3/h时,薄转子是厚转子单位体积填料体积传质系数的2.3倍;说明在填料体积相近的情况下,转子填料做成半径大、厚度小的形状,有利于传质过程。     

旋转床内填料表面传质特性的研究

在旋转床(RPB)中,用氮气-系统,通过氧解吸过程对两种不同形状填料的传质过程进行实验研究,实测体积传质系数与转子转速、液体流率及气体流率的关系,进而揭示出旋转床内两种填料的传质特性。对这两种不同形状的填料表面传质特性进行比较,找出传质效果较好的填料。文中还进一步对填料比表面积对体积传质系数的影响进行了探讨,证实了液体在转子填料层中的连续微粒化所得到的大量液滴表面是旋转床传质强化的重要因素。基于对旋转床传质的实验结果,提出了平均体积传质系数的回归关系式。     

旋转填料床用于易溶气体吸收的传质性能研究

利用离心传质分离装置－旋转填料床,对易溶气体吸收过程的传质性能进行了实验研究。对于含少量氨的空气其中氨被水吸收的总气相体积吸收系数随气相流速的增大而增大。在一定的转速范围内,气相流速不变时,吸收系数随转子转速的增加在一定的转速而增加。同时得出与重力场吸收相当的传质单元高度。     

森林土壤温室气体通量对森林管理和全球大气变化的响应

森林土壤是温室气体重要的源和汇。探讨不同森林管理和全球大气变化下土壤温室气体通量特征,为有效减少温室气体排放及森林可持续管理等提供参考。笔者从森林土壤温室气体(forest soil green house gases)、森林管理(forest mangement)和全球大气变化(global atmospheric change)3个关键研究点,查阅近年来相关研究成果,归纳森林管理和全球大气变化下土壤温室气体通量的一般性模式。CO₂、CH₄和N₂O是3种重要温室气体,其通量间存在协同、消长和随机型耦合关系。森林管理如火烧、采伐和造林等显著影响土壤温室气体通量。一般情况下,火烧导致土壤N₂O通量降低,CH₄吸收量增加,CO₂通量因火烧类型、火烧强度、生态系统类型不同出现增加、减低和无影响3种结果; 采伐通常导致土壤CO₂、CH₄和N₂O排放增加; 造林可使土壤CO₂排放减少,对N₂O和CH₄通量的影响随生态系统类型、造林树种等而改变。全球大气变化如CO₂浓度升高、氮沉降和气温升高影响森林土壤温室气体通量。通常,CO₂浓度升高导致土壤CO₂和N₂O排放量增加,CH₄吸收量降低; 氮沉降促进土壤N₂O排放、抑制CH₄吸收。气温升高导致土壤CO₂和N₂O排放增加。森林管理和全球大气变化对土壤温室气体通量的综合影响是非叠加的,有效的森林管理可能改变土壤温室气体通量对全球大气变化的响应。     

高温高压下N2和CO2对CH4/C2H6/C3H8混合气抑爆效果研究

油田伴生气经常会发生燃爆事故,为提升采油过程的安全性,需研究N₂与CO₂在井筒高温高压条件下的抑爆效果. 目前对于高温高压条件下固定可燃气体积分数,不同体积分数N₂和CO₂对爆炸特性影响的研究较少. 对40 °C,初始压力0.5、1.0、2.0 MPa,不同N₂和CO₂体积分数下CH₄/C₂H₆/C₃H₈混合气到达最大爆炸超压的时间、最大爆炸超压和爆燃指数K_G进行了相关研究,分析了不同初始压力和2种惰性气体对爆炸特性参数的影响. 试验结果表明:不同初始压力下N₂和CO₂各自的惰化机理相同;CO₂的惰化效果优于N₂且存在最优点,该点之前CO₂的惰化效果与N₂相比优势逐渐增强,由化学作用占主导地位,该点之后化学作用已达到最大效果,因此CO₂的惰化效果虽仍强于N₂,优势却逐渐减小.      

金属套管式微通道气液传质特性研究

以纯水吸收CO₂的物理吸收过程,研究了金属套管式微通道的气液传质特性。考察了气液两相的接触方式、气体和液体表观线速度、微通道结构尺寸（如微孔孔径、套管环隙尺寸）等对液侧体积传质系数的影响规律。结果表明,气相走内管、液相走外管,更有利于实现良好的气液传质效果;液侧体积传质系数随气液表观线速度的增加而增加,但液相表观线速度的影响更显著;微孔孔径和套管环隙尺寸的减小能显著提高液侧体积传质系数,但套管环隙尺寸的影响更大。     

不同扰流内构件强化管式反应器传质性能的研究

采用NaOH-CO₂-H₂O体系,研究了4种不同扰流内构件及其组合型式对管式反应器传质性能的影响。以气相体积总传质系数KGaV作为衡量传质效果的评价指标,考察了液体流量L、气体流量G、不同扰流内构件及其组合型式对K_Ga_V的影响。结果表明,K_Ga_V随着液体流量增大而提高,气体流量的变化对K_Ga_V的影响较小;中心扰流内构件和管壁扰流内构件的加入,有效地提高了管式反应器的K_Ga_V;与空管相比,中心扰流内构件加入后管式反应器的K_Ga_V提高了8%~47%,管壁扰流内构件加入后K_Ga_V提高了15%~46%,中心与管壁组合扰流内构件加入后K_Ga_V提高了19%~65%;通过比较4种扰流内构件对K_Ga_V的影响可知,U型叶扇的传质强化效果最好,平面叶片的传质强化效果最差。     

高剪切反应器中有机相强化KHCO3/K2CO3溶液吸收CO2研究

在高剪切反应器（HSR）中研究了不同有机分散相对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂的强化效果，并考察了有机相与有机胺溶液复配使用对CO₂吸收率的影响。实验结果表明：环己烷、正庚烷对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂的强化效果明显，甲苯、正辛醇对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂则没有明显的强化效果；CO₂吸收率随HSR转速的增加而增加，随气液比、温度的增加而降低；环己烷对加入二乙醇胺活化的K₂CO₃溶液有较为明显的强化作用，CO₂吸收率最高可提高23%。与文献中不同反应器的对比表明HSR对CO₂具有较高的吸收效率。     

CO2/N2稀释对H2/CH4层流火焰传播特性的影响

利用本生灯-纹影系统实验研究含有CO₂，N₂的掺氢天然气层流预混火焰传播速度，并应用GRI-3.0机理模拟计算不同组分预混燃气绝热火焰温度、敏感性系数及重要自由基浓度等，详细讨论CO₂，N₂的稀释效应.研究表明，GRI-3.0机理能较好地预测掺氢天然气层流预混火焰传播速度；CO₂，N₂稀释组分会显著抑制掺氢天然气层流预混火焰速度及其绝热火焰温度；与N₂相比，CO₂不仅具有较强的热力学效应，且随着CO₂稀释比的增加，火焰中重要自由基H浓度显著减少，抑制氧化反应H+O₂O+OH对燃烧的主导促进效应，使预混燃料的层流火焰传播速度显著降低.     

缝洞型碳酸盐岩油藏注气吞吐EOR效果评价

缝洞型碳酸盐岩稠油油藏以大型溶洞、溶蚀孔洞及裂缝为主要储集空间,非均质性极强,针对此类油藏,注气吞吐是一种有效的开发方式。为了探索缝洞型碳酸盐岩油藏注气吞吐开发效果,设计并制作了适用于缝洞型油藏吞吐室内物理模拟实验装置,从换油率、产气速率、产气量等方面对比分析了4种吞吐介质（CO₂、N₂、先注CO₂后注N₂、先注N₂后注CO₂）的吞吐效果,分析了作用机理。实验结果表明：注气吞吐提高采收率效果显著,最低换油率的N₂吞吐也能达到0.422;CO₂与N₂混合气吞吐中,CO₂溶于原油中能使其黏度降低,N₂由于重力分异作用占据缝洞高部位形成气顶,这种协同作用使得CO₂与N₂混合气吞吐效果好于单一注气吞吐;而在注气顺序上先注N₂后注CO₂吞吐效果更加明显,换油率可达0.861。缝洞型油藏注气吞吐开采是一种行之有效提高采收率的方法,先注N₂后注CO₂混合气吞吐可获得更显著的开发效果。     

超重力吸收与批式解吸工艺结合用于乙醇胺(MEA)-乙醇溶液沼气脱碳的研究

利用超重力反应器对乙醇胺（MEA）-乙醇溶液用于沼气脱碳的吸收性能进行了研究,将批式解吸工艺用于沼气脱碳,对使用了加热器的MEA-乙醇富液的批式解吸性能进行分析。研究发现进液量、进液MEA含量和转子转速的升高以及进气量、进气CO₂含量的降低会提升脱碳效果;最佳转子转速为1 000 r/min,此时当进入超重力反应器的n（CO₂）/n（MEA）<0.4时CO₂去除率可以接近100%;解吸液CO₂负荷最低可以达到0.03 mol/mol;在MEA浓度4.92 mol/L、解吸时间20 min时,单位解吸能耗（释放单位质量CO₂的能耗）达到最低,为3.17 MJ/kg,此时解吸液负荷为0.16 mol/mol。批式解吸可以通过控制解吸时间准确地调节解吸液CO₂负荷,吸收-解吸循环次数的增加不会导致脱碳效果的恶化。     

超重力吸收与批式解吸工艺结合用于乙醇胺(MEA)-乙醇溶液沼气脱碳的研究

利用超重力反应器对乙醇胺（MEA）-乙醇溶液用于沼气脱碳的吸收性能进行了研究,将批式解吸工艺用于沼气脱碳,对使用了加热器的MEA-乙醇富液的批式解吸性能进行分析。研究发现进液量、进液MEA含量和转子转速的升高以及进气量、进气CO₂含量的降低会提升脱碳效果;最佳转子转速为1 000 r/min,此时当进入超重力反应器的n（CO₂）/n（MEA）<0.4时CO₂去除率可以接近100%;解吸液CO₂负荷最低可以达到0.03 mol/mol;在MEA浓度4.92 mol/L、解吸时间20 min时,单位解吸能耗（释放单位质量CO₂的能耗）达到最低,为3.17 MJ/kg,此时解吸液负荷为0.16 mol/mol。批式解吸可以通过控制解吸时间准确地调节解吸液CO₂负荷,吸收-解吸循环次数的增加不会导致脱碳效果的恶化。     

艾比湖湿地季节性冻融土壤温室气体排放规律研究

利用静态箱–气象色谱法对2015年11月—2016年3月艾比湖湿地季节性冻融期土壤温室气体进行观测. 结果表明:季节性冻融期裸地土壤CO₂表现为汇、芦苇和柽柳土壤CO₂表现为源;芦苇、柽柳和裸地土壤CH₄表现为汇,而N₂O表现为源;芦苇、柽柳和裸地土壤温室气体最低值均出现在冻结期（11月—次年2月）且为负通量;不同植被类型下土壤CO₂在融化期（3月末）出现排放峰值,而土壤CH₄和N₂O在冻融交替期(3月初)出现排放峰值;在整个观测期,芦苇和柽柳土壤CO₂、CH₄和N₂O排放峰值高于裸地;温度对季节性冻融期土壤CO₂和N₂O影响显著,均达到显著正相关（P<0.05）,土壤温度能解释芦苇、柽柳和裸地土壤CO₂通量的77%～88%; 土壤质量含水量对土壤CH₄和N₂O影响均达到显著正相关关系（P<0.05）,土壤质量含水量能解释芦苇、柽柳和裸地CH₄和N₂O通量的25%～46%和41%～69%. 表明在干旱区季节性冻融期,温度变化对不同植被类型下土壤CO₂影响较大,而在冻融交替期水分变化对CH₄和N₂O通量影响显著. 芦苇、柽柳和裸地土壤呼吸Q₁₀值分别为2.37,2.58和2.33,不同植被类型基于100 a尺度,土壤温室气体全球增温潜势由大到小依次为芦苇（569.67 kg·hm–2）、柽柳（152.09 kg·hm–2）、裸地（–861.50 kg·hm–2）.      

二氧化碳在地层水中的溶解度测定及预测模型

考察H₂S、CO₂等酸性气体在液体介质中的溶解度对同区块不同井或同井不同井段油套管腐蚀、开裂及氢脆等环境断裂情况的影响,基于模拟油气井环境下CO₂溶解度的测试装置,开展CO₂在不同温度、压力及矿化度下的溶解度试验,采用灰色关联度法从温度、压力及矿化度3个方面对CO₂溶解度进行敏感性分析,得到CO₂溶解度与温度、压力及矿化度之间的相关性,基于试验数据及改进的P-R状态方程,采用逸度系数模型与混合规则相结合的方法,拟合分析预测结果与模型中二元交互作用参数之间的相关性,得到二元交互作用参数,修正完善CO₂在地层水中溶解度的预测模型,计算CO₂-地层水体系在实验温度(303.15~363.15 K)、压力(5~30 MPa)及矿化度(0~0.7 mol/kg)条件下的相平衡数据。结果表明CO₂溶解度随压力变化存在转变压力(本文实验条件下的转变压力为15 MPa),在转变压力以下,CO₂溶解度随压力增加更快;温度为CO₂溶解度的主控因素,压力次之,矿化度最小;CO₂溶解过程受温度、压力及矿化度3种因素的混合控制,其溶解度变化趋势主要依赖于CO₂气体分子在水溶液中的溶解速度和逃逸速度;优化的预测模型是准确、可靠的。     

缝洞型油藏氮气扩散系数测定及影响因素

针对塔河缝洞型油藏注氮气提高采收率深层次机理认识有待提高的问题，开展了该类型油藏条件下注氮气扩散系数影响因素的研究，采用压力衰竭法测定了氮气在油相和填充介质中的扩散系数，分析了原油黏度、气体组成、填充类型及流体饱和度对氮气扩散系数的影响。结果表明，氮气在稠油中的溶解度、扩散系数均低于稀油，但压力敏感性高于稀油；氮气中混合二氧化碳促进注入气在原油中的扩散。氮气在垮塌、砂泥和致密等3种常规缝洞油藏填充介质的扩散结果显示，填充介质的致密程度增加，氮气向填充介质内部扩散越困难，且致密介质中氮气的扩散系数达到固体扩散系数的级别（×10^-11 m²/s）；含水饱和度的增加减缓了氮气在填充介质中的扩散。首次测量了氮气在缝洞型油藏高温高压条件（温度>100℃，压力>20 MPa）下原油及填充介质中的扩散系数，并分析了相关影响因素，深化了缝洞型油藏注气提高采收率机理认识，为现场注气应用提供相应的理论指导。     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤呼吸的影响

阔叶红松(Pinus koraiensis)林是我国东北东部山区的地带性顶极植被,全球氮沉降增加可能影响其碳循环的各个过程。在2010年和2011年的5—10月,对典型阔叶红松林进行了模拟氮沉降实验。实验设置了对照(N₀, 0 kg/(hm²·a))、低氮(N₁, 30 kg/(hm²·a))、中氮(N₂, 60 kg/(hm²·a))和高氮(N₃, 120 kg/(hm²·a))4种模拟氮沉降处理,每隔半个月采用Li-6400-09便携式CO₂/H₂O气体分析仪对土壤呼吸速率进行测定,研究了氮沉降对典型阔叶红松林土壤呼吸的影响。结果表明:① 各处理土壤呼吸速率的季节变化与5 cm深度的土壤温度相似,均呈现出明显的季节变化趋势,最大值出现在6月中旬(3.84～4.55 μmol/(m²·s)),最小值出现在5月初(1.37～1.84 μmol/(m²·s)),土壤温度的变化可解释土壤呼吸速率季节变化的49.9%～69.2%。② 各处理的土壤呼吸速率与土壤温度呈指数相关(R²=0.499～0.692),土壤呼吸速率与土壤温度、湿度及其相互作用的回归模型可以解释各处理土壤呼吸速率52.2%～73.5%的季节变异; ③ N₀、N₁、N₂和N₃样地土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值分别为2.10、1.93、1.97和2.01; ④ 各处理样地土壤呼吸速率的平均值分别为3.09、2.78、3.06和2.90 μmol/(m²·s),与对照样地N₀相比,土壤呼吸速率和凋落物量无明显相关(P> 0.05)。