高温下掺氢天然气层流预混火焰传播特性

利用本生灯-纹影系统及CHEMKIN-PRO对高温下掺氢天然气层流预混火焰传播速度进行实验及数值模拟研究,并从热力学及化学动力学效应方面讨论了初始温度对掺氢天然气层流预混火焰传播特性的影响.结果表明:GRI-3.0机理能较准确地预测293~500K条件下的掺氢天然气层流预混火焰传播速度;在相同初始温度下,混合物层流预混火焰传播速度在高掺氢比时增幅更显著;在相同当量比下,混合物层流预混火焰传播速度及绝热火焰温度随初始温度的升高呈近线性增加;高温下,H自由基浓度的增大进一步增强了H+O₂=O+OH对整体燃烧反应的促进作用,使混合物层流预混火焰传播速度显著加快.     

掺氢对二甲醚预混层流燃烧特性的影响

利用定容燃烧弹试验和化学反应动力学数值模拟相结合的方法,研究了不同氢气掺混比下的二甲醚-氢气-空气预混层流火焰特性,分析了氢气掺混量(掺氢比)对二甲醚预混层流燃烧速度、绝热火焰温度以及火焰中主要活化自由基的影响。试验结果显示:随掺氢比的增大,混合气体的层流燃烧速度、绝热火焰温度逐渐增大,且在掺氢比小于80%时增大幅度较小,在掺氢比大于80%时,增大幅度较大;掺氢比较小时,混合燃料燃烧初期,火焰中会有一定量的氢气生成,说明混合燃料燃烧过程中,二甲醚会被优先氧化分解,在掺氢比较小的混合燃料燃烧过程中二甲醚的氧化分解占主导地位;随掺氢比的增大,火焰中自由基的浓度逐渐增大,大掺氢比时H自由基浓度增大幅度更为明显,H自由基浓度随掺氢比增大的剧增导致层流燃烧速度的剧增。     

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.      

水蒸气对合成气层流火焰传播特性的影响

选用Davis-机理模拟研究初始温度400 K时,含有水蒸气的合成气/空气预混层流火焰传播特性.结合敏感性分析,从热力学效应、直接化学反应效应及化学三体反应效应方面详细分析水蒸气稀释作用.研究结果表明:当燃料中氢气的体积分数大于25%时,层流火焰传播速度、绝热火焰温度及重要自由基摩尔分数均随稀释剂比例的增加显著降低;在水蒸气整体稀释作用中,热力学效应起支配作用;随氢气体积分数的增加,当混合物当量比较小时,直接化学反应效应影响从促进作用发展为抑制作用;当稀释剂较少时,化学三体反应效应影响存在显著的抑制—促进—抑制作用的变化过程.     

不同初始条件下页岩气层流燃烧火焰结构分析

应用Chemkin4.5中预混层流火焰速度模型,调节燃烧初始条件,针对页岩气层流燃烧的火焰结构开展了研究.探讨了页岩气层流燃烧时,初始温度、初始压力和氮气稀释度对页岩气反应物、生成物和自由基摩尔分数的影响,分析了H+OH基摩尔分数峰值和绝热火焰温度的变化规律.结果表明:当燃烧初始温度升高时,燃烧反应速度加快,H+OH基摩尔分数峰值提高,页岩气预混层流燃烧速度加快;燃烧反应速度随初始压力的增大而加快,自由基摩尔分数下降,由于反应速度的增加小于密度的增加,火焰传播速度下降;由于反应物裂解作用减弱,初始压力增大时,绝热火焰温度提高;氮气稀释度升高,空燃比提高,反应物、生成物和自由基摩尔分数下降,绝热火焰温度降低,燃烧速度下降.     

高CO2含量天然气偏差因子影响研究

天然气偏差因子是天然气物性参数和地质储量计算的基础,其不仅受温度压力的影响,也是天然气组分与组成的函数。目前,对低含量CO₂的天然气偏差因子计算方法精度较高,但对以DF气田典型代表的高含CO₂天然气偏差因子,其计算精度难以得到保障。针对不同CO₂含量天然气采用PVT实验方法,分析了CO₂含量对天然气偏差因子的影响规律,并以实验结果为基础,用麦夸特法及通用全局优化法修正了DAK计算天然气偏差因子经验公式。结果表明,与重烃（乙烷、丙烷）对天然气偏差因子的影响规律相似,CO₂的存在明显降低了天然气的偏差因子,且影响幅度随CO₂含量增加而逐渐增大;当CO₂含量较低时,DAK经验公式能够较准确计算天然气偏差因子,而当CO₂含量大于50%时,应用修正的DAK经验公式能够获得满意的效果。     

CO2对Fe2O3催化剂NH3-SCR脱硝性能影响

考虑到CO₂是固定源和移动源废气中的主要组分,Fe₂O₃是铁基催化剂中的重要活性物质,研究了CO₂对Fe₂O₃催化剂NH₃-SCR脱硝性能的影响.结果表明,CO₂的加入在300℃以下明显抑制了催化剂的NH₃-SCR性能.这主要是因为CO₂的存在改变了催化剂表面NH₃/NO_x的吸附行为,从而影响了NH₃-SCR反应.原位漫反射傅里叶变换红外光谱和程序升温脱附实验结果表明,CO₂可以被吸附活化成碳酸盐物种;这些碳酸盐物种可以作为新的酸性位点吸附NH₃物种,促进催化剂对NH₃的吸附;但同时CO₂和NO_x之间存在竞争吸附,这会导致催化剂表面生成的关键NO₂物种和硝酸盐物种的减少,从而...     

Mg-MOF-74对CO2/CH4吸附分离的分子动力学模拟及气体吸附性能研究

天然气是一种环保型能源并且可被广泛用做化工原料，但是其中的CO₂会严重影响天然气的热值与输送性能，因此对天然气中的CO₂进行有效脱除尤为重要。选用Mg-MOF-74作为吸附剂，采用分子动力学模拟计算方法分析Mg-MOF-74对CO₂/CH₄吸附分离性能的影响。模拟计算结果显示，在一定的温度、压强条件下，CO₂比CH₄更容易与Mg-MOF-74的金属位点相结合，Mg-MOF-74对CO₂气体的相互作用力更强，从而证明Mg-MOF-74对CO₂的吸附能力也更好。为验证模拟结果的准确性，制备了Mg-MOF-74并测试了其CO₂/CH₄吸附性能，实验结果与模拟结果一致，证明Mg-MOF-74对CO₂有很高的选择性。     

高CO2含量气藏物质平衡方程及其动储量评价

针对高CO₂含量天然气在气藏衰竭式开发过程中存在的溶解气释放效应导致动储量无法得到有效评价的问题,建立了考虑水侵、应力敏感效应、水蒸气含量以及溶解气释放效应的物质平衡方程。采用PVT实验研究了CO₂含量分别为3.18%~53.90%的天然气混合物在压力由53.01 MPa降低至3.01 MPa的溶解度变化情况,回归得到了溶解度的预测模型。为了研究高CO₂含量对气藏的动储量评价方面的影响,分别利用压降法、考虑应力敏感储量计算模型、考虑应力敏感、水蒸气含量及水蒸气膨胀量的储量计算模型,以及针对高CO₂含量提出的计算模型对A气藏动储量进行计算。研究结果表明,不考虑高CO₂含量天然气的释放效应计算得到的动储量结果普遍偏高,误差范围在（0.69~2.55）×10⁸ m³,因此,高CO₂含量天然气的释放效应在气藏的动储量评价过程中不能被忽略。     

电荷与应变协同调控g-C9N7膜对CO2吸附和渗透特性的研究

为了有效捕获和分离CO₂，提出了一种电荷与应变协同调控的气体捕获和渗透的新方法，该方法具有可逆性和动力学可控的优点。采用分子动力学(MD)模拟和基于第一性原理密度泛函理论(DFT)计算，分析了不同电荷密度和拉伸应变控制下的多孔g-C₉N₇纳米片对CO₂捕获和渗透的影响规律。通过电荷调控策略，CO₂分子渗透率高达5.94×107 GPU(即0.019 899 mol/(s·Pa·m2))。另外，CO₂渗透率随拉伸应变率的增加而增大，拉伸应变率为7.5%的g-C₉N₇薄膜的最大渗透率为3.61×107 GPU(即0.012 094 mol/(s ·Pa ·m2))。在此基础上，采用负电荷与应变工程相结合的方法研究二者的协同效应，在负电荷为1 e、拉伸应变率为3.0%的条件下，CO₂渗透率达到3.18×107 GPU(即0.001 065 mol/(s ·Pa ·m2))。此时CO₂渗透率是仅施加1 e时CO₂渗透率的9倍，是仅添加3.0%应变率时CO₂渗透率的8倍。研究结果为开发具有CO₂捕获和分离高度可控的高性能材料提供了理论指导。     

CO2和N2惰化条件下合成气可燃下限实验研究

利用自主搭建的可燃极限实验系统,对含有CO₂和N₂的合成气可燃下限进行实验研究,并对Le Chatelier公式进行校核.结果表明,合成气可燃下限随含氢量的增加而降低,由于反应控制机理的影响效应,少量氢气的加入对混合物可燃下限具有显著影响;合成气可燃下限随N₂和CO₂比例的增加近似线性升高,而CO₂较强的热效应及化学效应使其对混合物可燃下限的影响更显著;由于Le Chatelier在推导过程中对化学反应作用的简化及忽视,使其对含氢量较低及惰化比例较高的合成气可燃下限的预测准确性较差,且计算结果不能区分不同惰性气体对合成气可燃下限的影响差异.     

铝合金污泥中可燃气体的产生机理

基于污泥量、静置时间、除菌前后的产气实验，结合扫描电镜、粒度分析、元素分析、微生物群落分析等手段测试产生气组分、分析产气规律，并研究产气机理.实验结果表明:污泥产生气的成分为H₂，CO₂及少量CH₄.污泥产气量与污泥中细菌含量成正比.产气机理为污泥中的细菌在代谢过程中产生H₂和CO₂的同时，形成的酸性环境腐蚀了污泥颗粒表面氧化层并形成孔洞，污泥中水分沿孔洞进入颗粒内部与合金发生产氢反应，提高了产生气中H₂的比例.H₂和CO₂为污泥中的甲烷杆菌目细菌提供代谢原料，促进CH₄产生.     

合成条件对高硅SSZ-13分子筛膜单气体渗透性能的影响

采用2次水热合成法在多孔莫来石支撑体外表面上制备高硅SSZ-13分子筛膜,考察了合成溶胶中的Si/Al比、晶化时间、晶化温度、H₂O/SiO₂比对合成高硅SSZ-13分子筛膜的单气体渗透性能的影响.高硅SSZ-13分子筛膜的CO₂和CH₄的单气体渗透性能依赖于合成溶胶中的Si/Al比,Si/Al比越高,越有利于气体分离.其次,合成溶胶中H₂O/SiO₂比和晶化条件也能够影响分子筛晶体形貌、分子筛层厚度以及分子筛膜的单气体渗透性能.当合成溶胶的摩尔配比为1.000 SiO₂:0.100 Na₂O:0.100 TMAdaOH:80.000 H₂O:0.005 Al₂O₃,晶化时间和温度分别为48 h和160 ℃时,制备的高硅SSZ-13分子筛膜具有最佳的单气体渗透性能,对CO₂的渗透速率可达到3.0×10^-7 mol· m^-2·s^-1·Pa^-1),CO₂/CH₄的理想选择性为39.     

煤层注N_2促排瓦斯时效性实验研究

为了研究煤层注弱吸附性气体强化瓦斯排放的过程和效果,利用自行搭建的煤层注气驱替实验装置,进行了注N_2驱替CH_4实验.实验结果表明:注N_2驱替煤层CH_4具有时效特性,排出CH_4体积分数逐渐衰减,流量先升后降.注气压力对驱替CH_4效果显著,注气压力越高,驱出CH_4体积分数衰减越快,驱出气体流量越大,增流效应越明显;相同时间内,注气压力越高,累计驱出CH_4体积越大,促排效果越明显.结合实验过程中二元气体物理状态变化规律,认为注N_2促排煤层CH_4机理有:气体的置换作用、气流的携载作用和气流的稀释扩散作用等.     

层状Cu/ZnO/Al2O3催化剂的制备及其催化CO2加氢合成甲醇的性能

以尿素为沉淀剂, 采用均相沉淀法成功制备了层状Cu/Zn/Al 水滑石化合物. 将前驱体材料经焙烧、还原后得到Cu/ZnO/Al₂O₃ 催化剂, 并将其用于CO₂ 加氢合成甲醇反应. 采用X 射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、热重(thermogravimetric, TG)分析、扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、X射线荧光(X-ray fluorescence, XRF)分析、N₂吸附、H₂ 程序升温还原(H₂-temperature program reduction, H₂-TPR)、氧化亚氮(N₂O)反应吸附、CO₂程序升温脱附(CO₂ temperature program desorption, CO₂-TPD)技术对所制备的样品进行表征. 结果表明, 相对于传统共沉淀法, 以尿素作为沉淀剂, 通过均相沉淀法所制备的前驱体的结晶度更高、催化剂比表面积更大、金属Cu 的分散度更好. 另外, 采用回流处理可以获得更好的效果. 活性评估结果表明, O₂转化率随金属Cu 比表面积的增大而增加, 而甲醇选择性则与催化剂表面碱性位的分布有关. 因此, 采用尿素回流处理均相沉淀法制备的Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂的甲醇收率最高.     

CO2/HCs混合物宽区域黏度模型的热力学研究

 基于Vesovic-Wakeham理论,建立CO₂/HCs二元混合物黏度预测模型,对CO₂/CH₄,CO₂/C₂H₆,CO₂/C₃H₈,CO₂/n-C₄H₁₀和CO₂/iso-C₄H₁₀这5种重要CO₂/HCs二元体系的黏度进行了预测,温度范围为273.15～973.15 K,压力范围为0.1～200 MPa,最大黏度预测值达140 μPa·s。与大量文献实验数据的比较表明,所预测的黏度计算值具有较高的精度,可以满足工程应用的实际要求。     

LaAl0.5Ni0.5O3钙钛矿的制备及其对甲烷干重整的催化性能

采用硬模板法制备比表面积大的介孔LaAl_1-xNi_xO₃钙钛矿催化剂,将其用于碳中和甲烷干重整领域,研究不同温度下的反应活性。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、N₂吸附-脱附(BET)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、热重分析(TGA)对制备的催化剂进行表征。结果表明:LaAl_0.5Ni_0.5O₃催化剂在反应过程中表现出了最优异的活性与稳定性。在反应温度为750 ℃,空速GHSV=36 000 mL/(g·h)的反应条件下, CH₄与CO₂的转化率分别达到69.8%和81.5%,经25 h稳定性测试后CH₄与CO₂的转化率仅分别降低2.7%和3.3%。这是由于在H₂-Ar混合气还原过程中,LaAl_0.5Ni_0.5O₃催化剂获得了比LaAl_0.7Ni_0.3O₃催化剂更多的Ni活性位点,同时获得了比LaAl_0.3Ni_0.7O₃催化剂更优异的抗烧结、抗积碳性能。