突出煤样与非突出煤样低温氮吸附实验研究

为研究煤样吸附能力和煤与瓦斯动力现象的关系,针对突出煤与非突出煤的吸附能力差异问题,应用物理化学吸附仪对6组突出与非突出煤进行低温氮吸附实验,得到低温氮吸附等温线,运用BET吸附理论对实验数据进行分析。实验及分析结果表明:突出煤吸附量、拐点斜率、脱附滞后量大于非突出煤,突出煤吸附等温线变化趋势为单调递增,非突出煤样局部范围内出现下降趋势;突出煤样C值较非突出煤样C值低,突出煤样孔隙中的吸附质更容易脱附。以此为依据来判断煤是否具有突出性,可为预防煤与瓦斯突出事故提供技术方法。     

CO_2/CH_4在伊利石中的吸附特性研究

采用巨正则蒙特卡洛方法,对CO_2/CH_4混合物在页岩储层黏土矿物—伊利石孔隙结构中的吸附特性进行研究。模拟结果表明,随着地层深度的增加,在同一CO_2注入比例下,CH_4的吸附量呈现先增加、后趋于平缓的趋势;CO_2的吸附量变化较大,在CO_2注入比例不超过2时,吸附量先增加,在1Km左右(CO_2超临界点对应的地层深度附近)达到最大,然后开始下降,并逐渐趋于平缓,CO_2注入比例大于2时,吸附量先增加,在1Km左右达到最大,然后开始下降,之后又开始逐渐上升,并在地层5Km处时,趋于一个稳定值。随着CO_2注入比例的增加,同一地层深度处,CH_4的吸附量逐渐变小,且减小的趋势逐渐变缓;CO_2的吸附量逐渐增大,且增大的趋势逐渐变缓,而在地层5Km处时,当注入比例大于2时,CO_2的吸附量已达到饱和,不再随注入比例的增加而变化。通过对这些规律的研究和分析,并结合页岩气藏实际的开发条件,可为页岩气藏的高效开发提供一定的理论依据。     

基于灰色关联法的褐煤燃烧阶段指标气体分析与优选

为了研究煤矿火灾期间气体的生成规律,从平庄瑞安煤业采集褐煤煤样,对煤样进行了管式炉程序升温实验,得到不同温度下CO、CH_4、CO_2、C_2H_4、C_2H_6、C_2H2、C3H8等气体的体积分数,并采用灰色关联法分析各种气体的体积分数及气体比值与褐煤燃烧温度的关联度,得出以下结论:CO_2/△O_2、C_2H_2/C_3H_8的气体比值及CO的体积分数与褐煤燃烧温度关联度较高,关联度在0.7以上。CO的体积分数在200℃~350℃之间随着温度的升高而增加,350℃~400℃缓慢降低,400℃~438℃明显降低;CO_2/△O_2的比值在200℃~400℃之间随温度的升高而增加,400℃~438℃有所缓慢降低;C_2H_2/C_3H_8的比值随温度的升高而增加。可以把CO_2/△O_2的比值、C_2H_2/C_3H_8的比值、CO的体积分数作为火情监控的最优指标用来反映褐煤燃烧阶段的温度变化情况,从而有利于矿井火区对火情的监控与处理。     

温度对煤吸附瓦斯特性影响的实验研究

为了研究温度对煤吸附瓦斯特性的影响对于深部高温瓦斯矿井进行通风设计及煤层气资源评价的指导意义,利用瓦斯吸附装置,对不同煤样进行不同温度下吸附等温线及吸附常数的测定。实验表明：吸附常数b与温度T较好的符合负指数关系;而随着温度的升高,吸附常数a值变化不大,可以认为是某一恒定值。     

改性白云石制备CO_2吸收剂的活化条件优化

为了确定利用NaNO_3改性白云石制备CO_2吸收剂MgO-CaCO_3的制备工艺,本文利用热重分析仪研究了活化条件对钙镁复盐吸收剂活化程度及活化后所得吸收剂吸收性能的影响.研究结果表明活化温度越高、活化时间越长、活化气氛用空气代替N_2时,NaNO_3改性白云石制备的钙镁复盐在活化过程中的失重量越大.然而活化后所得吸收剂的CO_2吸收性能并不与样品在活化过程中的失重量成正比.结合钙镁复盐MgCO_3-CaCO_3的分解反应机制和熔融的NaNO_3通过离子液体通道促进离子扩散机制,分析了活化条件对吸收剂吸收性能的影响机理.样品活化过程过于剧烈会增大CaCO_3晶粒和MgO晶粒之间的间距,减弱CaCO_3对MgO基吸收剂CO_2吸收能力的促进作用,得到在高温条件下基本无CO_2吸收能力的独立的MgO吸收剂.     

考虑水蒸气压力的平衡水页岩等温吸附

基于改进的容积法等温吸附实验装置,分别测量了甲烷在干燥、平衡水条件下的页岩等温吸附曲线,实验温度为303.15,323.15和353.15 K,实验最高压力达20 MPa,实验数据采用修正的Langmuir方程进行拟合.在开展平衡水页岩吸附实验时,考虑了水蒸气压力,认为实验气体为甲烷与水蒸气混合气体,重新计算了混合气体中甲烷吸附量,并从吸附热力学角度阐述考虑水蒸气压力的意义,最后在地层条件下讨论了水蒸气压力对页岩吸附的影响.结果表明,考虑/未考虑水蒸气压力的平衡水页岩Langmuir最大吸附量分别为0.053和0.039 mmol/g,未考虑水蒸气压力的甲烷吸附量被低估26.4%.干燥页岩的等量吸附热为11.6 k J/mol,考虑与不考虑水蒸气压力的平衡水页岩等量吸附热分别为10.7和12.3 k J/mol,由于水分优先吸附于能量较高的吸附位,在水分存在情况下,平衡水页岩对甲烷的等量吸附热应该小于干燥页岩,因此,经水蒸气压力校正后的等量吸附热更加符合热力学一致性.在地层条件下,水蒸气压力对页岩吸附的影响分为两个阶段:(1)浅埋藏阶段(地层深度小于700 m),此阶段由压力梯度主导,压力梯度越大,水蒸气压力对吸附的影响越大;(2)深埋藏阶段(地层深度大于700 m),此阶段由压力梯度和温度梯度同时控制,压力梯度越大,温度梯度越小,水蒸气压力对吸附的影响越大.     

CO_2-CH_4体系热力学性质(PVTx)研究进展

开展CO_2-CH_4体系热力学性质研究,可以为注CO_2强化非常规天然气开采中气藏内CO_2-天然气混合流体的流动、扩散及运移研究提供必要的基础热物性数据,具有重要的科学意义和研究价值.本文综述了基于压缩因子测量方法和密度/体积测量方法的CO_2-CH_4体系热力学性质实验研究、不同类型热力学状态方程研究的国内外现状,总结了现有研究的不足及研究动向.研究分析得出主要研究趋势包括:实验测量深层、超深层气藏高温高压(超高压)条件下CO_2-CH_4体系的高精度密度数据;开展高CO_2浓度(x0.90)CO_2-CH_4体系在临界区温度压力条件下的密度测量实验研究,分析其相态和PVTx变化规律;建立或发展适用于以上温度、压力条件的状态方程,准确预测CO_2-CH_4体系热力学性质变化规律.本研究为今后CO_2-地下流体混合体系的热力学性质研究提供了参考和借鉴.     

吸附制冷中CaCl2-NH3的化学吸附前驱态研究

作为一种化学吸附制冷工质对, 在吸附制冷条件下, CaCl₂-NH₃在发生化学吸附之前, 由于van der Waals力相对于化学反应力作用距离比较长, 所以一般要先发生物理吸附. 这个状态称为化学吸附前驱态. 通过控制氯化钙不同的膨胀、结块现象, 在氨络合物的屏蔽系数作用下实现NH₂气体分子与Ca²⁺之间不同的距离长度, 从而得到了不同的化学吸附前驱态. 结果表明, 吸附剂发生严重膨胀现象而没有发生结块现象时, 由于化学吸附前驱态中NH₃气体分子与Ca²⁺之间距离较长, 吸附过程所需要的活化能增加, 吸附剂在反复的吸附、解吸过程中出现衰减现象. 而在吸附剂发生结块现象时, 由于NH₃气体分子与Ca²⁺之间距离受到有限空间的控制, 从化学吸附前驱态过渡到化学吸附态所需要的活化能相对较小, 其吸附性能不再出现衰减趋势. 利用化学吸附前驱态研究了吸附制冷等压线, 结果也表明, 在Ca²⁺的分布没有对NH₃气体分子的渗透性能产生影响的前提下, 化学吸附前驱态对试验结果起着决定性作用.     

添加剂对溴化锂溶液及水表面张力影响的理论和实验研究

为了揭示添加剂对表面张力的影响, 利用Wilhelmy平板法分别在封闭和暴露的条件下测量了水和溴化锂溶液在液体添加剂(2EH, 1-Octanol)作用下的表面张力, 发现在暴露条件下, 溴化锂溶液的表面张力表现出振荡性. 测量了气体添加剂作用下的水和溴化锂溶液的动态表面张力, 结果显示气体添加剂对表面张力有显著影响. 对于水, 其动态表面张力还与待测溶液的质量具有一定关系, 而对于溴化锂溶液, 待测溶液质量对动力表面张力的影响很小. 据实验观察, 提出了表面张力和表面吸附浓度成线性关系的假定, 修正了表面吸附和脱附方程, 统一了表面吸附系数和脱附系数量纲. 在此基础上, 把添加剂在液体状态下和气体状态下对溶液表面张力的影响统一起来, 得出了在添加剂液体和蒸汽的综合作用下, 静态和动态的表面张力与添加剂在液体和/或气体中比例含量的理论关系式. 并用实验值验证了理论关系式.     

添加剂对溴化锂溶液及水表面张力影响的

为了揭示添加剂对表面张力的影响, 利用Wilhelmy平板法分别在封闭和暴露的条件下测量了水和溴化锂溶液在液体添加剂(2EH, 1-Octanol)作用下的表面张力, 发现在暴露条件下, 溴化锂溶液的表面张力表现出振荡性. 测量了气体添加剂作用下的水和溴化锂溶液的动态表面张力, 结果显示气体添加剂对表面张力有显著影响. 对于水, 其动态表面张力还与待测溶液的质量具有一定关系, 而对于溴化锂溶液, 待测溶液质量对动力表面张力的影响很小. 据实验观察, 提出了表面张力和表面吸附浓度成线性关系的假定, 修正了表面吸附和脱附方程, 统一了表面吸附系数和脱附系数量纲. 在此基础上, 把添加剂在液体状态下和气体状态下对溶液表面张力的影响统一起来, 得出了在添加剂液体和蒸汽的综合作用下, 静态和动态的表面张力与添加剂在液体和/或气体中比例含量的理论关系式. 并用实验值验证了理论关系式.     

倾斜圆管内超临界压力CO_2流动换热数值分析

对超临界压力CO_2在内径为10 mm、加热长度为2000 mm、倾斜角度α=45°的倾斜光管内向上和向下两个方向的流动与传热行为进行数值计算.采用SST k-ω低雷诺数湍流模型,通过超临界压力CO_2在垂直光管内向上流动传热的实验数据验证了计算模型的可靠性和准确性,分析了倾斜圆管内壁温度T_(w,i)和对流换热系数h沿圆管轴向和周向的变化规律.基于超临界压力CO_2在类临界温度T_(pc)处发生类气-类液"相变"的"类沸腾"假设,研究了超临界CO_2在倾斜圆管内不同方向流动时顶母线壁温分布产生差异的原因,通过获取圆管横截面内速度分布、物性分布和湍流分布等详细信息,重点分析了产生这一差异的传热机理.计算结果确定了类气膜厚度、轴向速度u、湍动能k和黏性底层厚度δ_(y+=5)是影响不同流动方向时顶母线壁温分布差异的主要因素.     

基于ATmega8的智能CO_2变送器

本文以一种固态电化学型二氧化碳(CO_2)传感器TGS4161和ATmega8单片机为基础,提出了实现智能CO_2变送器的一种设计方素.该系统的特点是采用软硬件相结合的方法来弥补传感器自身所存在的不足.实验结果表明,该系统能够实现CO_2检测功能,而且成本较低,具有很高的实用价值和广泛的应用前景.     

页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型

页岩富含纳米孔,且吸附气占总气量可高达85%,因此页岩气表面扩散对气体传输具有重要的作用.页岩气藏压力高,页岩表面能量非均质性强,吸附气非等温解吸附等,均加剧了吸附气表面扩散模拟的复杂性.基于低压条件下推导的Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了页岩吸附气表面扩散模型.同时,该模型还考虑了页岩表面能量非均质性、等量吸附热和非等温解吸附对表面扩散的影响.研究表明:1)表面扩散系数随压力的增大而增大,随温度的升高而增大,随表面活化能的减小而增大,随气体分子量的减小而增大;2)黏性流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,主要受孔隙尺度和压力的控制;3)表面扩散在微孔(半径2 nm)中,对气体传输贡献大,可高达92.95%;在宏孔(半径50 nm)中,贡献低于4.39%,可忽略;在介孔(2半径50 nm)中,表面扩散的贡献介于微孔和宏孔之间.     

SiO_2气凝胶对废水中硝基苯的吸附性能研究

选用疏水型SiO2气凝胶作为吸附剂,研究SiO2气凝胶对废水中硝基苯的吸附性能,考察溶液的pH值、温度、吸附时间、SiO2气凝胶添加量等因素对吸附率的影响,并结合Freundlich等温吸附方程,探讨SiO2气凝胶对溶液中硝基苯的吸附规律和吸附机理.结果表明,最佳吸附条件为温度25℃,pH8.35,SiO2气凝胶的添加量为3.33 g/L、振荡时间为30 min,此时疏水型SiO2气凝胶对废水中硝基苯的吸附率可达68.76%,吸附容量可达7.29 mg/g.SiO2气凝胶对废水中硝基苯的吸附性能与气凝胶的疏水性、有机溶液比表面积以及气凝胶的结构特性有关.     

温度、应力对含瓦斯煤渗透特性影响的实验研究

采用自主研发的温控三轴瓦斯渗透实验装置,以深部高地温矿井煤样为对象,研究了温度、围压和瓦斯压力等参数对煤体渗透特性的影响。采用控制变量法分析了不同条件下渗透率随孔隙压力、围压和温度的变化。实验温度范围30℃~50℃,应力3~5 MPa,瓦斯压力1~4.5 MPa。研究结果表明:在相同围压条件下,煤样渗透率随孔隙压力增大先减小后增大,变化曲线呈二次函数关系;实验温度范围内,煤样渗透率随着温度升高逐渐下降;渗透率随围压增大逐渐减小。     

基于AUSMV算法的井筒气液两相流瞬态流动规律模拟研究

在深层油气藏钻进中,由于井筒与地层连通且安全密度窗口较窄,极易发生物质交换,导致溢流、漏失以及溢漏同存频发,进而引起井筒内的复杂多相流动。为了实现精确控压、确保井控安全,需要掌握各种工况条件下井筒多相流动规律。针对井筒内的复杂多相流动,基于漂移模型建立井筒气液两相流瞬态流动模型,并利用高计算精度的AUSMV格式进行求解。借助MATLAB软件,编程模拟气侵下井筒内的气液两相流动规律,分析气侵量、滑脱速度等参数对井底压力、井口套压、气体速度以及气体体积分数的影响。结果表明:气侵量越大,井底压力、井口套压越大,气体体积分数达到100%的速度越快,气体逆流现象越明显;滑脱速度越大,井底压力和井口套压达到稳定状态的时间越短,气体的运动速度越大,气体体积分数几乎不受滑脱速度的影响;流动参数对井口套压、井底压力和气体体积分数影响较小。该研究可以对精确计算关井后的相关压井参数起到一定的理论指导意义。     

改性秸秆膨胀床与固定床吸附去除SO_4~(2-)

含硫酸根离子(SO42-)废水可对环境造成危害,在排放之前需降低SO42-浓度.本文利用改性秸秆阴离子吸附剂制备吸附柱,分别在膨胀床和固定床操作下进行动态吸附实验,研究改性秸秆阴离子吸附柱去除SO42-的性能.结果表明,在改性秸秆膨胀床操作中,膨胀率随流速提高而线性增大;随膨胀率的增加,膨胀床去除SO42-的穿透时间缩短,柱吸附量降低,膨胀率不宜大于25%;在改性秸秆固定床操作中,随高径比的增加,吸附柱去除SO42-的穿透时间延长;而随进水SO42-浓度和流量的增加,床层工作时间显著缩短;在实验流量下,膨胀床的处理效果略优于固定床.SO42-解吸实验表明,0.1 mol/L NaOH溶液解吸效果最佳,是合适的吸附柱再生液.     

大型水泥分解炉O_2/CO_2燃烧的数值模拟研究

水泥行业是CO_2排放量仅次于电力行业的第二大源头, CO_2引起的温室效应正不断加剧,因此CO_2减排刻不容缓,水泥炉窑O_2/CO_2燃烧技术在CO_2减排方面具有很大的应用价值.本文选取3200 t/d水泥生产线TTF型分解炉为研究对象,采用天河二号超级计算机,开展大规模并行计算CFD仿真数值模拟,研究了煤粉混合空气燃烧与煤粉混合O_2/CO_2燃烧对炉内速度场、温度场、物料组分分布及NOx浓度分布的影响.结果表明:O_2/CO_2燃烧技术与常规空气助燃方式相比,炉内速度场分布及生料分解率基本一致,不会影响分解炉的正常工作,而且炉内超温区域减少,高温刷墙现象得到有效缓解;同时分解炉出口排放的NOx浓度极大减少,由995 mg/m3大幅降低至96 mg/m3,从而可以取消后续脱硝处理工艺,节省投资;另外,分解炉出口烟气中近乎纯净的高浓度CO_2也非常有利于回收再利用,可以有效缓解温室效应.     

高吸水性能的新型复合吸附剂SiO2·xH2O·yCaCl2的孔隙结构测试与分析

介绍了一种由粗孔球形硅胶和氯化钙组成的新型复合吸附剂SiO₂·xH₂O·yCaCl₂. 为了分析它的吸附机理, 对粗孔球形硅胶和4个不同氯化钙含量的复合吸附剂, 采用扫描电子显微镜技术和ASAP2010吸附仪测试了它们的氮气吸附/解吸等温线、BET比表面积、孔径分布、孔容和平均孔径. 通过分析吸附、解吸等温线和滞后圈的形状, 推断出了粗孔球形硅胶和复合吸附剂的孔道结构主要包括两种类型: 一端开口的圆锥形和两端开口的圆锥形或双曲锥形管状孔隙. 通过对比分析孔径的分布, 结合滞后圈的形状, 给出了氯化钙在粗孔球形硅胶孔隙中填充过程的示意图. 实验测得了复合吸附剂和常用吸附剂(粗孔球形硅胶、细孔球形硅胶和分子筛13X)的25℃吸水等温线, 结果表明: 复合吸附剂的吸水量明显高于常用吸附剂的吸水量, 并结合孔隙分析结果对吸附等温线和液解现象进行了分析.     

燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理研究

提出燃煤串行流化床置换燃烧分离CO2机理，分析了水煤气反应、金属载氧体还原反应热力学关系特性；基于Aspenplus软件，NiO／Ni为载氧体，建立了串行流化床燃料反应器内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型，对煤置换燃烧分离CO2进行了模拟，研究了燃料反应器温度、水煤比和空气反应器温度对燃料反应器气体产物、载氧体循环倍率以及载氧体理论反应倍率等过程参数的影响；研究结果表明，随着燃料反应器温度的提高，燃料反应器气体产物中H2O体积含量略有升高，相应的CO2体积百分比下降，CO含量的上升比较迅速；煤中硫转化成SO2和H2S排出，两者随燃料反应器温度呈现轴对称、趋势相反的变化关系，SO2随反应温度升高而逐渐递增，而H2S逐渐递减；载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加，随空气反应器温度呈幂指数级递减，而与水煤比呈线性增加关系，研究结果为进一步试验研究提供了理论依据和参考．