N_2/CO_2/H_2O抑制甲烷燃烧数值分析

建立了CH4-O2预混气体等容绝热燃烧、爆炸的零维数学模型,并以此为基础对惰性气体抑制CH4点火、燃烧和爆炸的微观化学动力学过程进行数值模拟.数值计算结果表明,N2,CO2和H2O的加入,大大延长了CH4-O2预混气体的点火延迟时间,同时降低了燃烧反应系统温度.N2,CO2和H2O能有效抑制CH4点火、燃烧和爆炸,一方面源于CH4和O2在混合气体中的摩尔浓度被降低,致使离解出的H,O,OH和CH3自由基减少;另一方面则源于N2,CO2和H2O作为第三体稳定分子参与三元碰撞反应,使高活性的自由基转变成了低活性的稳定分子.相同条件下,CO2和H2O除了重点参与三元碰撞反应外,还不同程度地参与其他链式反应,而N2则是完全不参与其他链式反应.这就导致N2,CO2和H2O的抑燃、抑爆的能力和效果存在差异.     

MCM-41介孔分子筛吸附分离瓦斯组分的分子模拟研究

以自制的MCM-41介孔分子筛为原型,采用圆柱型孔结构模型对CH4,N2,CO2及其多组分混合物在MCM-41介孔分子筛上的吸附行为进行了GCMC模拟。探讨了单组分、双组分和三组分气体在吸附材料上的吸附量随吸附压力变化规律及吸附、分离特征。结果表明,3种组分在吸附材料上的最大吸附量分别为3.75,2.6和7.54mmol/g;CO2/N2,CH4/CO2和CH4/N2的最大分离系数分别为10.4,4.33和3.5.等摩尔3组分混合气体吸附时,CO2在吸附相中被浓缩,CH4和N2在气相中得到适当富集。     

甲烷氧化菌对煤吸附甲烷的氧化特性

在煤样中加入甲烷氧化菌AEM1235菌悬液,充入CH4或CH4与O2的混合气体进行等温吸附实验以测定甲烷氧化菌对CH4的氧化能力.在两种充气条件下的吸附与脱吸附实验结果均显示出气体中CH4量显著减少和CO2增加的变化.在充气5.0 MPa、添加菌液量为18.75%条件下,充CH4气体、CH4与O2的混合气体时的CH4减少量分别可达其饱和吸附量的121.18%和244.39%,表明在高压、缺氧或充氧的条件下甲烷氧化菌对煤样中吸附的CH4均具有吸收和氧化的作用,这种作用随菌量增加或压力升高而加强,并且有O2存在可以促进甲烷氧化细菌对CH4的吸收和利用.该结果表明在地下煤层的高压和缺氧的条件下甲烷氧化细菌仍然具有较强的吸收和氧化煤层中结合态CH4的能力.     

城市生活排水系统废气产排量测算模拟研究——以餐饮污水为例

通过实验室静态模拟试验,研究了城市餐饮污水水质的变化规律,特征气体污染物产生规律,并分析了CH4、CO2、H2S产生量与水质变化规律之间的关联性,计算了各种有害气体的产气系数.结果表明,CH4、CO2、H2S的产排量随着污水停留时间的延长呈上升趋势;CODcr是影响甲烷和二氧化碳产生的主要指标,硫酸根是影响硫化氢产生的主要指标.三者的产气系数分别为：3.71～17.9g/kgCODcr去除量、24.5～40.4g/kgCODcr去除量、1.50～7.10g/kg硫酸根去除量.     

H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附机理

为从微观上探讨H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附的机理,构建C30H14(9个苯环)代表煤局部表面,通过密度泛函理论分析甲烷分子,水分子和煤局部表面之间的相互作用。结果表明,水分子在煤表面的吸附比甲烷分子在煤表面的吸附更加稳定,二者以最稳定吸附构型吸附时的吸附能分别为-13.23 kJ/mol和-10.13 kJ/mol.当甲烷分子与已吸附水分子的煤表面作用时,甲烷分子吸附能显著下降,吸附平衡距离增大,表明水分子能迫使甲烷吸附到不稳定位置。水分子和甲烷共存时,水分子处于吸附状态,甲烷分子处于脱附状态且总能量最低,进而从分子水平表明水和甲烷竞争吸附时水处于主导地位。     

不可采煤层CO2封存的数值模拟

将CO2注入不可采煤层进行封存(CO2-ECBM)能在封存CO2的同时回收甲烷,因而是一项具有良好前景的CO2处置技术。CO2或者CO2/N2混合气注入煤层后在煤层中运移涉及到多组分气体在煤中的吸附、多组分气体以及气、水两相在煤层中的扩散渗流等过程。基于上述过程,建立了考虑煤基质吸附气体后的膨胀效应、能够描述多组分气体在煤层中吸附/解吸扩散渗流过程的数学模型,并采用数值解法对模型进行了求解,与已有的模拟结果比较表明建立的模型是可靠的;利用该模型研究了煤层渗透率、不同气体差异性吸附膨胀系数、煤对CO2/CH4的吸附比、以及注入气体组成对于CO2封存以及煤层气生产的影响,研究结果可以为CO2-ECBM项目的场地条件选择以及工艺参数的优化提供依据。     

瓦斯组分在MCM -41介孔分子筛上的吸附分离特征

矿井瓦斯中CH4与N2和CO2的有效分离是解决低浓度瓦斯回收利用的技术关键为此,利用自制的吸附装置,研究了CH4,N2,CO2及其两相混合物在MCM -41介孔分子筛上的吸附、分离特征结果表明,MCM -41对CO2的吸附选择性最好,CH4次之,N2最差1∶1 mol两相混合气体吸附时,CO2/N2的分离系数最大,其次为CH4/N2,而CH4/CO2在测试压力下无有效分离作用;较低的吸附压力有利于CO2和N2以及CH4和N2的分离     

水对无烟煤吸附CH4和CO2影响机理探究

为探究水分对无烟煤吸附CH4和CO2分子的微观机理,采用材料实验室(Materials Studio)和巨正则系综蒙特卡洛方法,模拟了不同含水质量分数、不同压力下无烟煤对CH4、CO2和H2O (g)的吸附行为.从吸附量、能量角度分析H2O对无烟煤吸附CH4和CO2的影响机制.研究结果表明:3种气体分子的饱和吸附量大小...     

煤岩体吸附膨胀变形与吸附热力学的参数关系

采用吸附容量法测试了不同煤样对CO2,CH4,N2的吸附性能参数,基于所提出的孔隙介质截面吸附润湿长度概念和孔隙结构模型、表面物理化学及弹性力学原理,导出了吸附膨胀应力和应变理论计算公式,并讨论了吸附常数、温度、气体压力、煤岩体比表面积、气体分子吸附截面积等参数对它们的影响·这些公式比现有的公式应用范围广,能方便计算不同约束条件下的吸附膨胀应变和应力·研究还表明煤岩体比表面积和气体吸附分子截面积越大,气体吸附量、煤岩体的吸附膨胀应力及应变越大·     

玉米芯活性炭的制备及储气性能

天然气、氢气、二氧化碳等气体的吸附研究在洁净气体代油燃料的强化存储、温室气体减排、大气治理等方面具有重要意义,其重点内容是高效吸附材料的开发．以玉米芯为原料,采用磷酸活化法制备了含有较高中孔比例的活性炭,其比表面积达到1,610,m2/g,孔容为1.72,cm3/g,中孔体积达到1.14,cm3/g,占孔容的66％．测定了H2、N2、CH4和 CO2在该吸附剂上的吸附等温线．在0.4,MPa 时,CO2对 CH4的选择性达到2.76,对 N2的选择性达到7.63,对 H2的选择性达到42.31,具有良好的分离应用前景．测定了水存在条件下甲烷在该活性炭上的吸附等温线,由于孔尺寸有利于甲烷水合物的生成,因此甲烷吸入量较在干燥吸附剂上提高了82％．根据克劳修斯-克拉佩龙方程计算了甲烷水合物的生成焓为-64.37,kJ/mol．     

SP~3杂化的气体分子在金红石相二氧化钛(110)面吸附规律与特性

采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了sp3杂化气体分子H2O,NH3和CH4在金红石相Ti O2(110)表面的吸附.研究发现:含有氧空位的表面较无氧空位表面更容易吸附气体分子.影响吸附稳定性和吸附能的主要因素是分子的极化率,分子极化率越大,吸附越稳定.表面氧空位对分子负电荷中心的吸附是整个吸附的主要原因.通过差分电荷密度和电荷布居数分析来看,表面与吸附分子存在电荷转移,转移电子数目大小为:NOC,吸附方式为化学吸附,吸附稳定性为NH3H2OCH4.通过态密度、吸收谱和反射谱分析发现,表面氧空位缺陷使材料在费米能级附近出现了态密度峰值,极大地改变了材料的光学性质,占主导作用;而表面吸附H2O,NH3,CH4分子后对表面的光学性质影响相对较低,占辅助作用.O,N,C原子的电子在费米能级附近的态密度贡献为NOC,与转移电子数目顺序一致.相比氧空位表面,吸附CH4后对材料的光学性质影响不大,但吸附H2O和NH3后其吸收系数和反射率有所降低.这为进一步研究该材料的气敏传感特性提供了理论基础.     

气体分离用管状炭分子筛膜

以无机陶瓷管为支撑体、热塑性酚醛树脂为原料,经高温炭化制备了炭分子筛膜.用低温N2吸附的方法测定了炭分子筛膜的比表面积,用扫描电子显微镜对膜的形貌和厚度进行了表征.考察了膜的气体透过率以及气体的理想选择性随温度的变化关系： H2、CO2、O2、N2和CH4的透过率随温度的升高而增大;理想选择性α（H2/N2）、α（CO2/N2）、α（CO2/CH4）随温度的升高而减小,而α（O2/N2）随温度的升高先增大后减小,在90℃左右气体选择性达到最大.最后由阿累尼乌斯公式计算了气体透过炭分子筛膜的活化能, 进一步说明气体透过机理为活化扩散.     

镍催化剂硫中毒的研究

本文研究了CO、H_2S和C_4H_4S在Ni/γ-Al_2O_3上的化学吸附过程。实验证明,用CO在-72℃的化学吸附测定催化剂的金属表面积,是一个可行的方法。CO不吸附在被毒物掩盖的表面上。S复盖度在0.4以下,毒物S对CO在未复盖的镍表面上的吸附没有影响;复盖度超过0.4.随着复盖度增加,S明显地阻碍CO的吸附。10Vpm~(?)H_2S在H_2中的混合气体,在300—500℃下,经过约20小时的化学吸附,形成饱和吸附层,S与表面Ni原子比例为0.53,0.1%(V/V)C_4H_4S在H_2中的混合气体,在20℃经过约20小时的吸附,形成饱和吸附层。表面Ni原子与C_4H_4S分子比例为4.95。噻吩以非解离方式占据着4.95个表面Ni中心。中毒催化剂在600℃,H_2气流下经过约50小时,可以完全再生。     

大气压DBD甲烷二氧化碳转化方法研究

在不使用催化剂,吸收剂的环境友好条件下,利用大气压介质阻挡强电离放电加速电子及激励气体分子方法,将CH4和CO2气体激发、电离和离解成CH3,CH2,CH,H,CO,O,OH等活性粒子,并在非平衡等离子体反应器内重新组合,生成合成气、气态烃及含氧有机物醇、酸等有价值产物,甲烷的转化率高达60%以上,二氧化碳或氮气的加入使甲烷的转化率有明显提高,甲烷与二氧化碳反应气的最佳体积比为3/1.当甲烷体积分数为75%时,可得到H2/CO摩尔比为3的高质量的合成气,收集到的液体产物主要有醇、酸和水等.     

影响燃煤还原气体生成特性的因素

利用傅里叶红外气体分析设备,在自制的固定床反应器上对能够显著影响再燃煤还原气体生成特性的因素进行了实验研究.结果表明,神木煤在N2和CO2气氛下受热生成的还原气体主要有CO、CH4和HCN4·CO2气氛有利于原料煤中的C更多地转化为CO,CH4在N2和CO2气氛下的生成特性及产率相近.O2对神木煤的CO、CH4及HCN的生成特性影响很大,氧的存在降低了CO开始形成的温度及产率,也降低了CH4的生成温度和产率.O2使得HCN开始生成的温度大幅度降低,当w(O2)为6%时HCN的产率明显增加,同时O2的存在还增加了NO的产率.无论是在N2气氛还是在CO2气氛下,快速升温时CH4的产率均高于程序升温时的值,但CO的产率均小于程序升温时的值.升温速率对HCN的影响与煤种有关,除TC煤外,快速升温时HCN的产率均比程序升温时低.     

基于水合物的沼气净化技术

沼气的主要成分为CH4、CO2、H2S,使用前需对其进行必要的净化处理,使沼气的质量达到标准要求。气体水合物相平衡研究表明,单组分CH4、CO2、H2S气体及(CH4+CO2+H2S)三元体系在纯水中生成水合物的条件存在显著差异,可利用水合物的生成过程逐一脱除沼气中的H2S和CO2。基于此,提出了一种利用水合分离技术净化沼气的新工艺,以优化流程、降低能耗、提高分离效率。     

注入二氧化碳及氮气驱替煤层气机理的实验研究

论述了我国开采煤层气目前存在的问题,并且通过煤对二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氮气（N2）吸附机理的分析,提出注入二氧化碳（CO2）或氮气（N2）提高煤层气采收率技术的可行性。并从其注气驱替煤层气的作用机理的不同,从理论上和实验中得出注入二氧化碳（CO2）的效果要优于氮气（N2）。     

N_2O和CO_2在N+Fe/TiO_2(101)面吸附的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,研究了N2O和CO2气体在N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面最稳定结构的吸附,并与其在洁净TiO2(101)面的结果进行了对比.详细比较了三原子气体不同吸附位、不同吸附端在Fe位及N位吸附的吸附能、键长和键角的变化.结果表明:N2O在Fe位吸附较清洁表面强,为化学吸附;CO2在改性表面的吸附较清洁表面弱.     

CH_4-CO_2催化重整对煤层气利用的意义及应用原理

煤层气甲烷二氧化碳重整技术（methane catalytic reforming with carbon dioxide to syngas）,即利用煤层气中的混合气体,在催化剂的作用下,使CH4-CO2重新组合生成高热值、高环保的CO和H2。以实现提高能源利用率和减少温室气体排放的目的。     

煤表面分子对甲烷吸附力场研究

采用密度泛函理论DFT方法,建立煤大分子骨架模型,并以范德华力作用半径为边界条件,构建煤大分子对CH_4分子吸附的量子动力学模型,在6-311G++基组上对煤大分子骨架模型和吸附模型结构进行优化,通过密立根电荷量分析了煤大分子表面的吸附空位,以及甲烷气体分子从游离态到吸附态的物理结构和特性变化。研究结果表明,煤表面分子和甲烷分子之间的吸附力场主要是静电场,甲烷分子在吸附过程中被极化,产生电偶极矩,C-H分子键长增大,吸附质和吸附剂之间的范德华力主要是诱导力和色散力以及甲烷分子被极化后的取向力,煤大分子表面的吸附空位可以通过煤大分子中各原子的密立根电荷量分析定量确定,通过模型结构优化发现,同一吸附空位可以对应多种甲烷分子吸附平衡结构,煤对甲烷分子的吸附为多分子层吸附。