CO_2对煤低温氧化反应过程的影响实验研究

为了深入研究CO2对煤低温氧化反应的影响,利用程序升温油浴实验装置,研究在不同CO2浓度下煤样的自燃特性。采集南屯矿煤样,破碎并筛分出混合平均粒径为4.18 mm的煤样,向试验管煤样中通入不同配比的混合气体,实验控制升温速度为0.3℃/min,供气量为190 mL/min.测定在6种不同浓度CO2气氛下的煤样低温氧化特性,实验结果表明:CO2浓度越高,煤样耗氧速率越小,CO产生率降低。在起始阶耗氧速率相差不大,煤氧复合作用以物理吸附和化学吸附为主,后期阶段以化学反应为主,变化明显。相比于空气气氛下,CO2气氛下煤样活化能有所提高,在40~100℃的温度范围内煤氧作用的活化能值由17.85 kJ/mol升高至22.71 kJ/mol,氧化反应速率降低,表明CO2的加入降低了煤的氧化反应速率,抑制了煤的氧化反应。     

煤中瓦斯解吸渗透理论及实验研究

为了研究煤层中瓦斯瓦斯吸附解吸过程和瓦斯流动规律,基于国内外现有研究理论成果,设计了瓦斯吸附解吸的实验系统,该系统主要包括温度控制系统、瓦斯吸附解吸系统和数据采集与处理系统.通过自制的煤样,实验研究了在一个标准大气压和温度30℃条件下瓦斯的解吸规律.采用动态定压解吸法进行瓦斯解吸实验,研究并指出了解吸速率与煤样粒度之间关系的规律.通过对三种不同煤样的解吸的对比分析,提出了瓦斯解吸量与时间之间的关系式,建立了煤的瓦斯解吸量的数学模型.对于改进现有的抽采方法并提高抽采水平、对于煤与瓦斯的突出预测和煤矿瓦斯灾害的防治均具有理论意义和实际应用价值.     

CO_2 激光雕刻参数研究

基于ＣＯ２激光对非金属雕刻加工的机理,根据瞬间气化理论,给出了能量、加工速度和功率密度的关系式．计算了光学聚焦系统的主要参数．讨论了最佳参数的取值范围,对于ＪＳ－Ａ型激光雕刻机,在４００ｍｍ×２６０ｍｍ雕刻范围内,雕刻１００ｃｍ２的试件,功率密度最大波动２．４５％,一般情况小于１％,理论分析与实验结果相符．     

机器人CO_2气体保护焊工艺参数的实验研究

本研究针对ＹＭ－３００ＳＶ焊机，利用ＦＡＮＵＣＳ－５机器人作为运动控制载体，进行ＣＯ２气体保护焊实验．针对焊接电流、电弧电压、焊接速度和保护气流量及成分这四种工艺参数对焊缝质量的影响展开研究，获得一套当焊丝直径为Φ１．２ｍｍ时，适用于２～３ｍｍ的Ａ３钢材的焊接工艺参数．     

CO_2对赤泥的脱钠处理实验研究

基于对某铝厂赤泥的基础特性研究,进行了脱钠的热力学和动力学分析,采用温室气体CO2对赤泥进行了脱钠正交实验,以脱钠率为研究指标,分析了液固比、脱钠时间、脱钠次数对脱钠率的影响。实验结果分析表明,赤泥的液固比为2和4时脱钠率较高,但考虑到实际情况和实验误差取液固比为2作为最佳值;脱钠时间对脱钠率不显著,所以取脱钠时间最短20min;脱钠次数对脱钠率有显著影响,脱钠次数为最多的3次,可保证脱钠率最高,但考虑到实际情况、后续处理及避免浪费水资源,脱钠次数定为2次。研究证明,该处理工艺既可将赤泥无害化,又可降低温室气体排放,并可进一步回收NaHCO3,有利于资源的循环利用。     

超低渗透油藏CO_2驱注入参数优化的实验研究

CO_2驱是提高超低渗油藏采收率的有效方法之一,然而,目前对CO_2在超低渗油藏中的驱油机理认识还不完善。针对西部某超低渗透油藏开发过程中注水矛盾问题,通过物理模拟实验,研究了CO_2驱对该超低渗透油藏的适应性,并通过对比不同的CO_2注入方式和注入参数对驱油效率的影响规律,优选出超低渗透油藏CO_2驱最佳注入参数。实验结果表明:对该超低渗透裂缝性油藏,周期注气方式下驱油效果最佳,且当注入段塞为0.06 PV,注气与焖井时间比为1∶2时延缓气窜的效果最好,驱油效率达到60%以上。研究结果为该类型超低渗油藏现场注气开发设计提供指导作用。     

煤自燃指标气体及极限参数实验研究

为了掌握王洼二矿煤自然发火特征,采用西科大XKIII型煤自然发火实验台对1.5t煤进行了煤自燃全过程模拟实验,测试出该矿开采煤样实验发火期为25天,掌握了自燃过程中温度的变化及对应气体的变化规律,测算了开采煤层煤样的最小浮煤厚度、下限氧浓度、上限漏风强度等极限参数,为该矿煤自燃灾害的预防提供了依据。     

纳米颗粒对CO_2存储作用的实验研究

化石能源的消费导致大量CO_2排放到大气中,为降低对环境的影响,实施CO_2地下埋存被认为是当前最有效和最具可行性的方式。实验借助先进的CT扫描技术,研究岩心在被纳米颗粒溶液饱和后,CO_2在其中的流态特征及饱和度变化。实验表明:CO_2在被纳米颗粒溶液饱和的岩心中波及面积大,指进速度慢,说明岩心在被纳米颗粒溶液饱和后,存储CO_2的能力大大增强,存储效果更明显。     

构造煤孔隙结构对瓦斯解吸及钻屑瓦斯解吸指标影响

为研究构造煤孔隙结构对瓦斯解吸特性及钻屑解吸指标的影响,在平煤十矿己_(15)煤层选取2组构造煤样开展工业分析、孔隙结构测试及瓦斯解吸特性的研究。结果表明:构造煤样普遍呈现出松软特性,且煤样间具有相似的瓦斯吸附能力。PMR1和PMR2煤样的微孔孔容分别为0.041和0.042 cm~3/g,介孔孔容分别为0.001 13和0.002 02 cm~3/g,大孔孔容分别为0.004 98和0.008 31 cm~3/g。PMR2煤样的初始瓦斯解吸能力高于PMR1,瓦斯解吸初期的规律具有明显的分段性质,依次为快速解吸阶段、缓慢解吸阶段和平稳解吸阶段。煤样第1 min的解吸量占解吸总量的比重为13.4%～30.9%,前10 min的累计解吸量占解吸总量的比重为40.8%～61.0%,PMR2煤样快速的瓦斯解吸能力得益于其更发育的介孔和大孔孔隙结构。煤样钻屑瓦斯解吸指标K_1和Δh_2值的可靠性分析结果表明,PMR2煤样K_1值的可靠性低于Δh_2值,原因在于PMR2煤样具有更为发育的介孔和大孔孔隙结构以及快速的初始瓦斯解吸能力,进而增加了实验误差;综合研究表明,平煤十矿己_(15)煤层煤样Δh_2的可靠性要高于K_1。     

煤吸附解吸电磁改性及定量分析

用容量法对焦作朱村矿变质无烟煤在不同频率的交变电磁场中吸附解吸特征进行了研究。实验结果表明：不同频率的交变电磁场作用下，煤吸附C02、N2仍旧符合Langmiur方程；交变电磁场减弱了煤的吸附能力，减小了吸附常数b值，但饱和吸附量(a值)基本上不变．是典型的表面改性现象，并从量的角度分析其改性的程度。     

不同注水压力条件影响含瓦斯煤解吸特性实验研究

为了研究不同注水压力条件影响含瓦斯煤的解吸特性,利用自主研制的高压注水煤层气恒温解吸试验台,对含瓦斯煤在自然解吸和不同注水压力条件下的解吸特性进行了实验研究,并结合孔隙结构特征对其影响机理进行了讨论分析。结果表明:(1)加压注水抑制了含瓦斯煤的解吸效应,瓦斯累计解吸量和解吸速度均降低;(2)注水改变了煤体的孔隙结构特征,总孔容、平均孔径、孔隙率都出现显著增大;(3)压力水扩孔产生的毛细管力降低作用小于孔隙尺度变小产生的毛细管力增加作用,从而抑制了瓦斯解吸。     

不同参数下特低渗透油藏CO_2驱油效果实验研究

为了确定储层物性、注入方式、注采参数等开发参数对特低渗透油藏CO_2驱油效果的影响规律,开展了不同渗透率、不同注气压差、水/CO_2气体交替注入方式以及油藏非均质性条件下的CO_2驱替实验。实验结果表明,CO_2驱最终采收率随着岩心渗透率、注气压差的增大而增大,水/CO_2气体交替注入方式较CO_2连续注入的最终采收率要高出近10%,而储层的非均质性越强则越不利于特低渗透油藏的CO_2驱,裂缝性油藏更易于发生气窜导致最终采收率极低。     

煤储层物性对甲烷解吸及采出的影响

影响煤层气解吸采出的诸多因素作用于煤储层,体现为煤储层允许煤层气扩散渗流或导流的能力,所以在研究气体解吸特性时煤储层自身的物性值得重点探讨。基于这一点,对比研究了高低煤阶煤的物性差异,探讨了其对气体解吸采出的影响。研究表明,低煤阶煤分子结构较松散,孔隙度高,高煤阶煤分子结构紧密,孔隙度低,降压解吸过程中低煤阶煤物性变好,高煤阶煤物性变差。罐装煤样解吸和室内模拟实验揭示,物性是决定气体解吸的关键要素,这也是低煤阶煤储层含气量低但仍具有很大开发潜力的根本原因。低煤阶煤层孔渗较好,压降传播快,在开采过程中可形成自卸压效应。高煤阶煤层孔渗较差,压降传播慢,为了提高单井产量必须采用大型压裂或分支井技术等措施。     

咪唑类离子液体对煤热物性参数影响的实验研究

离子液体对煤分子结构活性官能团具有显著的溶解破坏作用,从而可以抑制煤热量传递。为了考察咪唑类离子液体([EMIM][BF4]、[BMIM][BF4]、[BMIM][NO3]和[BMIM][I])对煤热物性参数的影响,使用离子液体对不粘煤进行预处理,通过激光闪射装置LFA 457测定在30~300℃范围内煤样的热物性参数,研究离子液体对煤热物性参数的影响,并分析离子液体预处理煤对温度的敏感性。结果表明:随着温度的升高,煤样的热扩散系数逐渐减小,比热容和导热系数逐渐增大,且温度越高,煤样的热物性参数的变化趋势越弱。在相同温度下,离子液体预处理煤的热扩散系数、比热容及导热系数均低于原煤样。在([BMIM]+)相同的情况下,[BF4]-对煤的热扩散系数抑制效果明显;在([BF4]-)相同情况下,[BMIM]+对热扩散系数的抑制效果明显。从敏感性分析可知,煤样的比热容对温度的敏感性最高,导热系数对温度的敏感性最低。此外,在相同温度下,[BMIM][I]处理煤的比热容和导热系数相对较低。实验结果为离子液体抑制煤自燃以及煤火的传热提供理论依据。     

超临界CO_2萃取玉米须的实验研究

本文研究了超临界CO_2萃取玉米须化学成分的萃取操作条件,重点考察了萃取温度、萃取压力、萃取时间对萃取率的影响,结果发现：超临界CO_2萃取玉米须的较佳萃取操作条件是萃取压力为30MPa左右,萃取温度为30℃左右,萃取时间为2h左右;影响超临界CO_2流体萃取化学成分的影响因素主次顺序为萃取压力、萃取温度、萃取时间。     

煤自燃阶段动力学参数及特征温度点的实验研究

为了考察程序升温实验条件下煤自燃阶段特征参数的变化情况,分别对常村贫煤、兴县气肥煤、唐山1/3焦煤等煤样的进行程序升温实验,得到3煤样在低温自燃阶段其指标气体的析出变化曲线。实验结果表明:在同一受热温度,低变质程度的气肥煤其CO,C2H4等指标气体的析出浓度比高变质程度的焦煤和贫煤高,而C2H6则相反;CO特征气体在受热初期并不是所有煤样都存在,且C2H4,C2H6的释放规律与煤质无关;通过对低温段内煤自燃的反应能级及活化能值的计算,得到煤低温氧化段内的反应能级及活化能值,并找出了阶段特征温度点。煤反应能级和活化能的大小反映了煤在不同温度段内其自身氧化能力的强弱,特征温度点温度则可用来判断煤自燃所处的燃烧阶段。     

超临界CO_2萃取玉米须的实验研究

本文研究了超临界CO_2萃取玉米须化学成分的萃取操作条件,重点考察了萃取温度、萃取压力、萃取时间对萃取率的影响,结果发现:超临界CO_2萃取玉米须的较佳萃取操作条件是萃取压力为30MPa左右,萃取温度为30℃左右,萃取时间为2h左右;影响超临界CO_2流体萃取化学成分的影响因素主次顺序为萃取压力、萃取温度、萃取时间。     

回热器对电动汽车跨临界CO_2制冷系统影响的实验研究

针对跨临界CO_2汽车空调系统制冷性能较差的问题,分析了回热器大小对系统性能和运行参数的影响,在汽车空调测试环境实验室中搭建了一个可变回热量的跨临界CO_2制冷系统实验台,在35、38和41℃环境温度下,保持压缩机转速为3 500r/min,通过旁通阀调节回热量,测量了不同排气压力下全回风系统的稳态性能,分析了回热量对系统制冷量和能效比的提升作用,以及对压缩机运行参数的影响。结果表明:排气压力为10 MPa时,35、38和41℃下,使用回热器后系统的最大能效比分别提高了14.2%、23.3%和33.2%,制冷量也增加了14.3%～33.3%;使用回热器可以改善换热器压力损失,但同时会引起排气温度升高;相同温度下,系统最大回热度一般随环境温度升高而减小;回热器的使用可以有效提高系统性能,但也会引起压缩机压比增大和排气温度的上升。在跨临界CO_2制冷循环的回热器大小设计时,需要兼顾性能和安全。     

超临界CO_2萃取木香挥发油的实验研究及数值模拟

采用单因素法,在流量2～4 L/min,木香颗粒度0.144～0.200 mm,萃取温度33～48℃,萃取压力10～25 MPa的范围内,利用超临界CO2萃取木香挥发油,分别考察了CO2流量、原料颗粒度、萃取温度及萃取压力等因素对挥发油萃取收率的影响;并根据萃取器微分单元和固态原料颗粒微分单元的质量守恒建立了微分方程,对一定萃取条件下的实验结果进行数值模拟。结果表明：在实验范围内,木香挥发油萃取收率随CO2流量增加而增大,随原料颗粒度减小而增大,随压力升高而增大,随温度则呈现出交叉现象。结论：CO2流量、原料颗粒度、萃取温度及萃取压力等对木香挥发油的超临界CO2萃取工艺有显著影响,所建立的数值模型能较好地描述实际萃取行为。     

松散煤体内CO_2渗流规律试验

利用液态CO_2进行煤矿火灾防治,具有显著的惰化降温效果,而松散煤体内CO_2的渗流是分析其传质传热过程的基础。为分析承压状态下CO_2气体的物性参数特征以及松散煤体内渗流规律,采用松散煤体渗透系数测定装置,对不同粒径、压注压力和孔隙率下CO_2气体的渗透特性进行了试验。结果表明:松散煤体中的CO_2渗流存在明显的非线性渗流特征,符合非达西理论;孔隙率小的煤样压力梯度大于孔隙率大的煤样,颗粒间的空隙是渗流的主要通道;相比于孔隙率和压力,煤体粒度是影响渗流特征关键因素,煤体粒径越小,CO_2在松散煤体中渗流越困难;压注压力越大,CO_2密度和动力粘度越大,导致CO_2在煤体中渗透率增大,而非达西因子减小,因此对CO_2在松散煤体中的渗流影响不大。通过数据拟合,CO_2的渗透率和非达西因子与孔隙率、粒径成幂指数关系,并得到了基于粒度和孔隙率下用于描述松散煤体内CO_2气体渗流的一般理论方程。