CO_2-原油体系发泡特性实验研究

为研究CO_2驱油田分离器内泡沫层产生及消除机理,设计了一套高压溶气原油泡沫测试系统,采用降压法研究了CO_2-原油体系的发泡特性。利用高速摄像机对泡沫产生至衰变的演变过程进行了记录,总结分析了不同降压阶段的气泡行为,研究了降压速率和搅拌速率对原油发泡特性的影响规律。研究发现,随压力降低,稳定存在气泡的直径增大,气泡位置上移,发泡行为更加剧烈;降压速率增加对降压阶段的发泡行为无明显影响,但会加剧稳定工作压力下的发泡行为;在转速小于等于120 r/min的条件下,搅拌速率增加会加剧降压阶段的发泡行为,但会加速稳定工作压力下的泡沫衰变。     

聚醚酰亚胺均相成核发泡行为研究

以超临界CO₂为发泡剂,采用间歇式发泡技术制备了聚醚酰亚胺（PEI）微孔泡沫。通过改变发泡温度、发泡压力与样品浸泡时间等工艺条件,研究了PEI的均相成核发泡行为。实验还通过二次降压法制备了具有复合泡孔结构的PEI微孔泡沫材料。结果表明,复合泡孔结构提高了PEI微孔泡沫的发泡倍率,第一次压力降ΔP₁与第二次保压时间Δt₂是影响复合泡孔结构参数的重要影响因素。     

催化剂分布对可渗透阳极微流体燃料电池性能特性影响的研究

微流体燃料电池是一种新型微型电源装置。酸性体系下电池运行时产生的CO₂气泡会严重影响电池性能以及稳定性。研究电池运行过程中气泡动态行为对削弱气泡影响具有重要意义。本文构建具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池,实验研究了阳极催化剂分布对电池性能以及CO₂动态行为的影响。结果表明：催化剂分布在阳极两侧时电池性能最好,但电池波动性大。仅在一侧分布催化剂时,电池运行稳定,气泡主要在电解液流道形成。     

催化剂分布对可渗透阳极微流体燃料电池性能特性影响的研究

微流体燃料电池是一种新型微型电源装置。酸性体系下电池运行时产生的CO₂气泡会严重影响电池性能以及稳定性。研究电池运行过程中气泡动态行为对削弱气泡影响具有重要意义。本文构建具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池,实验研究了阳极催化剂分布对电池性能以及CO₂动态行为的影响。结果表明：催化剂分布在阳极两侧时电池性能最好,但电池波动性大。仅在一侧分布催化剂时,电池运行稳定,气泡主要在电解液流道形成。     

多孔介质内超临界CO2流体及泡沫驱油特性的比较实验研究

CO₂混相驱替可以提高原油采收率,因此近年来得到研究者们的广泛关注。使用高温高压驱替设备,利用超临界CO₂流体、超临界CO₂泡沫及N₂泡沫作为驱替介质,对油水饱和孔隙介质中的油相驱替特性开展了比较实验研究。通过对驱替过程沿程压力及对驱替增采油量的测量,对不同驱替手段在孔隙介质内的油相增采特性进行深入研究和探讨。研究发现在温度为50℃、压力为13 MPa时,超临界CO₂流体对多孔介质内的油相驱替效果有显著提升,当压力进一步升高到23 MPa时,油相增采效果不明显。说明在本实验条件下超临界CO₂流体与油相在50℃、13 MPa时可达到混相驱替状态;而采用超临界CO₂泡沫及N₂泡沫注入工艺未能进一步提高出油量。沿程压差测量结果则显示,与N₂泡沫相比,超临界CO₂泡沫在多孔介质试样内的驱替压差较小,起泡性能较差。实验结果对于筛选及评价超临界CO₂驱油工艺具有一定的指导意义。     

液化条件对多孔介质中CO2水合物生成过程的影响

为了研究液化条件对多孔介质中CO₂水合物生成过程的影响机制及其规律,在初始压力为3.9、4.2、4.5、4.8和5.1 MPa,温度为273.5、274.5和275.5 K条件下研究粒径为700μm的石英砂介质中CO₂水合物的生成过程。结果表明：在相同条件下,随着初始压力的增加,多孔介质中CO₂水合物的生成速率逐渐增大;当压力低于液化压力时,随着初始压力的增加,CO₂水合物的生成速率逐渐增大,且温度越高,水合物生成速率增加的趋势越明显;当CO₂气体压力达到液化压力时,随着初始压力的不断升高,CO₂水合物的生成速率明显增大;多孔介质中CO₂水合物的最大生成速率达到了9.297×10^-3 mol·s^-1。研究结果进一步表明：液化可有效强化多孔介质中CO₂水合物的生成过程,提高CO₂水合物的生成速率。     

煤/生物质流态化富氧燃烧的CO2富集特性

流化床富氧燃烧是具有重要应用前景的燃烧中碳捕集技术。为更深入认识固体燃料的流态化富氧燃烧行为,构建了微型流态化反应-质谱联用实验系统,反应器直径10 mm,燃烧温度700～900℃,探索了基于在线质谱分析的流态化燃烧过程特性表征方法,以烟煤和花梨木为对象,研究了煤、生物质及其混合物在富氧气氛和流态化条件下的燃烧行为,重点考察了氧浓度、燃烧温度、煤与生物质质量比对CO₂谱峰曲线形态、反应总时间、起始反应时刻、烟气中富集CO₂体积分数、颗粒燃烧产生CO₂量、CO₂相对生成率等特性的影响。结果表明,在O₂/CO₂燃烧气氛下,随着氧体积分数增加,燃烧总反应时间缩短,颗粒燃烧产生的CO₂量和生成速率均增加,但烟气中富集的CO₂体积分数减小;提高燃烧温度,缩短了燃烧过程所需的时间,可以促进CO₂的富集,烟气中CO₂浓度、颗粒燃烧产生的CO₂量和生成速率均增加;生物质比例增大,起始反应时间提前,燃烧反应所需总时间减少,烟气中富集的CO₂浓度和颗粒燃烧产生的CO₂均减少,但CO₂生成速率增加。     

中间相沥青的热分解行为对其发泡的影响

在常压下利用中间相沥青热解产生气体自发泡得到中间相沥青泡沫,并在空气中将其固化、炭化制备成中间相沥青泡沫炭.讨论了中间相沥青的热重曲线与发泡温度、固化温度的关系,并考察r搅拌速率对发泡的影响.结果表明:以100%中间相含量的中间相沥青为发泡原料,在搅拌速率为100 r/min的条件下,选择在350～420℃区间发泡,在550℃固化1 h,可得到稳定的泡沫均匀的50～100μm的沥青泡沫,然后在1 100℃炭化2 h后,可制得泡沫尺寸为100～200 μm的中间相沥青泡沫炭.     

热固性聚氨酯泡沫成核机理的研究

用自制的一套在线显微观测系统研究了热固性聚氨酯泡沫合成初期的气泡成核机理,探讨了聚氨酯发泡过程中搅拌速率(剪切力)、固体成核剂及反应前体系中溶解的气体量等工艺参数对气泡成核过程的影响。通过研究发现,热固性聚氨酯泡沫的成核机理为空气分散成核,在反应原料中添加固体成核剂、增加反应前体系中溶解的气体量以及提高物料的搅拌速率等都可以在一定程度上促进成核。     

电石渣对二氧化碳矿化性能的实验研究

实验探究电石渣在干法和湿法工艺下直接碳酸化CO₂的性能。结果表明：1.5 g电石渣固体可以吸收约55 mL CO₂气体,同时随着反应温度的增加,反应速率呈现先增加后减少的趋势,在30℃左右时达到最大;随着搅拌速率的增加,反应速率呈现先增加后减少的趋势,在搅拌速率20 r/s左右时达到最大;随着反应物浓度的增加,反应速率逐渐增加;CO₂流速的改变对反应速率未造成影响。     

二氧化碳泡沫稳定性及聚合物对其泡沫性能的影响

基于CO₂气体性质的特殊性以及CO₂泡沫在多孔介质中表现出不同于其他气体泡沫的现象,利用气流法,选用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为起泡剂,研究了CO₂泡沫的稳定性和衰减规律,以及聚合物部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）对CO₂泡沫性能的影响。结果表明,在相同条件下,CO₂泡沫的稳定性比N₂泡沫差,并且CO₂泡沫的稳定性基本不受表面活性剂浓度的影响;CO₂泡沫的衰减曲线近似一条直线,泡沫形成后体积迅速减小。CO₂在水中具有较大的溶解度,泡沫的液膜渗透率系数大,因而泡沫稳定性差,也是造成CO₂泡沫在岩心内渗流规律区别于N₂泡沫的一个重要原因。HPAM的加入可以在一定程度上增强CO₂泡沫的稳定性,但同时也会使溶液起泡性能降低,所以实际应用时需要综合考虑泡沫特性,选择最佳的聚合物浓度。     

聚乙烯醇/微纤化纤维素复合微发泡材料的制备

通过溶液浇铸法制备了聚乙烯醇(PVOH)/微纤化纤维素(MFC)复合薄膜材料,以超临界二氧化碳(scCO₂)为物理发泡剂,采用间歇式降压法制备了一系列PVOH/MFC复合微发泡材料,主要讨论了在没有水分的影响下,不同发泡温度和时间以及MFC含量对PVOH/MFC复合微发泡材料的泡孔形貌、泡孔尺寸和泡孔密度的影响;同时,也对MFC的分散性和PVOH/MFC复合材料的流变性能和热性能对发泡行为的影响进行了研究。实验结果表明,均匀分散在PVOH基体中的MFC作为异相成核剂提高了气孔成核能力,且随着MFC含量的增加,泡孔尺寸降低,泡孔密度增大;并研究了发泡温度对PVOH/MFC复合材料的发泡形貌的影响,获得最优发泡温度。     

注射成型发泡过程中温度和剪切速率对CO2扩散行为影响的分子动力学研究

为研究临界CO₂辅助聚乳酸（PLA）注射成型发泡过程中,温度和剪切速率对CO₂扩散行为影响。应用分子动力学模拟方法,以PLA和CO₂为研究对象,基于周期性边界条件和SA算法,引入CAMPASS力场,构建PLA/CO₂扩散模型,对模型进行能量最小化处理。从温度和剪切速率两个方面研究在注射成型发泡过程中PLA主链活跃性、体系能量响应、均方回转半径对CO₂分子在PLA中扩散行为的影响。结果表明,CO₂扩散系数在不受剪切力作用时,随着温度升高而增大,温度达到388 K时,CO₂扩散系数达到0.219 8×10^-5 cm²/s;受剪切力作用时,随着剪切速率增大而增大;温度为378 K,剪切速率为1 ps^-1时,扩散系数达到17.743 6×10^-5 cm²/s;PLA分子链所处环境温度不断提高,分子链能量升高,活跃性提高,CO₂分子扩散路径增多,从而提高CO₂扩散速率;分子链所受剪切力不断增大,分子链能量升高,活跃性提高,单个分子链从缠结网络中剥离出来,沿剪切力方向形成流动取向,从而提高CO₂扩散速率。     

磷石膏制备纳米氧化钙基 二氧化碳吸附剂工艺的优化

以磷石膏作为钙源,优化了磷石膏制备氧化钙基二氧化碳吸附剂的工艺参数（反应时间、反应温度、二氧化碳通量、搅拌速度和杂质含量）,并考察了纳米氧化钙基二氧化碳吸附剂粒径对吸附性能的影响。得到的最佳工艺条件为：反应时间为50 min,温度为30 ℃,二氧化碳通量为251 mL/min,搅拌速率越慢越好,杂质含量越少越好。纳米氧化钙基二氧化碳吸附剂的粒径越小,其吸附量就越大,吸附速率也越快,其稳定性也就越高。     

Polydimethylsiloxane assisted supercritical CO2 foaming behavior of high melt strength polypropylene grafted with styrene

Foamable high melt strength polypropylene (HMSPP) was prepared by grafting styrene (St) onto polypropylene (PP) and simultaneously introducing polydimethylsiloxane (PDMS) through?a?one-step?melt extrusion process. The effect of PDMS viscosity on the foaming behavior of HMSPP was systematically investigated using supercritical CO₂ as the foaming agent. The results show that the addition of PDMS has little effect on the grafting reaction of St and HMSPP exhibits enhanced elastic response and obvious strain hardening effect. Though the CO₂ solubility of HMSPP with PDMS (PDMS-HMSPP) is lower than that of HMSPP without PDMS, especially for PDMS with low viscosity, the PDMS-HMSPP foams exhibit narrow cell size distribution and high cell density. The fracture morphology of PDMS-HMSPP shows that PDMS with low viscosity disperses more easily and uniformly in HMSPP matrix, leading to form small domains during the extrusion process. These small domains act as bubble nucleation sites and thus may be responsible for the improved foaming performance of HMSPP.     

受限空间内浮升气泡与液体间传质行为实验研究

采用紫外诱导荧光(UIF)实验方法,研究Hele-Shaw狭缝受限尺度对受限空间内浮升气泡流体力学与气液传质行为的影响。实验中以二苯并[b,e]吡啶作为荧光剂实现了受限空间内CO₂溶液浓度分布及其气泡运动速度的定量测量,获得了CO₂在受限空间内运动过程中的传质量和气泡动力学参数,并分别计算气泡受限空间内液膜区和自由接触区的传质速率。分析得到受限空间中不同狭缝宽度内CO₂的传质行为,分析了受限尺度对CO₂-水体系传质过程的影响。     

受限空间内浮升气泡与液体间传质行为实验研究

采用紫外诱导荧光(UIF)实验方法,研究Hele-Shaw狭缝受限尺度对受限空间内浮升气泡流体力学与气液传质行为的影响。实验中以二苯并[b,e]吡啶作为荧光剂实现了受限空间内CO₂溶液浓度分布及其气泡运动速度的定量测量,获得了CO₂在受限空间内运动过程中的传质量和气泡动力学参数,并分别计算气泡受限空间内液膜区和自由接触区的传质速率。分析得到受限空间中不同狭缝宽度内CO₂的传质行为,分析了受限尺度对CO₂-水体系传质过程的影响。     

泡沫薄膜液在直管内的流变学特性

针对泡沫液在多孔介质内的流动特点,对泡沫薄膜液在直管内的流变学特性进行了实验研究。按单相幂律流体假设,获得二氧化碳及氮气泡沫薄膜液的表观黏度数据。结果表明：泡沫薄膜液具有较大表观黏度并呈现剪切变稀的非牛顿流体特性。由于水溶性影响,二氧化碳泡沫液的表观黏度要小于氮气泡沫液。利用量纲分析法确定量纲1参数,对泡沫薄膜液的流变学特性进行了量纲1分析并给出基于两相流动分析的阻力模型。