Laval喷管内甲烷-乙烷混合气体低温液化特性

为明确Laval喷管内甲烷-乙烷低温液化特性,获得天然气超声速液化过程中的流动与凝结参数,建立了甲烷-乙烷混合气体超声速凝结流动数学模型,开展了双可凝组分气体凝结相变实验验证,对比分析了凝结流动与等熵流动条件下的流场特性,并重点研究了甲烷-乙烷混合气体低温液化特性,结果表明:凝结相变发生之后,甲烷-乙烷混合气体流动过程中产生了微弱的凝结激波,相比于等熵膨胀过程,Laval喷管出口压力、温度升高,马赫数降低;凝结核数量在很短距离内从0急剧上升至最大值0.879×10~(21)m~(-3)·s~(-1)(约x=0.139m处);Laval喷管可获得的最大液滴半径4.476×10~(-7)kg~(-1),最大液滴数目4.462×10~(14)m~(-3),最大液相质量分数6.089%。     

超声速喷管内CO2气体凝结特性研究

基于欧拉———欧拉双流体模型,建立气相及液相流动控制方程组,结合凝结成核与液滴生长理论,对喷管内CO_2气体的凝结特性进行了数值模拟研究。结果表明,采用的数学模型和数值计算方法可较准确地反映喷管内气体的凝结流动过程。CO_2气体凝结潜热较小,凝结冲波现象不明显;气体进入喷管特别是在经过喉部之后,在马赫数增大的同时,压力和温度降低,过冷度增加,最大可至30K左右,并于凝结发生后快速下降至约5K;CO_2气体成核过程在时间和空间上表现出急剧性。凝结起始位置距喉部约2.21mm,成核率由0激增至2.04×10~(21)m~(-3)·s~(-1),液滴数目达到10~(15)的数量级;凝结核心形成后,气体分子在一定的过冷度下在液滴表面团聚、液化,液滴半径和湿度迅速增加。成核过程结束后,已有凝结核心仍能不断生长,至喷管出口处液滴半径增至1.46×10~(-7 )m,湿度可达0.093 5。     

甲烷和壬烷蒸汽在超音速喷管中的凝结过程

为了解甲烷和壬烷蒸汽在超音速喷管中的凝结特性规律,建立了甲烷和壬烷蒸汽的超音速凝结流动数值模型,对甲烷和壬烷蒸汽的超音速凝结流动进行了数值计算。研究发现:当x=100.0 mm时,壬烷蒸汽的过冷度达到72K左右,同时壬烷蒸汽的过饱和度上升到21 904才发生自发凝结现象,比甲烷—水蒸气混合物发生自发凝结的位置延迟很多,分析其主要原因是由于壬烷蒸汽分子比水分子大,凝结需要更大的自由能障,必须达到较高过冷度或过饱和度时才能实现凝结;而且在甲烷—壬烷蒸汽的压力和温度曲线上找不到"凝结冲波"现象,主要原因是壬烷蒸汽发生凝结生成的壬烷凝结液滴数量较少,增长速度较慢,同时壬烷蒸汽的凝结潜热较小,导致单位时间内放出的凝结潜热较少,无法实现对周围气体的充分加热,致使甲烷—壬烷蒸汽混合物无"凝结冲波"现象。     

旋流对二氧化碳超声速凝结特性的影响

为了研究旋流对超声速喷管中CO₂凝结特性的影响,基于气-液两相流动控制方程、凝结模型和CO₂表面张力模型,建立了CO₂-CH₄二元混合气体旋流凝结流动的数学模型,模拟了CO₂在超声速喷管中的旋流凝结过程。数值结果表明：在旋流流动过程中,CO₂凝结成核过程中释放大量潜热传递给周围介质,使过冷度迅速下降,气体重新达到平衡状态,此时气体过冷度依然大于0,为液滴的生长创造了良好的环境。强旋流和壁面边界层的存在导致凝结参数沿喷管径向分布不均匀,并且增加旋流强度会增大液滴碰撞几率和喷管液化效率,但旋流强度增大同样会限制气体膨胀特性和喷管过流能力。     

提高喷管内天然气液化效率的方法

结合气、液相流动控制方程组,利用数值模拟计算,研究了利用非均质凝结及两级超声速旋流分离装置以提高天然气液化效率的可行性。结果表明,非均质凝结过程中,外界核心的存在能够有效降低气体凝结过程中的自由能障,促进液滴的凝结及生长;随着外界核心浓度的增大或外界核心半径的减小,喷管内自发凝结过程逐步被抑制,非均质凝结逐步占据主要地位;外界核心浓度的增大有利于凝结过程的发生,同时外界核心半径不能过大,外界核心半径大于1×10-7m时,不发生非均质凝结。外界核心浓度为1×1017/kg、外界核心半径为1×10-9m时,出口湿度较自发凝结过程湿度增加8217%,提高了喷管内天然气液化效率。结合流量函数方法,设计了第1级超声速旋流分离装置的扩压段,在此基础上设计了两级液化过程,其综合湿度为0107,较第1级单独使用时提高15513%,较第2级单独使用时提高3198%。两级液化装置较单级液化装置有更好的天然气液化效果。     

三组分气体超声速凝结过程数值模拟与实验研究

结合液滴成核与生长模型,以及气、液流动控制方程建立了超声速凝结流动数学模型,对空气+水+乙醇三组分（双可凝）气体超声速流动条件下凝结特性进行了数值计算,研究了三组分气体超声速凝结特性影响因素,通过与空气+水双组分（单可凝）气体对比,分析了第二种可凝组分对凝结成核的影响,并开展了实验验证与对比分析。结果表明：随着三组分气体中乙醇含量的升高,Laval喷管内成核率、液滴数均增大,但成核区收窄,液滴生长区向前移动;在入口可凝气体为饱和状态下,升高入口温度与压力均能促进凝结的发生,使Wilson点向喉部移动,进而提高出口气体湿度;与双组分气体相比,三组分气体发生凝结的Wilson点更靠近喉部,出口湿度更大,说明三组分气体发生凝结时,两种可凝气体的凝结过程是相互促进的;Laval喷管沿程压力及Wilson点测试结果与数值计算结果吻合较好,说明所建立的数学模型具有较高的准确性。     

膜反应器中二氧化碳氧化丙烷脱氢过程研究

制备了V2O5-MoO3/SiO2催化剂和负载型聚酰亚胺-二氧化硅-银和聚酰亚胺-二氧化钛-银有机-无机杂化膜,并将其用于二氧化碳氧化丙烷脱氢膜催化反应过程中,研究了在膜催化反应器中不同的操作条件对反应性能的影响规律.结果表明,V2O5-MoO3/SiO2催化剂具有较好的低温活性,能在较低温度下吸附活化CO2和丙烷;两种杂化膜对丙烯具有较高的分离性能;采用膜催化反应器能明显增加丙烷转化率和丙烯选择性,但没有改变反应机理,杂化膜主要起着控制催化反应区的组分浓度分布的作用.     

收缩-扩张喷管内高含硫天然气超声速流动特性研究

为明确采用收缩-扩张喷管来实现天然气中H2S气体凝结与液化的可行性,对CH4-H2S双组分在收缩-扩张喷管中超声速流动液化过程进行了理论研究与数值模拟。运用流体力学计算软件,结合流动控制方程,分析了入口压力和出口背压对混合气体流动特性的影响。研究结果表明:适当提高入口压力,将使CH4-H2S双组分临界液化温度和压力降低,且停留在气液两相区和液相区的范围增大,促进H2S气体的凝结;随着出口背压(压比)的不断增大,产生激波的位置逐渐向收缩-扩张喷管喉部方向移动,收缩-扩张喷管轴线处的压力和温度波动更加剧烈,破坏了凝结所需要的制冷环境,不利于H2S气体的凝结;当出口背压在60%以上时,制冷环境被完全破坏,H2S气体不能实现凝结。     

管道内二氧化碳水合物的形成和流动特性研究

随着油气开采从陆地向深海发展,防止气体水合物堵塞管道成为重要的安全挑战之一。在50m长的高压循环管路里,对CO2水合物的形成过程和流动特性进行了研究。研究结果显示在管径相同的水平管道内各处水合物几乎是同时形成的,最先成核形成小颗粒,然后小颗粒聚集成絮状;在水转化率为4%时,管道内没有形成局部堵塞;水合物形成后会导致管道内流动阻力增大,液体流速瞬间降低。     

非均质多孔介质内超临界二氧化碳驱替盐水过程的孔隙网络模拟

针对CO2在非均匀多孔介质内的储存过程,建立二维动态孔隙网络模型,对含盐水的介质中超临界CO2驱替盐水的过程进行模拟计算。提出用非均匀性来衡量二维动态孔隙网络模型中喉道的分布特性,通过建立3种非均匀性不同的二维动态孔隙网络模型,分析非均匀性对CO2封存的影响。模拟计算结果表明,非均匀性越大的二维动态孔隙网络模型,驱替过程中超临界CO2的前进端越不稳定,且最后突破时的超临界CO2饱和度越低;通过分析稳定驱替下不同时刻的CO2分布,揭示非均匀性的影响机理;非均匀性越大,陷住的含盐水孔隙更多是导致突破时超临界CO2饱和度越低的主要原因。     

二氧化碳加氢制甲醇过程热力学分析

CO2加氢制甲醇是温室气体CO2资源化一个极具前景的研究领域,本文采用吉布斯自由能最小法耦合非理想体系PR状态方程对反应过程进行了热力学平衡分析。结果表明,提高压力和降低温度有利于反应的进行,有利于提高CO2的转化率,同时提高了CH3OH的选择性;增加原料n(H2)/n(CO2)有利于提高CO2的转化率和CH3OH的选择性。另外,适当添加少量CO作为原料,CO可能从产物转变为反应物,因此虽然降低了反应过程CO2的转化率,但能够增加单位CO2的CH3OH产率,不过,若原料气中CO含量过多,则CO2加氢过程转变为传统的CO加氢过程;由于反应过程受热力学平衡的制约,CO2单程转化率较低(约20%~30%),采用尾气循环的工艺过程能够成倍提高CO2总转化率。     

逆变凝结油气田增产研究

以某矿场所产低热值矿品气（含43％CO2）为注入气，对A气田进行成份模拟研究，比较其六种不同注气循环方案之结果与经济效益。研究结果显示，其最佳方案为利用现有之2口生产井为注气井，余6口井为生产井，一面注入矿品气一面生产，注气生产为期7a，停止注气后再降压生产9a，估计可将采收率提高为天然气76％，凝结油60％，及增加回收液化石油气，天然汽油十余万方，另根据经济分析，投资额3．4亿元新台币，投资报酬率为32％，净现值为15.5亿元新台币（在10％折现率下），颇具经济效益。     

凝结换热条件下管内对流换热系数的求解

分析了各种换热系数求解方法的特点和适应条件，探讨了流体积分平均温度的求法，给出了凝结换热条件（恒壁温）下管内对流换热系数直接求取的方法     

加油过程中储油罐内静电场的动态过程研究

对加油过程中储罐内静电场的动态变化过程进行了研究,分别建立了油/气界面有无电荷积聚时罐内静电场计算模型,并利用模型对油/气界面有无电荷对油面电位和油内电荷密度的影响及油面上电荷和罐顶所构成的"电容效应"进行了分析.油/气界面上的静电荷对油内电荷密度的影响并不明显,但对油面电位则有显著的影响;当储罐接近装满时,油/气界面上的电荷和罐顶间将形成很强的"电容效应",严重影响其泄漏速度.利用模型对一实验油罐在加油过程中油面电位和油内电荷密度进行了计算.结果表明,油/气界面上无电荷积聚的计算模型得到的计算结果和实验结果非常吻合.     

井眼内气体和二氧化碳泄漏可能性评价

利用地质媒介存储二氧化碳时需要对存储环境进行适当的二氧化碳泄漏风险评估.在存储地附近的井眼和沿井眼地区也许存在泄漏,利用保存在管理部门的数据可对二氧化碳泄漏的可能性进行评价.     

以就地二氧化碳吞吐过程模拟为例

正就地二氧化碳吞吐(ISCHP)是一种很有前途的提高采收率(EOR)的技术,可以克服连续二氧化碳驱油的一些主要缺点,如:过早发生气窜、运行成本高、对二氧化碳资源的需求。ISCHP在江苏油田的应用提高了油井产能,并显示出了该技术的潜力。本研究旨在建立天然气生产预测模型,并通过填砂试验和储层模拟研究ISCHP/EOR的机理。本研究选择具有表面活性剂的盐溶液作为气体形成剂,先在高温/高压反应器中测试产气性能,然后使用实验结果来验证用于气体体积预测的动力学推导的方程。用有     

层内生成二氧化碳技术对渗透率适应性的研究与应用

针对层内生成二氧化碳技术对高渗层的封堵能力及如何使该技术进行了室内实验研究,研究表明,层内生成二氧化碳技术对高渗层的封堵能力有限,但结合聚合物或冻胶等封堵体系可以取得较好的封堵效果,采收率也得到了进一步的提高。矿场实验表明,层内生成二氧化碳技术结合聚合物封堵段塞可以适应存在高渗层、长井段的水井,解决了单独层内生成二氧化碳技术封堵能力差的缺点,取得了较好的增油控水效果。     

二氧化碳腐蚀研究状况

介绍了国内外ＣＯ２腐蚀研究概况并列举部分实例，同时对其腐蚀机理进行探讨，最后详述了温度、ＣＯ２分压、流速及腐蚀产物等因素对ＣＯ２腐蚀的影响。     

二氧化碳气体检测研究

在中国“碳达峰,碳中和”战略目标指引下,碳捕集、运输、利用和封存(CCUS)项目正逐渐开展。介绍了二氧化碳的理化特性,并分析了高浓度二氧化碳的危险性,给出二氧化碳气体检测的必要性、二氧化碳检测器设置的原则,阐述了国内外标准对二氧化碳检测及相关安全要求,红外吸收二氧化碳检测器的原理,并对比分析了不同检测器的内部结构,为二氧化碳检测器的选型提供了参考。