低甲烷浓度煤层气部分预混式旋流燃烧器燃烧特性的实验研究

针对低甲烷浓度煤层气的特点,设计了150kW部分预混式旋流燃烧器,实验研究了燃烧器结构对低甲烷浓度煤层气燃烧的影响,考察了低甲烷浓度煤层气在燃烧器内的速度分布特性、旋流强度及甲烷浓度变化对温度分布的影响规律。结果表明:加装钝体结构的旋流燃烧器在燃用甲烷体积分数为20%的煤层气时,火焰长度降低,射流刚性增强,燃烧高效稳定;Z轴的逆轴向速度梯度范围随着直旋配风比的增加逐渐增大,射流刚性提高,中心回流区域变大;R轴的逆轴向速度梯度范围随着距离燃烧器喷口距离的增加逐渐缩小,回流区域变小,卷吸高温烟气的能力下降,不利于高效稳定燃烧;燃烧器喷口中心处的旋流强度随热负荷的增加而逐渐增大;当热负荷增加到50%以后,旋流强度随过量空气系数的增大而小幅度波动;当煤层气中甲烷体积分数为20%~30%时,随着甲烷浓度的增加,燃烧器出口的火焰形状呈现出变短变窄的趋势,燃烧稳定性提高,出口温度不超过1 000K,可以有效避免喷口被烧坏。     

从含氧煤层气中安全分离提纯甲烷的工艺方法

针对低温液化分离提纯含氧煤层气流程中的安全问题,提出了控制最低尾气出口温度、添加阻燃成分和预粗脱氧3种防止爆炸的技术手段。结合低温液化分离流程特点,利用爆炸三角形理论,分别给出了上述3种防爆措施的详细实现方法。控制最低尾气出口温度方法的核心就是通过控制液化分离流程的最低温度,将尾气浓度状态点控制在爆炸三角区上限线以上;添加燃阻成分和预粗脱氧方法的核心是：使混合物在分离过程中最可能出现进入爆炸三角区的区域（对低温分离通常在可燃气体液化分离区域）内,氧浓度降低到当地温度、压力下爆炸三角形图上以临界点和纯可燃气体点的连线及以下。基于大量文献数据,拟合出不同温度和压力下甲烷爆炸上限和下限的计算关联式。     

低温法浓缩煤层气中的甲烷

叙述了采用低温法分离煤层气(CMM)的工艺流程,并讨论了工艺条件对分离过程的影响。对于含甲烷45%以上的煤层气,可将甲烷浓度提高到95%~99%,低温装置的甲烷回收率可达95%~99%。     

THF+TBAB+SDS对含氧煤层气水合物生成促进的实验研究

由于生成条件比较温和、含气率较高、储存稳定、耗能低、再分解简单可控、水合物晶体仅包含水和甲烷的优点,水合物法已成为一种有吸引力的分离含氧煤层气的新方法。实验研究了THF+TBAB+SDS体系中煤层气水合物生成的热力学参数及诱导时间的变化规律,获得了相应的相平衡数据。结果表明:THF+TBAB+SDS对煤层气水合物生成的热力学促进作用明显好于单一组分添加剂;并且THF、TBAB混合后,对煤层气水合物生成热力学起主要促进作用的为THF;三种添加剂混合后,记忆效应对煤层气水合物生成诱导时间影响不明显。     

乙烯裂解气的水合物法分离实验研究

开发了一种水合物法分离乙烯裂解气的新技术,考察了在选择性热力学抑制剂THF下乙烯裂解气体系的气-水合物相平衡。在一定范围内改变体系的初始压力、温度和THF浓度,得到了各组分在气-水合物两相的摩尔分率和体系达到平衡时的压力。结果表明,通过加入选择性抑制剂,能使甲烷生成水合物,进入水合相,乙烷、乙烯则很难生成水合物而得到抑制,从而使C2组分在气相中得到富集,甲烷在水合物相得到富集,实现乙烯裂解气的分离;在初始压力为4．0MPa、温度为276．15K、THF浓度为8．01％（摩尔分数）的条件下,分离效果达到最佳。     

盐水体系环戊烷-甲烷水合物生成过程温度特性

研究了盐水体系中环戊烷-甲烷水合物生成过程中的温度变化,分析了体系的热量损失。在初始温度为4.0℃和压力为8.5MPa的条件下,考察了不同气液比R_(gl)、环戊烷与水体积比r_v和盐度w_(NaCl)对釜内最高温度T_(max)的影响。实验表明,T_(max)受r_v和w_(NaCl)影响显著,而受R_(gl)影响较小,其中T_(max)随r_v的增加呈现先增后减的趋势,随w_(NaCl)的增加则呈现递减的趋势。在R_(gl)为0.786、r_v为0.556的条件下,w_(NaCl)为0%、3.5%、6.0%和7.0%盐水体系的T_(max)分别为21.3℃、12.6℃、11.5℃和10.7℃。由热量分析发现,体系的主要热量损耗表现为体系向环境中的散热,加快釜内水合物生成速率和提高体系绝热效果,有利于提高水合物生成热的热量有效利用率,从而提高T_(max)。     

多孔介质+THF+TBAB体系低浓度煤层气水合物合成正交实验

利用水合物法提纯低浓度煤层气具有非常广泛的应用前景。根据正交实验原理设计实验,研究了多孔介质、THF、TBAB对低浓度煤层气水合物合成的相平衡条件、诱导时间和储气量的影响。结果表明,THF+TBAB复配溶液有效改善了水合物合成的相平衡条件,其中THF的促进作用更显著;本实验体系可以有效降低水合物生成的诱导时间,但诱导时间表现出一定的随机性;多孔介质的存在提高了水合物储气量,最高达到38.3L/L。     

天然气水合物中甲烷的地球化学研究

采集了世界各地的水下天然气水合格样品并分析了其中烃类气体成分和甲烷碳同位素组成后认为，进入水昌格结构中的甲烷分子主要是微生物还原沉积极有机质的ＣＯ２而产生的。     

多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

基于实际海洋水合物资源的赋存状态及温度、压力条件,在人工多孔介质中物理模拟海底水合物稳定带的水合物藏进行了水合物的形成与分解的实验研究。分析甲烷水合物在多孔介质中的形成与降压开采过程,揭示了其温度、压力和产气速率的变化规律。采用逐步降压的方法测定了多孔介质中水合物在特定温度下最小分解推动力,比较了不同降压模式下的累计产气量。结果表明,水合物形成过程中通过不断注水保持系统压力,甲烷可完全生成水合物,最终水合物藏中仅有水和水合物两相;实验条件下水合物的分解主要受压差影响,压差越大,分解速率越大,累计产气量越高;在一定温度下水合物的分解需有一个最小推动力。比较不同降压模式发现,累计产气量只与压差有关,而与降压模式无关。     

热传递对甲烷水合物生成速度的影响研究

为了深入了解传热对甲烷水合物生成过程的影响,在体积10L的静态反应器中,研究了不同的制冷液温度、流量和气体温度条件下甲烷水合物的生成状况。实验过程中设定水溶液的初始温度为276．15K,压力为（6．6±0．2）MPa,反应水量为1．92kg。实验结果表明,当较大量的合成甲烷水合物时,如果甲烷水合物生成热不能被及时带走,反应液体温度将迅速升高,导致甲烷水合物生成速度很快变小甚至停止;同时,气体温度对甲烷水合物的诱导期和生成速度也有重要影响,气体温度越低,甲烷水合物生成诱导期越短,生成速度越快。因此,热传递是影响甲烷水合物生成速度的关键因素。     

An experimental study of the synergistic effects of BMIM-BF_4,BMIM-DCA and TEACI aqueous solutions on methane hydrate formation

In this work, the effects of three ionic liquids(ILs), namely, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium dicyanamide and tetraethyl-ammonium chloride, on methane hydrate formation and dissociation kinetic parameters were studied. The kinetic parameters including the initial rate of hydrate formation, hydrate stability at atmospheric pressure and hydrate storage capacity were evaluated. The experimental measurements were performed in an initial pressure range of 3.5-7.1 MPa. It was found that both of ILs with imidazolium-based cation increase the initial methane hydrate formation rate while the IL with ammonium-based cation leads to a decrease in the initial methane hydrate formation rate. It was also interpreted from the results that all of the three studied ILs decrease methane hydrate stability at atmospheric pressure and increase methane hydrate storage capacity. Finally, both of ILs with imidazolium-based cations were found to have higher impacts on decreasing hydrate stability at atmospheric pressure and increasing the methane hydrate storage capacity than the applied IL with ammonium-based cation.     

石英介质中甲烷水合物生成特性的实验研究

在恒容条件下,实验研究了甲烷水合物在不同粒径的石英介质体系中的生成特性。在不同初始压力(9MPa、12MPa和15MPa)、不同水浴温度(3℃、5℃、7℃和9℃)以及不同粒径(2μm、5μm和229μm)的条件下,研究了以上各因素对水合物生成规律的影响。实验表明,在粒径为2μm石英介质中,水合物的生成速度较快;在生成初期,水合物生成时体系温度迅速上升,温度的升高受到水合物平衡生成温度的限制;随着水合物生成量的增大,生成过程开始受到传质过程的控制;水的转化率随着水浴温度的降低与初始生成压力的增大而增大,但增大的幅度并不显著。粒径229μm的石英砂中,水合物的生成速度与最终水的转化率均明显低于粒径为2μm与5μm时,水合物的生成受到传质过程控制。     

砂土沉积物中甲烷水合物降压分解渗流阵面实验

地层渗流特性是天然气水合物（以下简称水合物）开采评价的重要内容之一,但是目前与水合物地层渗流特性密切相关的孔隙压力演化数据积累明显不足。为此,进行了砂土沉积物中甲烷水合物降压分解实验。首先进行了实验设计,并标定检验了实验系统测量仪器（压力传感器、温度探头和气体流量计）;按照设计的实验步骤,进行了3次降压分解实验,根据实验获得的孔隙压力等重要数据,分析了孔隙压力演化和渗流阵面传播的规律以及影响因素,探讨了孔隙压力演化曲线出现波动段和平稳段的原因。基于实验的基本条件,得到如下结论：①砂土沉积物中渗流阵面传播距离与时间的平方根成近似线性关系,绝对渗透率相近时,初始水合物饱和度越高,渗流阵面传播速度越慢;②甲烷水合物分解导致砂土沉积物的孔隙压力演化曲线存在明显的波动段和平稳段,波动可能是由于样品渗流通道堵塞、贯通交替进行或者气液饱和度交替增大所引起的,平稳段应该是砂土沉积物中等效轴向渗流通道内甲烷水合物分解产气与气体渗流达到动态平衡的间接反映。     

Kinetic study of methane hydrate formation in the presence of carbon nanostructures

The effect of synthesized nanostructures,including graphene oxide,chemically reduced graphene oxide with sodium dodecyl sulfate(SDS),chemically reduced graphene oxide with polyvinylpyrrolidone,and multi-walled carbon nanotubes,on the kinetics of methane hydrate formation was investigated in this work.The experiments were carried out at a pressure of 4.5 MPa and a temperature of 0 ℃ in a batch reactor.By adding nanostructures,the induction time decreases,and the shortest induction time appeares at certain concentrations of reduced graphene oxide with SDS and graphene oxide,that is,at a concentration of 360 ppm for reduced graphene oxide with SDS and 180 ppm for graphene oxide,with a 98% decrease in induction time compared to that in pure water.Moreover,utilization of carbon nanostructures increases the amount and the rate of methane consumed during the hydrate formation process.Utilization of multi-walled carbon nanotubes with a concentration of 90 ppm showes the highest amount of methane consumption.The amount of methane consumption increases by 173% in comparison with that in pure water.The addition of carbon nanostructures does not change the storage capacity of methane hydrate in the hydrate formation process,while the percentage of water conversion to hydrate in the presence of carbon nanotubes increases considerably,the greatest value of which occurres at a 90 ppm concentration of carbon nanotubes,that is,a 253% increase in the presence of carbon nanotubes compared to that of pure water.     

电阻率在天然气水合物三维生成及开采过程中的变化特性模拟实验

为获取更多的清洁高效能源,全球范围内都正在开展与天然气水合物（以下简称水合物）开采相关的研究,其中电阻率作为表征水合物变化的一个重要参数也被纳入了重点研究范畴,但其在水合物三维生成及开采过程中的变化特性尚未见报道。为了得到三维系统下水合物的电阻率变化数据,利用三维水合物反应釜,实验室模拟研究了水合物在多孔介质中生成及利用双水平井注热开采实验过程中电阻率的变化特性。结果发现：①电阻率总体上随着水合物的生成而升高,随着其分解而下降;②电阻率与水合物饱和度并不呈完全的线性关系,当水合物饱和度升高到一定程度时,电阻率变化减缓;③在水合物生成过程中发现水合物生成存在“爬壁效应”--水合物在多孔介质中的生成并不同步,水合物在边界区域明显多于中心区域;④在水合物开采过程中发现电阻率不仅随水合物分解的变化而变化,而且还与开采过程中的流体流动有着较大关系,所以利用电阻率作为水合物开采的特征指标时需要先排除流体流动的干扰。     

动力学抑制剂作用下天然气水合物生成过程的实验分析

通过实验分析动力学抑制剂作用下天然气水合物的生成动力学过程,可为动力学抑制剂的作用机理研究及新型抑制剂的研制提供可靠依据。为此,利用自行研制的水合物抑制性评价装置,模拟了3 000m深水钻井的井下动态环境(2℃,30MPa),对常用类型的动力学抑制剂进行了天然气水合物抑制性能评价实验,结合实验过程中压力—温度曲线以及温度、压力随时间的变化曲线,建立了钻井动态环境中天然气水合物生成动力学研究的分析方法,分析了深水钻井中动力学抑制剂作用下天然气水合物生成的动力学过程。结果表明,通过该方法可将天然气水合物的生成过程划分为水合物成核、水合物生长和水合物大量生成3个阶段,几种常用天然气水合物动力学抑制剂对水合物成核期的影响并不明显,但可有效抑制水合物的生长;以内酰胺基为关键作用基团的水合物动力学抑制剂主要通过吸附在水合物表面延缓水合物生长来发挥抑制作用,而其中共聚物类天然气水合物动力学抑制剂的抑制效果优于均聚物类天然气水合物动力学抑制剂。     

PAM-AA水凝胶体系中甲烷水合物生成过程的实验研究

作为储量巨大的清洁能源和应用广泛的工业原料,天然气水合物越来越多地受到学者和工业界的关注。实验研究了含聚丙烯酰胺-丙烯酸（PAM-AA）盐溶液中甲烷水合物在反应釜中的生成过程,揭示了PAM-AA水凝胶体系对生成甲烷水合物的作用。结果表明:2 ℃、8 MPa时,水凝胶体系促进甲烷水合物生成;2 ℃、4.5 MPa时,水凝胶体系抑制甲烷水合物生成;PAM-AA水凝胶体系能够扰乱甲烷水合物的正常生成,表现为缩短甲烷水合物大量生成的时间（促进）和阻碍气液间的传质（抑制）;实验生成的甲烷水合物形态分为两种,即疏松且含有大量孔隙或坚硬且致密,分别对应抑制/促进甲烷水合物生成的体系。通过探究PAM-AA水凝胶体系中甲烷水合物的生成过程,能够为工业领域内甲烷水合物的生成、防治、储存和运输提供借鉴。     

层内生成CO2气体吞吐提高原油采收率室内实验研究

CO2驱被认为是提高采收率最有效的方法之一,制约其应用的主要因素就是气源问题,以及腐蚀、安全和环境影响等。在室内进行了层内生气体系单液法的研究,优选出适应性强、经济可行的复配生气体系,并通过高压测试、驱油实验对其效果进行了评价。实验结果表明优化后的体系具有生气量大、无腐蚀、溶解性能好、反应受温度控制的特点,该体系适合在温度大于70℃的油藏中使用,其采收率可提高4％左右。     

An experimental study of the synergistic effects of BMIM.BF4, BMIM.DCA and TEACl aqueous solutions on methane hydrate formation

In this work, the effects of three ionic liquids (ILs), namely, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium dicyanamide and tetraethyl-ammonium chloride, on methane hydrate formation and dissociation kinetic parameters were studied. The kinetic parameters including the initial rate of hydrate formation, hydrate stability at atmospheric pressure and hydrate storage capacity were evaluated. The experimental measurements were performed in an initial pressure range of 3.5–7.1 MPa. It was found that both of ILs with imidazolium-based cation increase the initial methane hydrate formation rate while the IL with ammonium-based cation leads to a decrease in the initial methane hydrate formation rate. It was also interpreted from the results that all of the three studied ILs decrease methane hydrate stability at atmospheric pressure and increase methane hydrate storage capacity. Finally, both of ILs with imidazolium-based cations were found to have higher impacts on decreasing hydrate stability at atmospheric pressure and increasing the methane hydrate storage capacity than the applied IL with ammonium-based cation.