瓦斯水合物分解热力学研究

通过可视化实验设备研究了5组Ⅱ型瓦斯水合物分解热力学条件，利用Clausius—Clapeyron方程、数值分析理论、傅立叶定律及传热方程，建立了水合物分解热计算模型和水合物分解传热过程简化模型；计算了水合物分解热；明确了水合物分解过程中所需热量，煤层／空气传热介质的温度梯度及分解耗时等因素的关系．结合抚顺煤田实际情况计算出当温度梯度为3．5K／m时，煤中14．64m^3／t瓦斯量生成的水合物分解需热量为600kJ，耗时117h．结果表明：水合物分解过程所需热量多、耗时长，证实了利用瓦斯水合作用防止煤与瓦斯突出的可行性．     

固液相平衡计算研究进展

围绕固液相平衡计算,综述了活度系数法、经验模型法和状态方程法的研究进展和应用。概括和分析了活度系数模型(Pitzer、ELECNRTL、Wilson、NRTL、UNIQUAC、正规溶液理论)、经验模型(λh、Apelblat、Jouyban-Acree)和状态方程模型(PR、SRK、Martin-Hou),并介绍了模型的适用范围及优缺点。固液相平衡计算模型对化工固液分离过程中的理论研究和工业应用具有重要意义。     

缔合物系的相平衡模型及泡点计算

本文建立了含有一个缔合组分的多元物系的相平衡模型。假定缔合组分只发生二聚作用,而不生成高聚体;采用 Virial 状态方程计算汽相中各组分的逸度系数;由 Wilson 方程或NRTL方程计算液相中各组分的活度系数。这样,该模型只需用有关二元汽液平衡数据,就能进行常压及中压下多元缔合物系的汽液相平衡及精馏计算,具有一定的工业实用价值。为了证实本模型的适用性,以CH_3COOH—H_2O—CH_3COOCH_3三元物系为例做了泡点计算,并将计算结果与文献实验值进行了比较。结果表明,泡点和汽相组成均能与实验值较好相符。因此,本模型可用于含醋酸物系的相平衡和精馏计算。     

去离子水体系下丁辛醇弛放气水合物生成条件的实验测定及计算

利用压力搜索法测定了丁辛醇弛放气在温度为274.15～280.15K下的水合物生成压力。结果表明,丁辛醇弛放气在去离子水体系下的生成压力较低,且目标气体组分C3较其他气体组分的水合物生成压力更低,因此可以利用水合物法对弛放气进行分离。采用Chen-Guo模型对弛放气在纯水中生成水合物的数据进行了计算,得到了较为满意的计算结果,平均误差为6.43%,说明Chen-Guo模型能够较好地预测该类体系的水合物的生成条件。通过分析水合物法回收C3气体的可行性,提出了相应的工艺流程。     

水合物导热系数的测定

采用探针法对不同质量分数的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中形成的冰、不同质量分数的四氢呋喃 (THF)水合物、不同含水量的石英砂、石英砂和四氢呋喃水合物体系的导热系数进行了实验研究。结果表明,不同质量分数SDS溶液中形成的冰的导热系数随着温度的增加而减小,表明其物理性质与冰类似;而由四氢呋喃和水生成的水合物的导热系数则随着温度的增加而增加,这是因为水合物的结构与冰存在不同。对于石英砂和THF质量分数分别为14.3%和19.0%的四氢呋喃水合物,当温度从-1℃升高到2℃时,导热系数分别从1.979W/(m·K)和1.898W/(m·K)增大到2.068W/(m·K)和2.012W/(m·K),增幅为4.50%和6.01%。当THF的质量分数为19.0%时,THF与水的物质的量比达到最佳值,体系的导热系数最小。     

基于PR方程的气流相平衡计算

流体的气液相平衡一直是研究的重点,目前计算大多采用由实验数据进行回归模拟的半理论方法,然而实验数据多为ＰＴＶｘ数据,应用采到很大限制;本文以此为目标,首先以变交末作用以 Ｋｉｊ的方法采用ＰＲ方程进行气液相平衡计算;     

基于 PR 方程的气液相平衡计算

流体的气液相平衡一直是研究的重点,目前计算大多采用由实验数据进行回归模拟的半理论方法,然而实验数据多为ＰＴＶｘ数据,应用受到很大限制;本文以此为目标,首先以变交互作用参数Ｋｉｊ的方法采用ＰＲ方程进行气液相平衡计算;然后将ＰＲ方程与ＨＢＴ式结合,使计算结果尤其是液相摩尔比容的精度得到较大提高．     

延拓法在油气相平衡计算中的应用

用延拓法、经典的Newton算法和Broyden算法分别计算了四个实际油气体系的露点（用PR方程）,对同一体系的重馏分使用同样的临界参数,对比不同压力初值下这三种方法的迭代收敛情况。对同一体系同样的压力初始值对比了改变重馏分的临界参数拟合实验露点时这三种算法的适应性。结果表明延拓法对初值要求低,是油藏流体的相平衡计算的一种有效算法。     

表面活性剂在瓦斯水合物生成过程中动力学作用

促进水合物快速生成是利用水合物技术预防煤与瓦斯突出和进行煤层气储存运输的关键，表面活性剂作为水合物生成的促进剂，对其动力学促进作用进行研究十分必要．利用水合物实验设备，研究了4种表面活性剂（T40，T80，SDS，SDBS）溶液体系中瓦斯水合物的生成过程，结合建立的水合物诱导时间和生成速度模型对实验数据进行了计算和分析．结果表明：表面活性剂的加入降低了溶液的表面张力，促进了烷烃类气体溶解，加快了晶核形成过程，缩短了水合物生成的诱导时间，提高了生成速度，加快了水合物形成的动力学进程．     

凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼-卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、p-T相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型.该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果.     

用状态方程计算含超临界二氧化碳体系的相平衡

基于超临界流体萃取技术开发的要求,选用CCOR方程,PR方程和修正了混合规则的MPR方程,计算了十个含CO_2二元体系208个数据点的汽—液平衡。结果表明,PR方程计算精度欠佳,MPR方程和CCOR方程却显示了较好的精度。说明了状态方程法对含超临界组分的相平衡计算的可行性及混合规则选择的重要性。     

"记忆效应"对瓦斯水合物生成诱导时间的影响

运用可视化水合物实验设备,进行两组不同实验体系中“记忆效应”对瓦斯水合物生成诱导时间的影响研究,利用数据采集系统得到5次实验过程的p-T参数,结合同步采集的视频资料对实验数据进行分析,结果表明:在含有水合物分解五面体环等残余结构的实验体系中,诱导时间缩短到平时的1/10~1/20.利用“记忆效应”的影响作用可以加速瓦斯水合物生长的动力学进程并改善其生成热力学条件.     

新的交替循环式高压汽液相平衡测定装置

研制了一套两相交替循环式高压相平衡实验测定装置，介绍了若干关键性部件：分段联接式高压釜，无泄漏磁力循环泵，电桥式流量测定装置。通过几个体系的实验测定，并与文献数据比较，表明本装置动作稳定可靠，同时，本装置还可以方便地改装间歇式超亚临流体萃取装置。     

1.2—二氯乙烷—水二元物系相平衡数据测定及关联

1.2—二氯乙烷(以下简写为EDC)是乙烯法生产氯乙烯的中间产物,为了保证EDC的纯度,进而保证氯乙烯的质量,在改进和设计EDC的分离提纯过程中需要该类物系相平衡数据。对于EDC—H_2O物系的相平衡数据,国内外均少报导,苏联     

气液沥青三相相平衡热力学模型与计算方法

原油中含有大量的高分子有机固相物质，因此，要准确地描述油气体系相平衡，必须对气液固三相相平衡进行研究。目前，人们对高分子有机烃类沥青沉降机理有了一定的认识；在此基础上，文章提出了大的交互作用系数可以描述沥青与原油中轻烃不相容性的程度。根据对油气烃类混合物体系的一般性认识与提出的沥青组分特征化方法，导出了与之相应的有其自身特殊性的气—液—沥青三相相平衡物料平衡方程组。用考虑沥青沉降三相闪蒸数值算法，该方法能对沥青沉降进行有效的量化模拟计算。此外，结合实例分析，给出了沥青质参考逸度的计算、饱和压力和沉降量的拟合方法。     

干水对水合物法分离瓦斯中CH_4的影响

以干水中NaCl质量分数、干水中气相疏水性SiO_2质量分数、瓦斯浓度配比为影响因素,利用正交实验法研究干水对水合物法分离瓦斯中CH_4的影响,通过计算获取瓦斯水合分配系数、CH_4回收率、分离因子.运用极差法与方差法分析实验结果,结果表明:干水中疏水性SiO_2质量分数与瓦斯气样配比是CH_4的回收率的显著影响因素,上述3种因素在设定实验范围内对瓦斯水合分离难度和分离净化程度无显著影响;使水合分离难度较低、CH_4的回收率较高、分离净化程度较高的工艺条件为干水中NaCl质量分数1.8%,干水中疏水性SiO_2质量分数5.0%,瓦斯气浓度配比为气样G1.     

模型参数优化中的降维计算方法及其在相平衡计算中的应用

本文提出了模型参数优化的降维计算方法的基本思想。它通过构造参向量空间某个子空间某个子空间族的极小化点集,使一个高维优化问题转化成等价的低维优化问题。降维法的应用常常可以有效地避免高维优化问题中的发散和伪收敛。由于降维法具有很强的收敛性和很宽的收敛初值范围,因此对许多函数性态较差,参数之间相关程度较大的优化问题,一般的通用方法较难给出理想的结果,而降维法的应用却可以使收敛情况大为改观。本文结合相平衡中的一些实例阐明了降维法的基本思想和极小化点集的构造技巧。     

煤层瓦斯流动模型简化计算误差分析

为定量分析煤层瓦斯流动模型简化求解所引起的误差,分别采用朗格缪尔方程与抛物线方程表示瓦斯含量,建立了两种煤层瓦斯单向流动数学模型(朗格缪尔式与抛物线式),并利用克里钦夫斯基近似法得到了抛物线式模型的简化形式(克里钦夫式).通过求解得到了3种数学模型下的煤壁瓦斯压力、含量分布的对比曲线和瓦斯比流量与时间关系的对比曲线,定量分析了抛物线式、克里钦夫式相比朗格缪尔式计算结果的相对误差.结果表明:抛物线式的计算误差较小;克里钦夫式则有较大的误差,在计算的初始时刻,克里钦夫式计算结果比朗格缪尔式大若干倍,并以较大的速率衰减,经较短时间后,克里钦夫式与朗格缪尔式的计算结果有相同的变化趋势,而前式的计算结果明显小于后式.