蒙脱石对瓦斯水合分离过程的影响

为探寻有效改善瓦斯水合分离速率和分离浓度的方法,研究了蒙脱石（MMT）-化学促进剂（SDS 0.40 mol/L,THF 0.20 mol/L）复配体系对水合物生成过程及CH4分离浓度的影响。实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行计算,运用气相色谱仪测定分离产物中CH4浓度,并对MMT促进机理进行初步分析。结果表明：添加MMT实验体系的瓦斯水合物生长速率较空白实验分别提高了2.43×10 -6,1.45×10 -6和2.48×10 -6 m 3/min,诱导时间分别缩短了8,7和13 min,水合分离浓度分别提高了7.77%,5.07%,0.78%;一级水合分离产物中的CH4最大提纯浓度可达70.52%。     

雾化喷嘴夹角对瓦斯水合分离的影响

为改善高浓度CH_4瓦斯水合分离效果,利用瓦斯快速水合喷雾实验装置开展了雾化喷嘴夹角影响下高浓度CH_4瓦斯水合分离实验,结合瓦斯水合结束气-固相色谱分析结果,探讨喷嘴夹角对CH_4回收率和分离因子的影响。结果表明:60%CH_4瓦斯气样,喷嘴夹角30°、45°、60°、90°对应的CH_4回收率分别为20.69%、24.23%、16.83%、15.39%,分离因子分别为1.69、1.89、1.55、1.49;70%CH_4瓦斯气样,喷嘴夹角30°、45°、60°、90°对应的CH_4回收率分别为22.44%、25.27%、19.63%、17.87%,分离因子分别为1.67、1.83、1.52、1.41;80%CH_4瓦斯气样,喷嘴夹角30°、45°、60°、90°对应的CH_4回收率分别为22.36%、24.51%、18.81%、16.14%,分离因子分别为1.90、1.95、1.76、1.75。3种瓦斯气样的CH_4回收率和分离因子均随雾化喷嘴夹角的升高先增大后减小,其影响顺序为:45°30°60°90°。     

THF-SDS对瓦斯水合分离过程温度场分布影响

为探究THF-SDS复配溶液对瓦斯水合反应过程温度场影响,利用配备阵列式温度传感器的水合反应装置,研究了3组促进剂溶液(1 mol/L THF,1 mol/L THF+0.02 mol/L SDS,1 mol/L THF +0.1 mol/L SDS)体系中瓦斯混合气(85%CH4,7%N2,3%O2,5%CO2)水合分离过程温度场分布特征。结果表明：瓦斯水合体系中SDS浓度增加,反应放热速率呈递增趋势(0.030～0.230 kJ/min);反应热导致水合体系温度分布发生变化,体系上层温度最高,下层温度最低,体系中SDS浓度越高,温度梯度越明显;瓦斯水合物导热系数随体系温度分布发生改变(0.529～0.534 W/(m·K)),SDS浓度越高,瓦斯水合物导热系数越大。分析认为,THF-SDS复配溶液改善了瓦斯水合分离热力学条件,提高了气-水转化率,影响了不同水合体系温度场分布。     

THF对高浓度CH4瓦斯水合分离效果影响实验

为改善高浓度CH4瓦斯水合分离效果,进行了3种初始压力（1.5,2.5,3.5 MPa）影响下高浓度CH4瓦斯（60%CH4,32%N2,8%O2）在摩尔分数为2.5%5.5%的THF溶液中的水合分离实验,结合气相色谱分析结果,考察THF摩尔分数、初始压力对CH4回收率和分离因子的影响;利用Raman光谱技术分析高浓度CH4瓦斯在THF摩尔分数5.5%、初始压力1.5 MPa、温度2℃实验条件下水合产物微观晶体结构特征。结果表明:同一压力下,CH4回收率和分离因子随THF摩尔分数升高呈递增趋势;THF摩尔分数在2.5%4.5%时,CH4回收率随着初始压力的升高先增大后减小,THF摩尔分数为5.5%时,CH4回收率随着初始压力的升高而增大,4种浓度THF溶液中分离因子均随着初始压力的升高而减小;THF参与水合反应并占据大孔穴(51264),为瓦斯气体提供小孔穴(512)骨架,CH4优于N2,O2占据小孔穴,THF—CH4—H2O生成II型水合物。     

TBAB溶液中高浓度CO_2瓦斯水合分离效果试验

为改善高浓度CO2瓦斯水合分离效果,研究了3种高浓度CO2瓦斯在浓度为0.2~0.8 mol/L的四丁基溴化铵溶液(TBAB)条件下的水合分离过程,结合气相色谱分析结果对CO2回收率和分离因子进行了计算与分析。结果表明:由于TBAB水合形成半笼型结构为CO2提供物质基础,在一定TBAB浓度范围内,水合物相CO2浓度随TBAB浓度升高而升高;但TBAB浓度过高影响CO2在液相中的溶解度,抑制CO2水合物的形成,使CO2回收率下降。原料气中CO2浓度越高,填充512晶穴的CO2含量越多,使得TBAB体系中分离因子随原料气中CO2浓度升高而增大;而当CO2浓度较低时,TBAB的添加影响了CO2水合分离净化程度。     

十二烷基硫酸钠对瓦斯水合物生长速率的影响

运用可视化瓦斯水合物实验装置,研究了4种浓度（0.4、0.5、0.6和0.7 mol/L）十二烷基硫酸钠溶液对瓦斯体系水合物生长速率的促进效果,实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行了计算。结果分析表明：十二烷基硫酸钠提高了水合物生长速率,促进了瓦斯水合物生成;十二烷基硫酸钠促进作用存在一个最佳浓度,在所研究的各个体系中,0.6 mol/L SDS溶液中瓦斯水合物生长速率最大,9.0 MPa压力条件下生长速率可达3.35×10^-5 m³/h。     

油水乳液强化分离矿井瓦斯的特性

为探究油水乳液体系瓦斯水合物分离特征,利用高压可视搅拌水合分离实验装置结合气相色谱仪,研究了2℃条件下油水体积比、驱动力对瓦斯水合物生长速率和CH4回收率的影响,计算了气体消耗量、水合物体积生成量、水的转化率。结果表明:油水乳液体系水合物浆液具有良好的流动性;相同温度压力条件下,油水体积比1∶1体系瓦斯水合物平均生长速率和CH4回收率均优于7∶3体系,但水合物浆液流动性不及7∶3体系;瓦斯水合物平均生长速率、气体消耗量、水合物体积生成量、水的转化率均随着驱动力的增大而增大;油水体积比1∶1条件下CH4回收率和分离因子随着驱动力的增大而先增大后减小,驱动力为3.0 MPa(压力为7.78 MPa)时CH4回收率最大为24.36%。     

利用水合原理分离矿井瓦斯实验

提出了利用水合原理分离矿井瓦斯的新方法,利用自制高压可视化实验装置研究了4种瓦斯气样、3种试剂构成的12个反应体系中瓦斯水合化分离热力学参数变化规律及其CH₄分离提纯浓度.获得了4种配比瓦斯气样水合化分离热力学参数和3个反应体系中水合化分离前后水合分离器中气相组分色谱分析结果.研究发现：57.899%浓度的Ⅰ型气样和34.130%浓度的Ⅳ型气样经过一级水合化分离后CH₄提纯浓度可以分别达到77.217%~88.133%,66.385%;添加剂THF对水合化分离热力学条件改善和分离效果提高作用明显.     

基于拉曼光谱技术的瓦斯水合分离产物结构特征

采用激光拉曼光谱技术在1℃,5 MPa条件下原位测试了3种瓦斯气样(CO2,CH4和N2的百分比分别为70∶16∶14;75∶11∶14;80∶6∶14)水合过程,分别获取了其水合反应初始时刻气相与结束时刻水合物相的拉曼光谱图,探讨了其拉曼光谱特征。客体分子的振动模式及其Raman位移表明,瓦斯气样1,2分别合成CO2-CH4水合物,而气样3仅合成CO2水合物。基于客体分子Raman谱带面积比,结合\"松笼-紧笼\"及Van der Waals-Platteeuw模型,定量分析了3种瓦斯水合物晶体孔穴占有率、水合指数等参数。结果表明,3种瓦斯水合物样品均为Ⅰ型结构,CO2大孔穴占有率分别为75.24%,77.01%,98.70%,CH4大孔穴占有率分别为22.20%,22.64%,0,CH4小孔穴占有率分别为87.73%,91.64%和0,3种瓦斯水合物水合指数分别为6.10,5.89和7.77。     

低浓度煤层瓦斯水合物分离工艺功耗分析

针对我国煤层瓦斯抽采浓度低与传统提纯方式分离系数低的问题,以太原理工大学自行水合物提纯实验数据为依据,提出一种低浓度煤层瓦斯水合物分离工艺,并依据热力学方程对其经济性进行分析。结果表明:在常压0.1 MPa、293 K初始条件下,1 MPa、278 K工作条件下,每提纯产出1 m~3纯CH_4只耗电0.77 k W·h,以工业电价折合为0.56元,具有良好的工业化推广经济基础。     

基于阻抗法煤体中瓦斯水合动力学研究

为探寻水合物技术在瓦斯突出防治方向上的应用工艺,利用瓦斯水合固化过程阻抗特性监测实验装置,研究4组不同煤体孔隙裂隙分布对瓦斯水合过程的影响,获取了煤体中瓦斯水合过程阻抗曲线,计算了瓦斯水合物生长速率与含气量。结果表明:实验釜上层位阻值增大,中层位与下层位阻值减小,瓦斯水合物集中在实验釜上层位与中层位形成;相同热力学条件下4组体系中瓦斯水合物生长速率分别为0.180,0.083,1.747,0.448 cm~3/min,水合物含气率分别为1.9×10~(-3),6.3×10~(-3),2.1×10~(-3),1.6×10~(-3)mol/cm~3,说明孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合速率较快,所形成水合物具有较高的含气量。不同孔隙裂隙煤体中单位体积瓦斯水合物含气量不同,孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合物形成量较大,基于准均匀占据理论,孔隙裂隙较发育煤体中瓦斯水合物所含空晶笼较多。     

表面活性剂在瓦斯水合中的作用机理

运用自制的可视化实验设备,进行了表面活性剂吐温（T40,1×10^-3mol/L;T40,2×10^-3mol/L;T40/T80（1∶1）,1×10^-3mol/L）在瓦斯水合过程中的影响研究,结合煤层高压注水中添加表面活性剂R1-89的现场研究,分析了表面活性剂在瓦斯水合3阶段的主要作用.认为在煤层注水阶段表面活性剂的加入降低了液体表面张力和注水压力,使注水速度加快,煤体得到均匀润湿;在水合物诱导阶段表面活性剂的胶束化增加了瓦斯气体的溶解度,促进了气体在溶液中过饱和,推动了水合物晶核生长,缩短了诱导时间;在水合物生长阶段,表面活性剂胶束对溶于其中的气体分子和吸附于其周围的水分子的束缚作用,相当于降低了体系的温度,改变了水合物生成热力学条件.     

京津冀地区房屋建筑中钢铁存量研究及驱动力分析

建筑业是京津冀地区主要的钢铁消费领域。本研究以动态物质流分析为基础,测算了1949~2016年京津冀地区房屋建筑中的钢铁存量,并在此基础上,初步探索了驱动钢铁存量变化背后的因素。结果显示:2016年,京津冀地区北京市房屋建筑中钢铁存量为52.9 Mt,天津市为46.3 Mt,河北省为142.8Mt。在房屋建筑中人均钢铁存量方面,2016年,天津市为2 961.8kg/人,而北京市为2 434kg/人,河北省仅为1 911.8kg/人。2000~2016年,经济是促进京津冀地区房屋建筑中钢铁存量增加的最大因素,其次是人口因素;钢铁服务效率因素对河北省房屋建筑中钢铁存量增加的驱动强度在逐渐增强,而对北京市和天津市的驱动强度在减弱。     

百功煤矿炮掘巷道煤壁瓦斯涌出规律研究

为了进一步研究炮掘巷道煤壁瓦斯涌出规律,确定合理通风设计和制定瓦斯防治措施.通过测定煤壁瓦斯涌出强度并建立经验公式,研究煤壁瓦斯涌出与巷道长度、暴露时间的关系.结果表明,炮掘巷道煤壁瓦斯涌出强度随时间的变化符合双曲线关系,并得出了煤壁瓦斯涌出的极限巷道长度;还根据瓦斯的不同来源和含量,将掘进工作面风流流动分为3个区段,分别为折返区、风流不稳定区和风流稳定区.     

高瓦斯长距离掘进工作面瓦斯涌出规律研究

由于开采深度的增加,长治某矿3号煤层瓦斯含量逐渐增加,掘进工作面瓦斯涌出量较大,给局部通风带来了较大的困难。为了解瓦斯涌出规律,以3101掘进工作面为研究背景,采用现场测试、室内试验和数据分析相结合的方法,对3101掘进工作面的瓦斯涌出量进行了研究。研究结果认为:3101掘进工作面瓦斯主要来源于煤壁涌出的瓦斯和落煤涌出的瓦斯;煤壁的瓦斯涌出强度与煤壁的暴露时间呈现出双曲线的关系;掘进工作面长度对瓦斯涌出量有很大的影响,基本上呈线性趋势。     

高瓦斯矿井快速掘进工作面动态瓦斯涌出规律研究

为降低新疆硫磺沟煤矿(45)06掘进工作面瓦斯涌出,采用灰色理论通过MATLAB计算软件进行关联度分析,选取时间、日进尺、日产量等关键影响参数对掘进工作面动态瓦斯涌出规律进行探究。研究结果表明,(45)06轨道巷掘进工作面瓦斯涌出量为1.3850~1.8005 m3/min。断层是影响瓦斯涌出量的主控因素,瓦斯涌出量受日进尺和配风量的影响较大,而受围岩岩性、褶皱、累计进尺和累计天数的影响较小。以此为依据,对(45)06掘进工作面采取了瓦斯实时监测、有效通风技术的应用措施,保证了工作面安全推进,提高了矿井安全生产质量。