Fe2(SiO3)3为载氧体的甲烷化学链部分氧化制合成气的热力学研究

采用热力学软件Factsage8.1建立了以Fe₂(SiO₃)₃为载氧体的甲烷化学链部分氧化制合成气反应模型，基于最小吉布斯自由能原理，对甲烷化学链部分氧化制合成气过程进行了热力学计算与分析；以甲烷转化率、CO选择性、H₂选择性及CO₂选择性等指标评价Fe₂(SiO₃)₃的反应活性，研究了Fe₂(SiO₃)₃与甲烷摩尔比、温度及压力等条件对反应的影响，并得到了优化的反应条件。研究结果表明，优化反应条件为Fe₂(SiO₃)₃与甲烷摩尔比0.34、反应温度900℃、压力0.1 MPa。在此条件下，甲烷转化率为98.0%,CO选择性为99.0%,H₂选择性为98.0%,CO₂选择性为1.0%。     

储气罐中天然气水合物生成的温度特性研究

为了研究储气罐中天然气水合物生成的温度变化特征,利用自制的天然气水合物三维模拟装置从甲烷气体和水溶液中成功生成了甲烷水合物,通过温度-压力变化对甲烷水合物在多孔介质中的整个生成过程进行了研究。实验结果表明,注气从垂直中心井注入,导致中心区域温度升高,并向四周蔓延,水合物从中心井往外聚集。由于多孔介质的毛细管作用,甲烷水合物在多孔介质中产生爬壁效应,外侧水合物生成较多,在多孔介质中呈不均匀分布。     

重油在氧化铝多孔介质中浸润燃烧特性

为解决重油在燃烧过程中存在燃烧稳定性差、效率低、环境污染严重等问题,对重油浸润Al₂O₃泡沫颗粒的试样进行了热重实验,同时采用MacCallum-Tanne热分析动力学方法分析了重油燃烧过程活化能的变化关系。结果表明,浸润有Al₂O₃颗粒的重油试样在低温氧化(LTO)温度区间质量损失较没有浸润Al₂O₃颗粒的重油试样的显著降低,峰谷结构更加单一,在燃料沉积(FD)温度区间则影响不大;浸润Al₂O₃颗粒的试样峰值热流和反应热均小于原油试样;转化率在90%～100%时,浸润Al₂O₃泡沫的油样活化能下降。表明Al₂O₃多孔介质泡沫颗粒的蓄热作用对于改善重油油样中的重质成分的热解和燃烧极为有利,有利于促进重油的燃烧和燃尽。     

甲烷化学链燃烧技术中氧载体的研究进展

天然气在中国能源结构中的占比不断增加，其主要成分甲烷在燃烧过程中会产生大量CO和CO₂。甲烷化学链燃烧技术是CO₂捕集的重要技术之一，具有能量梯级利用、避免NO_x产生等优点，在提高能量利用率的同时可得到高纯度CO₂，有利于后续封存和转化利用，对我国“双碳”战略实施具有重要意义。影响化学链燃烧技术的主要因素是氧载体，因此氧载体的选择尤为重要。介绍了化学链燃烧技术的基本原理及特点，重点对以甲烷为燃料的化学链燃烧中的镍基、铜基、铁基、锰基、复合金属和非金属氧载体的研究进展进行了总结，发现氧载体的反应性能主要受其载氧能力、反应活性和抗烧结等性能的影响；同时对甲烷化学链燃烧技术中氧载体未来的发展前景进行了展望。     

稠油油藏中含内热源多孔介质的传热研究

立足于稠油热采技术,通过研究分析储层中含内热源多孔介质的传热机理,建立相应的传热计算模型,给出稠油油藏多孔介质在内热源作用下的温度分布,从而了解温度对油层中原油(尤其是稠油)性质的影响。文中以火烧油层工艺为例,考虑了由生产井注入空气与油层(即含内热源多孔介质)中原油的燃烧放热反应这一因素。运用了数理方程、渗流力学、采油工程等方面的知识,建立了含内热源多孔介质一维传热模型,并对所建立的一维传热微分方程进行求解,得到油层多孔介质在内热源作用下的温度场分布。研究油层多孔介质内部温度场分布对原油开采有重要指导意义。     

页岩纳米级孔隙甲烷渗透特性模拟

通过四参数随机增长法构造二维多孔介质模型,采用格子Boltzmann方法模拟甲烷在多孔介质中的流动,研究了多孔介质孔隙率(ε)、进出口压差和吸附解吸对于甲烷气体渗透率(K)的影响。实验结果表明,ε对K影响最明显,ε越大,K越大;K随进出口压差的增大而增大;而甲烷在固体表面吸附解吸对K的影响较小。     

Co-Cu复合氧化物催化剂催化低浓度瓦斯燃烧性能研究

催化燃烧是目前转化与利用低浓度瓦斯的有效方法之一。为探究制备工艺对Co-Cu复合氧化物催化剂催化低浓度瓦斯燃烧性能的影响，分别采用溶胶-凝胶法和共沉淀法，制备了Co-Cu复合催化剂，并用于低浓度瓦斯催化燃烧反应(甲烷体积分数为1.69%)。考察了制备方法、焙烧温度和n(Co):n(Cu)对催化剂性能的影响，并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征。结果表明，适宜的催化剂焙烧温度为400℃、n(Co):n(Cu)为1:1，该条件下制备的催化剂催化活性最高。在该条件下，与溶胶-凝胶法制备的催化剂(n(柠檬酸):n(金属离子)为3:2)相比，共沉淀法制备的催化剂具有更高的催化活性，其甲烷转化特征温度t₁₀、t₅₀和t₉₀(分别指甲烷转化率为10%、50%、90%时的温度)分别降低了6℃、70℃和1℃。     

利用详细燃烧模型对裂解炉二维模型富氧燃烧过程进行数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent对裂解炉燃烧器二维模型富氧燃烧过程进行数值模拟,研究了富氧燃烧技术对裂解炉炉膛内燃烧过程的影响。采用详细燃烧模型,即41步甲烷燃烧骨干机理和涡耗散概念模型进行耦合计算,详细准确描述了富氧燃烧过程。湍流模型采用标准k-湍流模型,辐射模型采用P-1模型。模拟计算结果表明,随助燃空气中氧气含量的增大,燃料燃烧更加完全,燃烧反应放热量增大。当氧气含量(w)从23.5%增至36.5%时,炉膛内平均温度升高了7.93%、峰值温度升高了4.33%、烟气出口处温度升高了3.56%、烟气出口处CO含量降低了54.5%、烟气出口处CO_2含量升高了9.23%、烟气出口处NO_x含量增幅较大(达到了0.350 5%)。     

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。     

液态碳氢燃料燃烧特性的研究现状和展望

综述了国内外液态碳氢燃料燃烧特性相关的实验、化学机理研究现状,着重介绍了火焰传播特性、熄灭特性、着火特性和产物特性的实验方法和化学动力学模型。液态碳氢燃料的燃烧特性受到人们越来越多的重视,目前的研究主要集中在含碳原子数12（即C₁₂）以下的碳氢燃料,并且基本在常压条件下开展,而加压实验及作为航空煤油和柴油主要成分的C₁₂以上碳氢燃料的研究甚少。高碳数碳氢燃料的燃烧机理比碳数较低的碳氢燃料更加复杂,不能简单地从小分子碳氢燃料的研究结果进行外推。因此,未来需要加强加压条件下的液体碳氢燃料和C₁₂以上高碳数碳氢燃料燃烧特性的研究。与此同时,需要深入开展相关化学反应机理模型和简化机理的研究,以便更准确地预测燃料的燃烧性质和促进燃烧数值模拟。     

超低浓度煤层气在流态化蓄热装置中的燃烧特性

超低浓度煤层气中甲烷体积分数低于5%,常规技术很难加以利用,而含有石英砂颗粒的流态化蓄热装置对超低浓度煤层气的燃烧利用提供了平台。为此,采用数值模拟的方法,研究了含有不同甲烷浓度的超低浓度煤层气在流态化蓄热装置中的燃烧特性,并和绝热燃烧时的工况进行了对比,分析了燃烧特性、蓄热特性、氮氧化物生成等变化规律。结果表明,流态化蓄热装置在煤层气的体积分数不低于3%时可以维持燃烧;与采用绝热工况相比,采用蓄热颗粒之后,燃烧反应向布风板方向移动,并主要发生在蓄热颗粒组成的床层以内;燃烧后氮氧化物排放量极少。     

垂向燃烧辅助重力泄油过程的数学描述

总结了平面直井间火驱存在的问题和前人对就地燃烧过程进行数学描述的成果及缺点。简述了垂向燃烧辅助重力泄油技术的设计思想、布井方式和泄油过程。在三维垂向燃烧辅助重力泄油实验结果的基础上，以传热传质和燃烧理论为依据，分析了垂向燃烧辅助重力泄油过程涉及的主要物理化学现象。以物质守恒原理和能量守恒原理为基础，在一定的假设前提条件下，建立了描述垂向燃烧辅助重力泄油过程的数学模型，其数值求解的４个影响因素是：燃烧过程中因焦炭吸附产生的对渗流过程的影响；对多孔介质燃烧过程中气相组分扩散的描述；对多孔介质中发生的非均相体系化学反应速率的描述；对网格数与流体组分数的设定     

对省级天然气管网设施公平开放与监管的思考——以陕西省为例

天然气管网设施公平开放和依法监管是绝大多数市场化比较成熟国家的一致选择。中国的天然气管网改革才刚刚起步,特别是在省级管网设施的监管方面,面临诸多现实问题。为此,以陕西省为例,剖析了我国当前省级天然气管网公平开放面临的主要问题:(1)省管网公司采取统购统销模式,不适应公平开放制度管输业务独立的客观要求;(2)省内管输价格管理办法和成本监审办法待建立,管输价格合理性亟待监审;(3)储气调峰和两部制管输定价缺位,不适应公平开放定价规则;(4)居民和非居民用气实行"双轨"制,不利于市场健康快速发展;(5)储气调峰设施建设滞后,影响供气稳定性和开放准入;(6)管网开放更具操作性的规章制度准则有待于完善。由此建议近期的监管工作重点应从以下5个方面入手:(1)督促省内管输企业扎实履行信息公开义务;(2)监管管网设施信息和运营信息公开的及时全面真实有效;(3)推动省内管输价格管理办法和成本监审办法尽早出台;(4)推动省内管网公司管输与销售、管输与下游业务分离;(5)推动大用户直供,改变省网公司统购统销模式。     

天然气重整器内部传递过程的数值模拟

天然气通过重整反应可以生成氢气，成为燃料电池氢原料的重要来源。目前紧凑型天然气重整器的开发设计，主要集中在材料方面的研究，而内部机理方面的研究较少。对天然气重整器内部流动与传热现象进行了模拟与分析。分析中考虑了化学反应的影响，采用了耦合的边界条件以及可变的热物性参数，建立了描述流通管道和多孔催化剂层内部流动与传热现象的三维数学模型。采用SIMPLE算法对模型进行求解，得到了化学反应速率、混合气浓度以及温度等的空间分布。结果表明，化学反应限制在厚度约为1 mm的催化剂薄层内进行，沿主流动方向，CH₄浓度由19.5%降到7%左右，H₂浓度由4.1%上升到13%左右，混合气温度上升约10 ℃。研究结果对天然气重整器的开发、结构设计具有参考意义。     

聚集辐照下甲烷水蒸气重整制氢过程参数研究

基于自行设计的小型太阳能热化学反应器,建立了聚集辐照下甲烷水蒸气重整数学模型,该模型耦合导热、对流、辐射以及化学反应动力学,计算得到了反应器内甲烷重整过程反应物及产物的浓度、反应速率及温度场的分布,获得了不同工况参数(孔隙率、气体入口温度、水碳比)对甲烷转化率的影响规律.研究结果表明:甲烷水蒸气重整在多孔区域入口处反应...     

Experimental determination of permeability in the presence of hydrates and its effect on the dissociation characteristics of gas hydrates in porous media

Although there are many uncertainties in hydrate dissociation process in porous media, numerical simulation gives useful information in evaluating economically feasible gas recovery processes from gas hydrate reservoirs. Furthermore, there are several unknown parameters involved in the numerical model and determination of accurate values of these parameters is essential for reliable production forecasts. One of these parameters is the variation of permeability of the porous media in the presence of hydrates. In this study the permeability to gas was experimentally determined at varying hydrate saturations in a porous medium made of packed glass beads.By comparing the experimentally determined permeability with those calculated using the empirical permeability correlations it was found that for initial water saturations less than 35%, hydrate tends to form on the grain surfaces. However, for initial water saturations greater than 35%, the experimental results indicate a pore filling tendency of hydrate formation. The experimental permeability values were also correlated with the Masuda et al.'s (1997) permeability model and a value of 3.0 was obtained for the permeability reduction exponent. To evaluate the impact of permeability reduction exponent on the dissociation process, a one-dimensional numerical model was developed for dissociation of gas hydrates in porous media by depressurization. The numerical model includes the three mechanisms i.e. kinetics of hydrate decomposition, heat transfer and fluid flow; that might be associated with the dissociation of hydrates in porous medium. The effect of permeability reduction exponent on the dissociation characteristics of hydrate was analyzed using this simulator.     

端部导流板对多孔介质内低浓度瓦斯燃烧特性的影响

利用模拟软件Fluent 6.3建立二维模型并进行合理设置,对多孔介质中的煤矿低浓度瓦斯燃烧进行数值模拟,研究了燃烧器端部设置导流板和没有导流板时的速率分布、温度分布和NOx生成情况。结果表明,有导流板的多孔介质燃烧器的速率分布比无导流板的燃烧器更加均匀;加导流板时,可防止回火,提高燃烧器的安全性,一定程度上有利于换热效率的提高;瓦斯流速较小时,无导流板燃烧器中生成的NOx较少,而流速增大一定量后,有导流板的NOx产生量较少,燃烧器设计时,应根据实际燃气速率的情况考虑导流板的设置。     

Ni基催化剂管式固定床甲烷重整反应器中积炭效应的数值模拟

在综合考虑积炭效应对催化剂孔隙率以及催化剂活性影响的基础上,通过建立包含动量、能量、质量传递以及化学反应动力学方程的多物理场耦合数值模型,从热质传递的角度,计算了Ni基催化剂管式固定床甲烷重整反应器中的积炭效应,阐明了包含多孔介质催化剂段的反应通道中的速度、温度及压力场分布,并指出了在通道中随气体流动扩散的可移动炭以及催化剂表面沉积炭浓度分布规律,分析了积炭对催化剂孔隙率、活性以及反应通道压降的影响,并进一步讨论了甲烷浓度以及温度对积炭产生的影响,最后提出了消减积炭的方法。     

多孔介质中天然气水合物生成的主要影响因素

目前有关天然气水合物(以下简称水合物)的研究主要集中在物理化学性质考察和开采(分解)方法探索方面。在进行后者的研究过程中,地层渗流过程的物理模拟至关重要,但目前借助于石油开采研究中广泛应用的填砂管等多孔介质对水合物进行动态过程的研究却鲜有报道。为此,利用河砂填砂管在岩心驱替装置上进行了甲烷水合物生成过程的物理模拟,考察了地层温度、甲烷压力及地层模型性质参数等对水合物生成过程的影响。结果表明:(1)利用冰融水作为地层模型的束缚水可显著提升甲烷水合物的生成速率;(2)多孔介质条件下过程驱动力(即实验压力或温度偏离水合物相平衡对应值的程度)对甲烷水合物的生成起着决定性作用;(3)当甲烷压力高于水合物相平衡压力1.4倍以上,或者实验温度低于相平衡温度3℃以下时,甲烷水合物生成诱导期几乎不随温压条件的变化而变化;(4)渗透率、含水饱和度、润湿性等参数对实验中甲烷水合物的生成率不构成明显影响。     

燃气组分变化对重整燃烧器燃烧过程及炭粒生成的影响

采用数值模拟方法对连续重整加热炉燃烧器的流动和燃烧过程进行研究,分别考察氢气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷五种不同的气体燃料对燃烧过程的影响,重点研究在燃烧不同气体燃料时的燃烧状况和火焰形状的变化情况及形成原因,同时考察燃气组分变化对炭粒生成的影响。结果表明,较轻的燃料燃烧迅速,具有较短的刚直火焰,辐射段出口烟气温度较低,燃烧充分,炭粒生成较少;较重的燃料与空气混合慢,火焰较长,辐射段出口烟气温度较高,未完全燃烧的燃料在很大区域存在,炭粒生成较多,并可能形成结焦。