THF与TBAB对管线式反应器中煤层气水合物合成的不同影响

针对制约煤层气水合物技术应用过程中合成速率低与储气量不足2个问题,采用实验室自制管线反应器,以沸石分子筛做反应界面,对比了THF与TBAB 2种促进剂对整体管线水合物合成速率的不同影响。     

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%。     

THF溶液水合物技术提纯含氧煤层气的实验

针对大量矿井抽放瓦斯因CH₄浓度低、难以利用与储运的问题,提出了通过促进剂溶液水合物方式分离提纯含氧煤层气的方法.利用THF与SDS溶液,分别在合成试验台上对模拟含氧煤层气进行了不同初始压力下水合物分离提纯实验.结果表明：在5 ℃与初始反应压力为0.3 MPa时,THF溶液水合物技术可实现水合物生成与CH₄气体的分离与增浓,使含氧煤层气中CH₄浓度由1645%提高到61.70%;相同温度下当初始反应压力由0.3 MPa增加到1.0 MPa时,水合物中CH₄的浓度由61.70%降到56.20%,CH₄增浓效率随反应压力升高而降低;水合物分离技术在反应条件与安全性方面明显优于低温液化分离.     

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。     

不同孔密度多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯 燃烧特性研究

为了解决我国煤矿瓦斯抽采中大量低浓度瓦斯无法直接利用的问题,通过搭建多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧试验系统,探究了5种不同孔密度多孔介质燃烧器内低浓度瓦斯燃烧温度分布及污染物排放规律。研究结果表明:多孔介质燃烧器孔密度对低浓度瓦斯燃烧温度的影响并非线性函数关系,在孔密度由10孔增加到20孔时,多孔介质燃烧器内燃烧温度成上升趋势;在孔密度由20孔增加到40孔时,多孔介质燃烧器内燃烧温度出现先降低后升高的趋势。孔密度为20孔的多孔介质内整体换热效果较好。相同流速燃烧工况下,不同孔密度多孔介质内的CO排放浓度均随当量比的增加而降低,NO的排放浓度随当量比的增加而升高。孔密度为20孔的多孔介质对应的CO排放浓度在所测当量比范围内普遍偏低,NO的排放浓度相对较高;孔密度为10孔的多孔介质对应的CO排放浓度偏高,NO的排放浓度偏低。     

一种新型煤矿煤层气利用装置

基于多孔介质燃烧器的煤层气储热式斯特林发动机系统是一种适应我国煤矿煤层气浓度低、波动大特点的发电利用方式。该装置通过将多孔介质燃烧器对低浓度气源的良好适应性和斯特林发动机的外燃特性有机结合,构建多孔介质燃烧器驱动斯特林发动机系统,并采用储热器实现二者的连接,以进一步缓解煤层气气源波动对系统的冲击。     

驱动力对瓦斯水合分离效果影响

利用可视化搅拌式瓦斯水合分离实验装置,开展了4种驱动力下3种瓦斯气样水合分离实验,获得了水合分离速率、回收率、分配系数等目标参数。结果表明：驱动力由1 MPa提升至4 MPa的过程中,3种气样的水合分离速率分别由1.394×10-6,1.162×10-6,0.943×10-6m3/min递增至1.55×10-6,1.564×10-6,1.609×10-6 m3/min;CH4分离浓度分别由85.89%,77.15%,71.15%递增至91.61%,81.72%,77.17%,CH4回收率分别由6.22%,6.75%,8.79%递增至10.13%,10.25%,11.39%;分配系数分别由1.10,1.17,1.23递增至1.21,1.26,1.33。分析认为,驱动力增大可以改善瓦斯水合分离效果,加快水合分离进程。     

草酸铂的水合反应动力学

采用电导法和高效液相色谱测定反应体系中反应物随时间变化情况,研究草酸铂的水合反应动力学.结果表明,草酸铂的水合反应为一级反应.在水溶液介质中,25℃的表观速率常数kobs=7.76×10-6min-1,半衰期t1/2 = 62d.当H+存在时,水合反应表观速率常数随[H+]的增加而增大,kobs=(2.61 + 21.9[H+])×10-4min-1.在水溶液介质中水合反应速率方程为r=(k1*k2)[L-OHP]/k-1,在酸性介质中为r=(k1 + K0k3[H+])[L-OHP].     

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。     

多孔介质特性参数对催化燃烧的模拟分析

通过对多孔介质材料特性进行分析,确定影响因子最大的参数——孔密度(孔径),并在孔密度改变的基础上,利用CHEMKIN软件模拟瓦斯在多孔介质内部催化燃烧,得出:增大多孔介质的孔密度,可增大催化燃烧的反应速率。燃烧过程中,燃烧温度对CO、NO的生成有影响,且生成条件相反。燃烧温度越高,不利于CO生成,达到某一燃烧温度后CO的生成量减小到最少,而在此分界点NO的生成量从0逐渐增加,并且不同孔密度的多孔介质分界点不同。     

海洋天然气水合物地层钻探钻井液低温流变性能研究

海洋天然气水合物赋存于低温和高压环境条件,以分解抑制法钻进水合物地层,常通过降低钻井液的温度来抑制水合物的分解,所以要求钻井液具有良好的低温性能.对甲酸盐海水钻井液和聚合醇海水钻井液在不同低温条件下的流变性能进行了探讨.结果表明:钻井液处理剂和水合物抑制剂均对钻井液的低温流变性能有不同程度的影响.提出在研究海洋天然气水合物地层钻探钻井液时,应合理选择钻井液体系和处理剂,确保钻井液在低温条件下具有良好的流变性能.     

气液比对多组分瓦斯水合物含气量影响

利用可视化水合物实验设备,设定初始压力5 MPa、初始温度20 ℃,在0.1 mol/L四氢呋喃（THF）－0.2 mol/L十二烷基硫酸钠（SDS）复配溶液体系中进行多组分瓦斯水合物生成实验。根据气体状态方程（P-V-T）计算出4种气液比（40,60,80和100）反应体系中多组分瓦斯水合物含气量,从溶液的过饱和条件和水合物中晶体孔穴填充率的角度进行了机理分析。结果表明：对于同一种多组分瓦斯气体,反应体系气液比的增大,促进了瓦斯-溶液之间物质传递,加快了溶液的过饱和条件,提高了水合物中晶体孔穴填充率,致使水合物中含气量增大。     

煤层气水合物技术的应用前景

扼要介绍了水合物的基本结构及其性质,综述了应用水合物技术对气体进行分离、提纯和储运方面的研究进展,分析了利用这一技术处理与储运煤层气的可行性,最后讨论了这一技术在煤层气开发方面的应用前景,对煤层气储运和矿井瓦斯处理等方面具有参考价值。     

基于RBF神经网络瓦斯水合物生成压力预测研究

瓦斯水合物生成是复杂的结晶过程,不同组分和浓度瓦斯生成水合物时压力等热力学参数的获取对水合物技术的应用具有非常重要的意义。鉴于此,利用径向基神经网络方法对瓦斯水合物生成压力进行了预测。针对瓦斯水合物生成边界条件,确定了RBF神经网络的输入、输出向量,建立了RBF神经网络瓦斯水合物生成压力计算及预测模型,并用实验数据进行了验证。结果表明,该模型对瓦斯水合物生成压力的拟合和预测具有计算精度高、速度快等优点。RBF神经网络研究为瓦斯水合物生成压力预测提供了一种新途径。     

羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程井壁稳定性分析

基于三维快速拉格朗日有限差分法多孔介质流固耦合理论及弹塑性极限平衡理论,根据羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程QK-2井实钻资料,分析在渗流条件下井壁失稳机理,并对失稳段井壁稳定性进行了数值模拟分析,研究在不同钻井液密度下井径周围围岩应力分布和井眼坍塌或拉裂变形规律,为羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程确定地层不坍塌(不缩径)、不压漏的钻井液安全密度窗口,以便为钻井井身结构设计及合理钻井液密度的确定提供依据。     

外边界条件下的天然气管道顺序输送压力特性研究

为提升天然气顺序传输时的传输精准度,提出研究外边界条件下的天然气管道顺序输送压力特性。建立天然气传输管道的有限元模型,确定天然气在管道内天然气水合物密度、管道内沉积物密度、管道内空气密度等水合物外边界条件参数;针对天然气顺序传输时,管道沿线传输压力、管道轴向压力以及天然气传输流速与天然气传输管道压力损失梯度之间的关系,确定天然气管道的顺序输送压力特性。结果可知,天然气在顺序传输时,管道压力不仅会随着传输距离的增大而减小,随着传输距离的增加缓和管道轴向压力,还会随着天然气流速的增加而出现先增大后减小的现象。     

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%。     

瓦斯水合物生成控制因素探讨

提出了向煤层中注入高压水（含增溶瓦斯的表面活性剂）,使瓦斯和水生成固态水合物,达到防止煤与瓦斯突出的目的.探讨了在煤层中瓦斯水合物生成的控制因素,并通过实验观察分析了瓦斯水合物生成和分解的特性.到目前为止,通过改变表面活性剂种类和浓度,生成实验已实现在环境温度为22.7 ℃时、瓦斯压力为23.2 MPa生成了瓦斯水合物;在实验中测得甲烷水合物分解速度为2.8×10^-2 m³/h,远小于煤层瓦斯的解吸速度.可见,一般矿井（非高温）利用瓦斯水合作用防治瓦斯事故在技术上是可行的,但还有大量基础研究工作要做.