热等离子体裂解甲烷的热力学与动力学分析

应用Gibbs自由能最小法和平衡常数法分别计算了热等离子体裂解甲烷在均相体系和非均相体系中的平衡组成。采用简化的动力学模型，用特雷纳法数值模拟了不同的压力和温度下，甲烷、乙烯、乙炔、氢气和炭5种稳定物质的浓度随反应时间的演变。热力学计算结果表明：甲烷在1200K时几乎完全裂解，2500K以下时，炭黑由芳香烃中间体生成；2500～4200K时，C2H、乙炔和氢气是主要产物，炭黑由C2H2、C2H中间体生成；4200K以上时．体系中仅有炭、氢自由基，炭黑由炭自由基生成。动力学计算结果表明：2000K、100kPa，反应时间1．0ms时，甲烷已几乎全部裂解，0．1～1.0ms时，乙炔是主要产物，10.0ms以后炭黑产率接近100％。压力增加，乙炔收率下降，炭黑的收率增加，温度越高。乙炔和炭黑的生成速率越大。热力学和动力学计算表明在3500—4500K的温度范围内，5．0～10．0μs的时间范围内可同时获得较高收率的乙炔和炭黑。     

割理方向与煤层气抽放效果的关系及预测模型

以井下地质调查为基础 ,就煤层割理方向性与矿井下钻孔煤层气抽放效果之间耦合关系开展了现场试验 ,并据此建立了煤层气抽放效果预测的数学模型 .结果表明 :垂直面割理方向钻孔的抽放量在任何时刻都明显高于平行面割理方向钻孔的抽放量 ,抽放时间越长 ,两方向抽放量之间差距越显著 ;研究区垂直面割理方向钻孔的极限抽放量是平行面割理方向钻孔的 2 .61倍 ,抽放率高出 4.34倍 ,合理抽放时间在 30 0 d左右 .采用垂直面割理方向布置钻孔的方式 ,可显著地提高煤层气抽放效果 .     

甲烷水合物储气实验研究

利用甲烷水合物储气的实验装置，对高纯度甲烷（甲烷的体积分数为99.9%)气体的水合物形成过程进行了初步的实验研究，获得了水合物形成过程的耗气速度、储气密度与水合物形成条件（压力、表面活性剂种类、水量）的关系。研究结果有利于水合物储存天然气技术的推广和应用，对实现水合物技术的开发、利用和进一步研究水合物形成动力学具有重要价值。     

华北地区煤层含气性影响因素探讨

煤层含气性是评价煤层气勘探开发前景的决定性因素之一,影响煤层含气性的因素很多,其中较为重要的因素有煤层上覆有效地层厚度、煤的变质程度、断裂构造、盖层条件及煤层厚度等.对此进行了分析探讨,认为:影响煤层含气性的主要地质因素为煤层上覆有效地层厚度和煤的变质程度,次要因素为断裂构造、盖层条件及煤层厚度.     

煤层气中甲烷δ~3C值偏轻的机理探讨

文中列出了５１个典型煤层气样品的甲烷δ１３Ｃ值测试数据，系统地分析了煤层气甲烷稳定碳同位素组成特征，深入探讨了甲烷δ１３Ｃ值偏轻的原因。     

矿井瓦斯传感器自动调校技术及其研究进展

在简介矿井瓦斯传感器关键技术的基础上,阐述了气体传感器漂移的抑制,包括传感器零点、灵敏度和非线性的自动调校技术及其研究进展,介绍了几种最新技术,涉及遗传算法、小波分解以及用DSP的实现方法,尤其是基于神经网络的传感器非线性自动调校方法,用传感器的输出和待测物理量的实际数值训练神经网络,以得到非线性校正用的逆模型。RBF神经网络的收敛速度、分类能力和逼近能力都比较好,是目前的研究热点。     

二元气体等温吸附-解吸中气分的变化规律

进行了CH4—CO2和CH4-N2二元混合气体的等温解吸实验，分析了二元气体在解吸过程中各组分浓度的变化规律．结果表明，在CH4-N2二元气体的解吸过程中，吸附相中CH4组分的相对浓度逐渐增加，N2组分的相对浓度逐渐减少．在CO2-CH4二元气体的解吸过程中，吸附相中CO2组分的相对浓度逐渐增加，CH4组分的相对浓度逐渐减少．实验结果还证实了CO2在与CH4的竞争吸附中占据优势，而N2在与CH4的竞争吸附中处于劣势．注入CO2比注入N2可以更有效地置换或驱替煤层甲烷，提高煤层甲烷的采收率．     

甲烷制备高纯度氢气的实验研究

对甲烷制备可供质子交换膜燃料电池(PEMFC)用的高纯度氢气进行了实验研究，得出了不同蒸汽／碳比值时甲烷的转化率、不同过量空气系数对制备气体成分的影响、不同压差时氢气在选择性膜中的渗透率以及不同系统压力对氢气反应焓的影响规律．研究结果表明，在蒸汽与甲烷中的碳比例一定时，蒸汽重整反应器内的反应速率和它出口处CO的浓度，随甲烷的流量的增加而提高．提高甲烷蒸汽重整系统的工作温度和压力，可以提高甲烷的转化率，在S／C比值不变的情况下，仅提高温度可提高甲烷的转化率约10％；而将工作压力由0．1MPa提高到0．6MPa，甲烷的转化率提高约21％．甲烷的理论转化率为84．6％，本文实验研究中的最大实际转化率为78．03％，实验研究系统的系统完善度为92．23％，说明该系统还有待完善之处，还可以进一步提高甲烷的转化率．增大PEMFC中选择性膜两侧的压差或提高氢气的纯度，均利于提高氢气混合物的渗透率．该研究为制备符合PEMFC使用条件的氢气提供了可靠依据，同时为综合利用煤层气提供了新的途径。     

BACK PROPAGATION NEURAL NETWORK MODEL FOR TEMPERATURE AND HUMIDITY COMPENSATION OF A NON DISPERSIVE INFRARED METHANE SENSOR

The infrared absorption gas sensor detects CH₄, CO, CO₂, and other gases accurately and rapidly. However, temperature and humidity have a great impact on the gas sensor's performance. This article studied the response of an infrared methane gas sensor under different temperatures and humidity conditions. After analyzing the compensation methods, a back propagation neural network was chosen to compensate the nonlinear error caused by temperature and humidity. The optimal parameters of the neural network are reported in this article. After the compensation, the mean error of the gas sensor's output was between 0.02–0.08 vol %, and the maximum relative error dropped to 8.33% of the relative error before compensation. The results demonstrated that the back propagation neural network is an effective method to eliminate the influence of temperature and humidity on infrared methane gas sensors.     

Entropy generation from hydrogen production of catalytic partial oxidation of methane with excess enthalpy recovery

Catalytic partial oxidation of methane (CPOM) is an important route for producing hydrogen and it is featured by autothermal reaction. To recognize the reaction characteristics of CPOM, H₂ production and entropy generation from CPOM in Swiss-roll reactors are studied numerically. The considered parameters affecting the performance of CPOM include the excess enthalpy recovery, gas hourly space velocity (GHSV), number of turns and atomic O/C ratio. The impact of chemical reactions, heat transfer and friction on entropy generation is also analyzed. The results indicate that preheating reactants through waste heat recovery as well as increasing GHSV or number of turns is conducive to enhancing H₂ yield, whereas the maximum H₂ yield develops at O/C = 1.2. A higher H₂ yield is always accompanied by a higher value of entropy generation, and chemical reactions are the main source of entropy generation, especially from steam methane reforming. In contrast, viscous dissipation almost plays no part on entropy generation, compared to heat transfer and chemical reactions. From the analysis of entropy generation, detailed mechanisms of H₂ production from CPOM can be figured out.