煤层气中的甲烷与氮气分离技术研究进展

煤层气等非常规天然气的开发与利用可有效缓解天然气不足且能降低其直接排放所造成的资源浪费与温室效应,其中甲烷(CH_(4))与氮气(N_(2))的分离技术已成为低浓度煤层气提浓的关键要素,因而对煤层气中的甲烷与氮气分离技术研究进展进行汇总分析,以期为该分离技术的实际应用奠定基础以及助力于推动规模化浓缩低浓度甲烷气的工业化进程。对近年CH_(4)与N_(2)分离技术的研究现状进行归纳分析,阐述CH_(4)与N_(2)主要分离技术的研究特点,具体探讨深冷分离、变压吸附分离、膜分离以及溶剂吸收分离等技术用于CH_(4)与N_(2)分离的国内外研究进展。研究表明:深冷分离技术具有技术成熟且产品气CH_(4)的纯度与回收率均高的特点,但仅在大型煤矿分离大规模煤层气时较适用;变压吸附技术具有耗能低、分离效果佳等特点,目前已成为最具工业化应用前景的CH_(4)和N_(2)分离技术,开发价格低廉、高性能的活性炭、碳分子筛、沸石分子筛、金属有机骨架材料(MOF)等吸附剂是变压吸附的核心,未来需调控吸附剂的孔道结构与优化其表面性质;膜分离技术用于CH_(4)与N_(2)分离时具有占地少、低能耗和污染小等优点,可提高聚合物膜、无机膜、MOF气体分离膜等的分离效率、经济性与使用寿命,注重提升膜分离性能以提高膜材料对复杂油气环境的适应性,即设计和筛选性能优异的底膜材料已成为膜分离CH_(4)/N_(2)工业化应用的重要方向;溶剂吸收分离技术由于存在CH_(4)和N_(2)在溶剂中的溶解度较小、再生解吸较困难、吸收剂的使用量大等问题,导致溶剂吸收分离技术用于CH_(4)/N_(2)的实际工业应用时受到一定的限制。

分离禽蛋壳膜粉碎装置刀片的设计与试验

为高效分离回收蛋壳膜,设计了一款采用剪切和碾压的粉碎方式专用于分离禽蛋壳膜的粉碎装置。采用干燥的蛋壳膜进行试验,通过理论分析和预试验确定刀片类型、刀片间隙、转子转速、筛网目数为主要影响因素,根据实际生产情况确定各因素的试验水平,以分离率和损耗率为评价指标进行四因素三水平响应面试验;利用Design-Expert 12.0对试验结果进行响应面分析,研究不同影响因素对评价指标的影响规律。验证试验结果表明:当调整转子转速为1374r/min、安装2目筛网、刀片间隙为1mm的50°剪切式刀片时,分离率为86.72%,损耗率为3.71%,大粒径蛋膜较多。试验装置有效提高了粉碎蛋壳膜后蛋膜的分离效果,降低了损耗率,具有极大的优越性。

出口结构对轴流式旋风分离器性能影响的数值模拟

为探究出口结构对轴流式旋风分离器性能的影响,通过大涡模拟与离散相模型耦合的数值方法,对4种不同出口结构轴流式旋风分离器进行数值模拟研究,同时,引入Omega准则识别内部空间涡结构。结果显示,在轴流式旋风分离器内部,叶片吸力面与导流锥底部形成了叶间通道涡与导流锥尾迹涡,且涡旋速度梯度大,并会将颗粒卷吸到涡核中心,使分离效率降低;楔形与弧形出口结构加剧了涡结构在出口管内破碎的现象,且较直筒型出口的压力损失更低。在弧形出口前设计直线段可减缓型面扩张,即混合型出口可进一步改善弧形出口的流阻与分离性能。总体来看,楔形出口和混合型出口的性能较好,可为轴流式旋风分离器的结构改进提供一定参考。

堵塞沉积对波形板汽水分离器运行特性的影响规律及机理

在核电厂装置运行的热态工况下,波形板汽水分离器内高温高压且湿度较大,易出现腐蚀现象,产生沉积物并影响汽水分离性能。为研究沉积堵塞现象对波形板汽水分离器运行特性的影响机理,本文运用CFD软件对不同堵塞程度的波形板建立了经过合理简化的二维模型,在不同热态工况下对波形板分离器开展数值计算与分析,得到了堵塞程度对波形板运行特性的影响规律和作用机理。结果表明:堵塞沉积的波形板压降和分离效率随工况的变化趋势均与未堵塞时较为相似;沉积物使实际流通截面变小,从而使波形板的压降增大,且压降增幅随堵塞程度增大而增大;沉积物明显影响了液滴的碰撞分离过程,使分离效率降低;在疏水钩未失效前,波形板分离效率的降幅随堵塞程度增大而增大;在压降、效率增幅方面,沉积物在低流速工况下的影响程度更大。研究结果为波形板的沉积堵塞研究及其运行和设计提供了一定的理论支撑和科学依据。

高气液比井下气液旋流分离器结构设计与性能分析

针对井下高气液比工况气液高效分离难度大的问题,提出了一种旋流-重力耦合式井下气液分离器结构。结合实验研究、数值模拟及实验设计方法,对气液分离器结构参数进行显著性分析和优化设计,建立显著性结构参数与气液分离效率间的数学关系模型,确立了结构参数的最佳匹配方案。分析了入口流量、压力及气液比对气液分离器性能的影响规律。结果表明,重力沉降与旋流分离的结合设计可以实现高气液比条件下的液相沉积,进而实现气液两相的高效分离。分离器的分离效率随着进液量升高而升高,增幅逐渐趋于平稳。随着气液比增大,分离效率呈现先增加后降低的趋势。得出该气液分离器的最佳进液量为42m^(3)/d,最佳入口压力2MPa,最佳气液比为700∶1,在最佳工况下分离效率为97%,模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。研究结果将为高气液比条件下气液分离装备研发提供新的思路和参考。

圆筒混合机内不同粒径颗粒的轴向分离研究

为了探讨颗粒在圆筒混合机的轴向分离机理,提出了一种由多段摩擦系数不同圆筒组成的新型圆筒混合机结构.以颗粒堆积角为参考,通过仿真与实验测试得到了颗粒的参数,并基于圆筒混合机分离实验验证了仿真模型.以此为基础,开展基于离散元法的不同粒度颗粒在圆筒混合机内分离过程的数值模拟研究,根据颗粒分布、休止角、运动速度、回转半径等分析了不同粒径颗粒在分离过程中的流动形态,并基于分离指数探讨颗粒的分离特性.结果表明:圆筒混合机侧壁摩擦系数不同将导致颗粒休止角不同,从而使不同区间颗粒的运动速度不同,高摩擦系数区域内颗粒运动快,而低摩擦系数区域内颗粒运动较慢;运动速度的不同导致颗粒在新型圆筒混合机内将产生明显的轴向分离现象,小粒径颗粒聚集在低摩擦系数区,而大粒径颗粒聚集在高摩擦系数区.

螺杆泵转速对油水旋流分离管流场特性的影响

旋流分离器在井下采油螺杆泵作用下会发生复杂的振动现象,对旋流分离器内部流场造成一定影响。为研究螺杆泵不同转速下旋流分离器内部流场的变化规律,以同井注采工艺中螺杆泵作用下的旋流分离管柱为研究对象,针对振动壁面旋流分离管柱结构及工作特点,基于计算流体动力学方法、计算固体力学方法以及流固耦合理论,建立流固耦合力学模型;利用流固耦合分析方法,对双螺杆泵转动条件下井下旋流分离管柱内速度场、油相分布、涡量及湍动能等流场特性进行分析。分析结果表明:随着螺杆泵转速升高,分离器内切向速度和轴向速度强度逐渐减弱,径向速度的不对称性逐渐加剧,转速的周期性变化还会造成径向速度场分布的偏移;螺杆泵不同转速下旋流分离器内部涡量分布不同,随着转速升高,溢流管以及锥段部分附近相关流场的涡旋明显增强;旋流器溢流口附近油相体积分数会随着螺杆泵转速的升高而减小;不同螺杆泵转动状态下,大颗粒油滴的分布不同。所得结果可为螺杆泵井下旋流分离同井注采系统的设计及螺杆泵的转速设定提供参考。

旋风分离器气固流动特性数值模拟研究

为探究旋风分离器流场特性与分离特征,在气固两相流理论基础上,建立旋风分离器结构模型,通过CFD数值模拟软件对分离器的流场进行仿真计算,研究了气相速度场和压力场分布情况,考察各项参数对分离性能的影响。进行方案优选,在圆柱段长度430 mm、下锥段长度790 mm、溢流管插入深度140 mm、溢流口直径80 mm时分离器分离效率达到最优值。通过线性回归与多元逐步回归法推导得出分离效率与参数间的关系表达式,对分离器结构改进具有重要的参考价值。

聚结构件形式对管式油水分离器油出口含油率的影响

为了对比不同结构形式聚结构件对管式油水分离器油出口含油率的影响规律,为工程设计选型提供技术支持,通过CFD方法分析了正V形斜板、倒V形斜板、传统斜板和蛇形背向折板4种不同聚结构件作用下的浓度场和油出口含油率,并探究了正V形聚结构件在单一条件下的最适宜结构参数。结果表明,在所研究的流速(0.05~0.35 m·s^(-1))内,4种聚结构件中正V形构件具有最好的油出口含油率,蛇形背向折板与倒V形斜板位列第2、3位,传统斜板最低;随着进口流速的增大,4种聚结构件油出口含油率均相应降低,其中传统斜板下降速度最快,正V形斜板与蛇形背向折板下降最慢,相差不大,而倒V形斜板下降速度居中;利用控制变量法确定了正V形构件与壁面间距C=10 mm、水平夹角θ=60°时油出口含油率最高。

新型螺旋式气液旋流分离器数值模拟研究

为研究气液旋流分离器的气液分离性能,解决油气产出液中潜在高含气导致泵气锁的问题。基于旋流分离理论,设计了一种新型螺旋气液分离器。在不同气液比条件下对其内部流场进行研究。研究结果表明:随着分流比的增加,旋流器的内壁面和底流口附近的含气体积分数显著降低,同时旋流器溢流压力损失逐渐增大,而底流压力损失逐渐减小,溢流压力损失增加的速率与底流压力损失减小的速率基本相同;分流比的增加使气液分离器的除气效率逐渐提高,底流含气体积分数逐渐减小。综合分析气液比分别为1∶1、1∶2、1∶5以及1∶8的4种工况,得出了其最佳溢流分流比分别为58%、39%、22%以及15%。研究结果可为高含气油井的井下气液分离装置设计提供依据,同时可为现场应用及操作提供指导。

旋风分离器内置导流叶片结构参数优化研究

为研究旋风分离器内置导流叶片各个结构参数之间的相互作用,基于CFD数值模拟方法和BBD试验设计,采用二阶多项式基函数建立了Stairmand旋风分离器的叶片轴向位置、叶片长度及叶片偏转角度与分离效率及压降间的数学模型。拟合结果表明:响应目标的决定系数均在0.99以上,表明相关性和回归模型效果较好。使用Design Expert软件处理数据后选择了最佳推荐点,对分离器结构进行了优化。优化后的模型与原结构对比结果如下:优化模型的压降略有上升;颗粒直径在1~20μm范围内时,优化前后分离器的分离效率变化明显,尤其在1~15μm范围内时,优化前分离效率为6.8%~31.0%,优化后则达到了17.0%~54.0%,提升约20个百分点;而当粒径在15~40μm区间时,优化前后的分离效率变化不明显,尤其是在粒径20~40μm时,优化前的分离效率为71.0%~98.0%,而优化后的分离效率只有77%~99%,提升约10个百分点;优化后的模型性能符合“高效低阻”的设计目标。所得结论可为旋风分离器内置叶片的改进提供设计指导。

Y型管式油水分离结构分离特性仿真分析

管式油水分离技术具有占地面积小、分离效率高、成本低等优点,基于管式油水分离原理,设计一种Y型管式油水分离结构,利用Fluent数值模拟软件,采用标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型,对Y型管内部流场特性以及外部参数对分离效率的影响进行了研究。结果表明,Y型管对流体扰动小,内部流场特性稳定不易产生涡流,能够实现油水分离,支管与主管交汇处存在油水分离现象;油水分离效率随着油滴粒径的增大而逐渐提高,油滴粒径越大越利于油相上浮聚集在Y型管上层,能有效提高油水分离效率;入口速度对油水分离效果的影响很大,速度越大,油相上浮时间越短,Y型管的分离效率越低;分离效率随支管分流比的增大而增大,当入口速度为0.5 m/s时,分流比超过0.4后,分离效率不再增加。研究结果为油水分离提供了新思路,可为Y型管的设计提供理论参考。

外筒结构对轴流导叶式气液分离器分离性能的影响研究

气离心分离器因体积小、效率高而受到广泛的应用,提出了一种结合重力分离和离心分离的可处理复杂、不稳定两相流动的新型气液分离器。通过数值模拟对外筒结构进行优化并设计了气液分离试验以验证该分离器的分离性能。研究表明,随着分离器内外筒高度比的增大,分离效率会缓慢增大,压降也会随之增大。随着内外筒直径比的增大,分离效率会显著增大,压降会随之减小。

多说话人分离与目标说话人提取的研究现状与展望

语音分离作为语音信号处理领域的前沿技术,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。通常,麦克风拾取的信号包含有多个说话人的语音、噪声和混响。为了提升用户的听觉体验以及后端设备的处理性能,需要对混合信号进行语音分离。语音分离起源于著名的鸡尾酒会问题,旨在从混合信号中分离出说话人的语音信号。近年来,研究人员提出了大量的语音分离方法,显著提升了分离性能。本文对这些语音分离方法进行了系统的归纳和总结。首先,根据目标说话人的辅助信息利用与否,将语音分离方法分为两大类,即多说话人分离与目标说话人提取;其次,从传统到基于深度学习的角度,分别对多说话人分离和目标说话人提取两类方法进行详细介绍;最后,讨论了当前语音分离领域面临的一些挑战,并对未来的研究方向进行展望。

ZIF-8改性自具微孔聚合物膜的制备及其对CO_(2)的分离性能

为了提高自具微孔聚合物(PIMs)膜对CO_(2)的分离效果,对PIM-1膜进行功能化改性。首先,将PIM-1膜通过水解、置换等作用引入Zn2+离子,再将改性后的PIM-1膜浸泡在2-甲基咪唑的甲醇溶液中,于室温下在膜表面生长类沸石咪唑酯框架-8(ZIF-8)选择层,经过硅橡胶填补后得到无缺陷ZIF-8改性PIM-1膜(pZIF-8@PIM-1),并对其性能和结构进行测试和表征。结果表明:在离子改性后的PIM-1膜表面成功生长了厚度约0.8μm的ZIF-8选择层,晶体尺寸大小均匀,粒径直径在200 nm左右;与PIM-1纯膜相比,由于多价金属离子交联及ZIF-8选择层的存在,pZIF-8@PIM-1的CO_(2)扩散系数明显下降,CO_(2)/N_(2)扩散选择性有所上升,由0.89提升到1.01;ZIF-8中含氮有机杂环与CO_(2)之间的Lewis酸碱作用及2-甲基咪唑环上静电势对CO_(2)的亲和作用,使得pZIF-8@PIM-1的CO_(2)溶解度系数上升,且CO_(2)/N_(2)溶解选择性也得到提升,由18.56提升到20.31;改性后的PIM-1膜CO_(2)/N_(2)扩散选择性及CO_(2)/N_(2)溶解度选择性的双重提升共同促进了CO_(2)/N_(2)分离系数的提升,由原膜的16.57增加到20.43,具有良好的CO_(2)分离性能。

油田伴生气中CO_(2)和轻烃的纯膜分离新技术

在油田开发过程中,大量用于驱油并伴随原油采出的CO_(2)和轻烃(C_(2)~C_(5))被直接排放,不仅浪费资源,还污染环境,不符合CO_(2)驱油环保理念,回收CO_(2)和高附加值的轻烃势在必行。为此,通过分析某CO_(2)捕集、利用与封存(CCUS)示范区建成后伴生气组分的变化,优选聚乙烯胺膜、聚二甲基硅氧烷膜针对伴生气中的CO_(2)和轻烃开展室内分离试验,采用PROⅡ软件对伴生气分离整体流程进行了模拟仿真、开展了流程优化设计和装置试制,确定了膜技术分离油田伴生气中CO_(2)和轻烃的适用性,并开展了现场试验。研究结果表明:①随着CCUS示范区CO_(2)的注入,CO_(2)对地层中的轻烃组分具有一定的萃取作用,并导致其含量逐渐上升,需要回收被采出至地面的CO_(2)和高附加值的轻烃;②聚乙烯胺膜对CO_(2)具有强促进传递作用,CO_(2)浓度、温度、湿度为主要影响因素,CO_(2)两级分离率可达到96%;③聚二甲基硅氧烷膜对轻烃具有良好的选择性,碳值越高选择性越好,压力比、温度为主要影响因素,分离率最高可达70%;④聚乙烯胺和聚二甲基硅氧烷2种膜均具有优异的长期运行稳定性,印证了膜法分离CO_(2)和轻烃的能力;⑤试制膜分离撬装装置600 h现场试验装置运行稳定,分离效果和室内试验及数值模拟数据基本吻合。结论认为,采用纯膜法分离油田伴生气中的CO_(2)和轻烃投资低、能耗低,节能环保,具备长期应用的潜力。

直升机整体式惯性粒子分离器研究现状

整体式惯性粒子分离器是一种直升机进气防护装置,其性能优异、应用广泛,对于保护直升机发动机、延长其使用寿命具有重要意义。本文从4个方面对整体式惯性粒子分离器的研究现状进行归纳总结,包括:总结了现有直升机进气防护装置的类型及相关气动参数,梳理了整体式惯性粒子分离器现有的研究方法及取得的相关成果,分析了影响整体式惯性粒子分离器工作性能的因素,并展望了整体式惯性粒子分离器未来的发展方向。研究成果可为今后开展整体式惯性粒子分离器研究及优化设计提供一定参考。

猪场粪污机械分离设备及效率分析

在研究猪场粪污(包括猪粪和猪粪厌氧消化液)理化特性的基础上,分析了常用的机械式猪场粪污分离设备的工作原理、结构特征、分离效率及优缺点等。筛网式分离机固定投资和运行费用低,但固体去除率较低且分离后的固体含水率较高,适用于猪场粪污的前处理;压滤式分离机结构简单、处理量大,分离后固体含水率低,但对猪场粪污进料浓度要求较高;沉降式离心机分离效率较高,对猪场粪污进料浓度适应性强,但其设备投资和能耗较高,在中小规模猪场难以推广。组合式机械分离方法可以有效提升固体去除率,降低分离后沼液的含固率。

膜分离耦合离子交换层析制备高纯度α-乳白蛋白

以生牛乳为原料,经膜分离及喷雾干燥制得鲜乳乳清蛋白粉,结合离子交换层析制备高纯度α-乳白蛋白。结果表明:在浓缩3倍、微滤1次、洗滤2次的膜分离条件下,50 nm陶瓷膜渗透液中α-乳白蛋白占真蛋白的21.04%,高于100 nm陶瓷膜渗透液(15.84%);对50 nm陶瓷膜渗透液进行喷雾干燥,并进行离子交换层析,层析时,在10倍柱体积内,Na Cl溶液浓度由0 mol/L增至0.5 mol/L,α-乳白蛋白与β-乳球蛋白能较好地分离,得到的α-乳白蛋白和β-乳球蛋白纯度分别为98.18%和97.82%。本研究结果可为工业化制备高纯度α-乳白蛋白乳基料提供技术支持。

新型鹅细小病毒徐州分离株NGPV XZ-01的分离和致病性研究

为了研究2021年6月江苏徐州某商品半番鸭养殖场所发疾病的病原及其致病性,从该养殖场发病的半番鸭群中无菌采集肝脏、脾脏、肠道等临床样品,采用PCR方法对病原进行鉴定,将所采集样本处理后接种至非免疫鸭胚中,连续多次传代后,对鸭胚组织及尿囊液进行病理学、电镜检查及动物试验。结果显示:PCR检测结果鉴定为新型鹅细小病毒阳性;鸭胚尿囊液在电镜下观察到细小病毒粒子,胚体病理切片观察显示符合细小病毒所致病变;动物试验显示,攻毒试验鸭主要表现为生长发育明显受阻,大部分试验鸭成为“僵鸭”,于20日龄后陆续出现上下喙变短、舌头外露等症状,剖检病变主要为肠内容物稀薄及泄殖腔膨大,肠道组织切片观察显示肠绒毛上皮细胞坏死、脱落及部分肠腺坏死,符合鸭短喙侏儒综合征(short beak and dwarfism syndrome,SBDS)所致雏鸭的症状与病变。结果表明:该肉鸭养殖场所发疾病为SBDS,将该场分离的病毒命名为新型鹅细小病毒徐州分离株(NGPV XZ-01株)。