工艺气体消耗近于零的气体渗碳法

热处理炉,尤其是渗碳及淬火炉,都是连续不断地向炉内通入工艺气体。尽管工艺气体的消耗相当可观,也是热处理成本的一部分,但到目前为止,所通入的工艺气体都是通过废气口烧掉了。本文所述的技术是将工艺气体催化再生后,再送回热处理炉中,渗碳淬火炉的工艺气体消耗量可节省高达90%。本文重点介绍了新的再生技术的概念、实施以及工业应用的效果。

驱动力对煤介质中CO_(2)水合物生长动力学的影响

为探究不同驱动力对煤介质中CO_(2)动力学的影响,开展了3种驱动力条件下煤介质中CO_(2)水合物生长动力学实验,获取了CO_(2)水合物生成过程中动力学参数。结果表明:相同粒径体系生成水合物的过程中,3 MPa驱动力的CO_(2)气体消耗量约为2.5 MPa、2 MPa驱动力CO_(2)气体消耗量的1.14、1.34倍;不同粒径体系驱动力增加,体系内气体分子运动加快,气体分子与液面水分子碰撞的次数也会随之增高,CO_(2)水合物结晶成核的机会也随之增加,CO_(2)水合物气体消耗量、生长速率随之加快。在0.150~0.850 mm粒径范围内随着煤介质粒径增大,CO_(2)水合物生长速率逐渐提高;利用线性拟合获取了CO_(2)水合物平均生长速率与驱动力关系式,为预测CO_(2)水合物的平均生长速率提供参考。

半开放气体循环方式制备化学气相沉积金刚石膜

直流电弧等离子喷射化学气相沉积金刚石膜是一种先进的人工合成技术，其成膜面积大，均匀性好，质量高，沉积速率快，产业化前景非常广阔。但在其生产过程中，所需要的气体消耗量很大，生产成本较高，在相当程度上制约了生产规模的进一步扩大。经过分析和实验，发现沉积系统所使用的各类气体中，用量最大、价格最昂贵的氢气和氩气在整个沉积过程的前后并没有发生任何变化。如果措施得当，经回收利用后可以大幅降低生产成本。针对这个问题，我们设计了一种半开放式气体循环沉积系统并已经投入生产应用，与开放式沉积系统相比，其气体消耗量减少了80％，显著降低了金刚石膜的生产成本，所制备的高质量CVD金刚石膜，热导率可达20W／（cm·K）以上，磨耗比可达40万以上，工业级别CVD金刚石膜，根据产品的不同要求，生产速率可达10～25μm·h^-1，自支撑膜厚度为300～3000μm，大大促进了人造金刚石膜的大规模产业化发展。

金属纳米材料影响水合物生成的研究进展

拥有高导热性的金属纳米材料是强化气体水合物生成的理想促进剂,金属纳米材料包括金属基纳米颗粒、金属氧化物和类金属氧化物。针对不同种类金属纳米材料促进气体水合物生成的影响进行了综述,分别从金属纳米材料的浓度、粒径以及表面性质三个方面对水合物生成的诱导时间和气体消耗量等参数的影响进行了介绍。结果表明,金属基纳米颗粒的传热效果较好,部分金属氧化物和类金属氧化物对气体水合物的生成具有抑制作用;添加适量的金属纳米材料的浓度和粒径对水合物的生成有重要的影响;此外,金属纳米材料与化学试剂复配可明显提升纳米颗粒的分散稳定性,进而促进水合物的高效生成。

氧化石墨烯作为新型促进剂加速CO_2水合物生成实验

为了解决气体水合物生成速率慢、储气密度低、生成条件苛刻等难题，利用高压反应釜生成实验装置，探究了添加质量浓度为0．2g／L的氧化石墨烯对CO2水合物生成的诱导时间、气体消耗量及CO2水合物相平衡压力的影响，揭示了温度和压力的变化规律，与去离子水中CO2水合物生成实验进行了比较并分析了其促进机理。结果表明：①氧化石墨烯具有动力学促进和热力学促进的双重作用，能够加快CO2水合物体系的传热传质效率，促进气体溶解，提高成核速率和气体消耗量，降低相平衡压力；②与去离子水相比，氧化石墨烯体系下CO2水合物生成诱导时间缩短了74％～85％；③温度为6℃时，随着初始压力的不同氧化石墨烯均能提高气体消耗量，在4MPa时气体消耗量增长幅度最大，达17．2％，提高了水合物储气密度；④氧化石墨烯降低CO2水合物相平衡压力的最大降幅为20％。结论认为，该新型促进剂能够提高CO2水合物的生成速率和储气密度。

利用氧化石墨烯促进CO_2水合物的生成

气体水合物高效快速生成是实现水合物技术工业应用的关键问题。为解决水合物生成速率慢、储气能力低等难题,利用高压反应釜实验装置,研究了质量浓度为20、35、50、100、200、300 mg/L的氧化石墨烯对CO_2水合物生成过程温压变化规律、生成时间和诱导时间及气体消耗量的影响,并与纯水体系中水合物生成实验进行了对比和分析。结果表明,氧化石墨烯促进CO_2水合物生成的最佳浓度为50 mg/L,在该浓度下反应体系的终态压力最低,压力降低的幅度达1.731 MPa;且与纯水体系相比,水合物生成诱导时间缩短了77.14%,反应周期缩短了1/2,气体消耗量提高了15.89%。从微观角度分析了氧化石墨烯促进CO_2水合物生成的作用机理,其独特的单层分子结构及表面丰富的氧基功能团使其具有纳米颗粒级别的高比表面积、具有优良的传热传质及亲水特性;能够促进气体溶解、增加水合物成核点、提高成核速率;加快体系热量传递、平衡系统温度;能够加快传质速率、增加气体消耗,提高储气能力。

咪唑离子液体抑制甲烷水合物生成实验研究

为了保证油气输送管道正常运行,必须采取相应措施防止水合物大量生成而造成管道及设备的堵塞。为了规避热力学抑制剂用量大、成本高,并且污染环境的缺点,低剂量抑制剂的研究与开发受到研究人员的高度重视。在体系温度4℃,初始压力8.5 MPa的条件下实验研究了质量浓度均为0.1%的1-乙基-3甲基咪唑氯盐(EMIM-Cl)、1-丁基-3甲基咪唑氯盐(BMIM-Cl)、1-己基-3甲基咪唑氯盐(HMIM-Cl)溶液对甲烷水合物生成的抑制作用。结果表明,上述3种离子液体都能够延长甲烷水合物的生成时间,并降低甲烷气体消耗量及水合物的生成体积,即上述3种离子液体都可抑制甲烷水合物的生成。此外,上述3种离子液体抑制甲烷水合物生成效果强弱顺序为:EMIM-Cl>HMIM-Cl>BMIM-Cl。

鼠李糖脂促进CO_2水合物生成实验

水合物法捕获CO_2具有储气密度大、分离精度高等优点。为解决水合物法捕获CO_2技术面临的反应速率慢等难题,实验研究了生物表面活性剂RL4型鼠李糖脂、混合型鼠李糖脂及离子液体[PIPS]DBSA对CO_2水合物生成相平衡压力、气体消耗量的影响规律。结果表明,上述试剂对CO_2水合物相平衡压力的影响受到温度及浓度的双重作用。RL4型鼠李糖脂、混合型鼠李糖脂和离子液体[PIPS]DBSA降低CO_2水合物相平衡压力最大幅度分别为15.8%,18.9%,14.3%,促进CO_2水合物生成最佳质量比均为500mg/kg。最后,计算了不同温度下各个最佳浓度化学试剂体系的CO_2消耗量,发现RL4型鼠李糖脂、混合型鼠李糖脂和离子液体[PIPS]DBSA均可有效增加水合物生成时的CO_2消耗量,且温度为279K时,各体系下气体消耗量增加效果最好,效果最佳的鼠李糖脂(混合型)溶液的增加幅度达到了37.7%,平均增幅为25.3%。

石英砂介质中甲烷水合物生成过程和相平衡的实验研究

为研究小梯度温度范围内甲烷水合物在石英砂介质中生成过程的热力学和动力学特性,开展了定容条件下273.75K、273.85K、273.95K3种恒温水浴体系的甲烷水合物生成实验。研究结果表明:(1)反应温度越低,釜内甲烷水合物生成过程中反应热释放越快,相比于273.95K的反应体系,273.75K体系的反应釜内首次温度上升值为0.9K,约为273.95K体系的6倍;(2)随反应温度的增加,水合物的生成量和转化率逐渐下降;(3)反应温度越低,甲烷水合过程的前期反应速率越大,气液界面和石英砂表面生成的水合物薄膜阻碍了甲烷气与水之间的进一步传递,使得甲烷的单位消耗速率随反应的进行呈阶梯型递减。通过石英砂介质内甲烷水合物的生成实验,以期为工业上气体水合物的合成、储存与运输提供借鉴。

水合物在静态脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠溶液与纯水搅拌条件下生成分析

促进天然气水合物快速大量生成是天然气水合物技术产业化的关键,因此,对其动力学促进方法进行研究是十分必要的。本文在温度为(2±0.1)℃,压力为(6.6±0.1)MPa条件下研究了不同浓度(60~1350mg/L)脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)以及不同搅拌转速0~800r/min对水合物生成的影响,对两种方式的促进效果进行了对比,并从水合物生成动力学角度对AES及搅拌的促进机理进行分析。实验结果表明:AES与搅拌都可以促进液相气过饱和,加速单核生长和多核聚结过程,显著缩短诱导期,提高水合物生成速率及气体消耗量,但不同的是在水合物生长阶段搅拌仅能促进气相向液相单向移动,AES能够使气液交叉移动,显著降低了气液传质阻力,增加了成核位置,因此AES比搅拌进一步提高了水合物生成速率及气体消耗量。

石英砂粒径大小对甲烷水合物形成及分布的影响

为了研究不同粒径多孔介质体系中甲烷水合物的形成,本文采用粒径分别为0.075-0.5mm、0.5-1mm、1-2mm和2-3mm的石英砂作为多孔介质,在初始压力7.0MPa、温度0.5℃条件下进行水合物形成实验并进行取样观察、分层分解,得出不同粒径大小石英砂中甲烷水合物形成及分布的特征。结果表明:随着石英砂粒径的增大,石英砂砂体中的水合物形成量和初始水合物形成速率在逐渐减小;在粒径为0.075-0.5mm、1-2mm和2-3mm石英砂中,充气过程中水合物便开始形成,且并未出现明显的水合物大量形成阶段,而在粒径为0.5-1mm石英砂体系中出现了水合物大量形成的阶段;通过计算发现,0.5-1mm石英砂体系的气体消耗量最大,为0.47mol,2-3mm石英砂体系的气体消耗量最小,仅为0.05mol;在这4种粒径的石英砂体表面的甲烷水合物主要以分散状均匀分布于颗粒之间或胶结成块,但这一观察结果与通过分解的方法所得到的石英砂上部水合物形成量大于下部的结果存在差异;重复实验也发现,仅在粒径为0.5-1mm石英砂顶部出现了水合物大量富集的现象,因此推断认为在一定粒径的介质体系同时上部存在较大空隙时,水合物有可能会在空隙中大量富集存在。这一实验结果对自然环境中水合物的赋存区域及形态的预测具有一定的参考价值。

初始温度对含TBAB-SDS瓦斯水合分离动力学的影响

为探究温度对瓦斯水合物快速合成的影响,利用自主搭建的可视化瓦斯水合分离强化实验装置,针对不同初始温度的高浓度瓦斯混合气体开展TBAB和SDS协同作用下的瓦斯水合分离动力学研究。结果表明,瓦斯水合物合成由快速合成、缓慢合成、稳定阶段构成。2℃时水合速率、平均气体消耗量最高,分别达到0.056mol/min和0.668mol,最有利于加快水合物合成。随着温度升高,平均气体消耗量和水合生长速率均在5℃达到最低。TBAB-SDS协同作用对瓦斯水合物生长起促进作用,然而TBAB自身合成水合物时存在较大相变潜热,在一定程度上会抑制SDS对瓦斯水合物合成的促进作用。

碳纳米管对高浓瓦斯水合分离的动力学影响

为提高煤矿瓦斯利用率,探究了碳纳米管对高浓瓦斯快速水合分离的影响。利用瓦斯水合物生成装置,通过瓦斯水合分离实验,分析了3种碳纳米管添加量对瓦斯水合动力学参数与分离效果的影响。研究结果表明:随着碳纳米管添加量的增加,瓦斯水合物的水合速率、气体消耗量、水合物相中CH_(4)的体积分数都呈现先上升、后下降的特征。与纯水体系相比,水合速率分别增长了0.172×10^(-6)、0.448×10^(-6)、0.004×10^(-6)mol/h,气体消耗量增加了0.282、0.456、0.188 mol,水合物相中CH_(4)的体积分数分别提高了4.46%、9.07%、2.17%。

LAD-40对甲烷水合物生成影响研究

甲烷水合物可以作为载体储存、运输天然气,但在自然条件下生成缓慢,需要提高甲烷水合物的生成速率。为此,考察了双性表面活性剂LAD-40(月桂酰两性基二乙酸二钠)质量分数(10~500μg/g)对甲烷水合物生成的影响。结果表明,在压力一定的条件下,LAD-40质量分数为0~500μg/g时,甲烷水合物成核温度变化微小,LAD-40未改善甲烷水合物生成热力学条件;LAD-40增大了气液接触面积,缩短了成核诱导时间,随着LAD-40质量分数的增加,甲烷水合物生成速率线性增加,而气体消耗量变化不大,但与纯水条件下的气体消耗量相比提高显著。

四丁基氯化铵溶液中瓦斯水合分离实验研究

提高水合物生成速度与生成量是利用水合物法气体分离技术高效利用瓦斯的关键。利用自主搭建的瓦斯水合物合成与分解循环装置,开展了3种不同质量分数的四丁基氯化铵(TBAC)溶液中瓦斯水合分离实验。结果表明,不同质量分数的溶液体系均能在50 min内生成水合物。在相同的时间内,质量分数为5.0%的TBAC溶液获得最大的气体消耗量,平均生长速率达到了2.907 cm^3/min,瓦斯气体中CH4体积分数占比下降了20%,促进效果最佳;质量分数为2.5%的次之;质量分数为7.5%的诱导时间最短,但气体消耗量极少。

Xevo TQ Absolute质谱仪 沃特世科技(上海)有限公司

沃特世公司推出全新台式串联四极杆质谱仪Xevo TQ Absolute系统。这款高性能质谱仪分析某些棘手化合物时的灵敏度相比上一代产品提高15倍,体积缩小45%,电力和气体消耗量亦减少50%。Xevo TQ Absolute旨在协助制药、食品和饮料以及环境分析实验室在其开展的各类应用中充分满足痕量水平质谱定量分析的相关法规要求。

高性能气动绞车

英国JD Neuhaus甲板机械公司最近在其原设计生产的Profi型系列绞车的基础上，又推出了一组具有气体消耗量低、噪音压强最小、友好环保、操作简单和安装方便等特点的高性能Profi型气动绞车。

纳米氧化锌和SDS促进二氧化碳水合物生成特性实验研究

水合物法捕集和封存二氧化碳(CO_(2))具有储气量高和成本低等优点,但生成CO_(2)水合物(简称“水合物”)的诱导时间长、生成速率缓慢限制了该方法的应用。为促进水合物的生成,采用恒容法研究了纳米氧化锌(ZnO)和十二烷基硫酸钠(SDS)对水合物生成的影响。结果表明,在一定条件下增大初始压力和引入机械搅拌可以促进水合物生成,并且单独添加纳米ZnO或SDS均能显著缩短诱导时间。其中,在ZnO质量分数为0.06%和275.65 K的条件下,确定了初始压力和搅拌速率的最优值分别为4.5 MPa和500 r/min。在3.5 MPa、275.65 K和300 r/min的条件下,加入质量分数为0.10%、粒径为50 nm的纳米ZnO(ZnO-50)体系的诱导时间为41.6 min,较纯水体系的诱导时间(487.4 min)缩短了91.5%。体系中ZnO-50的质量分数为0.06%时,气体消耗总量为0.903 mol,较纯水体系的气体消耗总量(0.444 mol)提高了103.4%。提高SDS的质量分数对气体消耗总量的促进效果逐渐增强,当体系中SDS的质量分数为0.10%时,气体消耗总量达到最大(1.027 mol),比纯水体系的气体消耗总量提高了131.3%。以质量分数为0.10%的SDS与质量分数为0.02%的ZnO-50构建协同体系,其气体消耗总量(1.045 mol)受相平衡压力的影响变化不大,但可以显著加快水合物生成速率,实验半程(反应5 h)的气体消耗量可达0.924 mol,占实验全程(反应10 h)气体消耗总量的88.4%,明显高于单独使用质量分数为0.02%的ZnO-50和质量分数为0.10%的SDS体系的相应数据(分别为63.7%和48.5%)。相关研究结果可为应用水合物技术进行CO_(2)捕集和封存提供一定的理论指导。

H型水合物生成过程的实验研究

在恒容条件下,根据水合物的相平衡条件设置4、6、8 K三个不同的过冷度,分析了不同的过冷度对含大客体分子和甲烷体系的H型水合物生成过程的影响,并与纯甲烷水合物的生成过程进行比较,包括诱导时间、生成速率、气体消耗量。本实验所采用的四种大客体分子分别是:环庚烷、环庚酮、环辛烷、甲基环己烷。实验结果表明,过冷度越大,水合物生成的诱导时间越短;环庚酮H型水合物的反应速率最快,且储气效果最佳。