瓦斯水合物诱导时间影响因素实验研究

为探究多因素条件下瓦斯水合物诱导时间及其规律,利用自主设计的高压可视水合实验装置,由成核动力学实验确定了气体组分、NaCl质量分数及驱动力三种因素对瓦斯水合物诱导时间影响的程度,采用极差法和方差法对实验数据进行分析。结果表明:随着瓦斯中甲烷减少、丙烷增加,水合物的平均诱导时间先减少后增加;随着NaCl质量分数或驱动力Δp增加,水合物平均诱导时间逐渐减少;气样G_2、NaCl质量分数3.5%、驱动力1.5 MPa条件下瓦斯水合物诱导时间最短;驱动力Δp较气体组分对水合物诱导时间影响显著性强,NaCl质量分数的显著性较弱。

冰成瓦斯水合物生成动力学及分离效果实验研究

针对驱动力对瓦斯混合气-冰体系水合分离效果影响,利用水合分离实验装置开展了3种驱动力下(1、2、3 MPa)冰成瓦斯水合物分离实验,基于水合物生长速率、回收率及分离因子计算理论,分析了甲烷体积分数与驱动力对生长速率及分离因子等影响。结果表明:瓦斯混合气-冰体系水合物诱导阶段不明显,驱动力影响下瓦斯水合物最大生长速率提高了65%,甲烷回收率提高了122%,甲烷分离因子提高了292%,生长速率、分离因子均与甲烷体积分数及驱动力呈正相关。

管道内置障条件下瓦斯爆炸超压规律的实验研究

为探求管道内置障条件下瓦斯气体爆炸超压规律,采用中型尺寸瓦斯爆炸实验装置,开展瓦斯体积分数为6.0%、9.5%、13.0%条件下无内置障碍物、含内置障碍物瓦斯爆炸实验,获取了不同条件下的瓦斯爆炸超压值。通过对不同条件下瓦斯爆炸超压分析,获得了有无障碍物条件下瓦斯爆炸超压变化规律。结果表明:无内置障条件下各测点瓦斯爆炸超压遵循特定的规律,爆炸腔体内的超压峰值均不超过1 MPa。不同瓦斯体积分数的爆炸超压峰值出现在测点2处。在支路1中加设障碍物后,各测点超压值相对于无障碍物时的爆炸超压值均有增大现象。

多壁碳纳米管对CH_(4)/CO_(2)混合气水合分离影响的实验研究

为了提高CH_(4)/CO_(2)混合气的高值利用,减少温室气体排放,在275.15 K、5.5 Mpa的实验条件下,利用水合物法对不同质量分数的多壁碳纳米管复配十二烷基硫酸钠的CH_(4)/CO_(2)混合气进行水合分离实验。结果表明:基于0.05%的SDS体系,随着MWCNT质量分数的增加,CH_(4)/CO_(2)混合气水合分离效果逐渐提高;当MWCNT质量分数为0.10%时,每摩尔水的气体消耗量最大为21.110 mmol,提高了34.50%,气相中CH_(4)和水合物相中CO_(2)的体积分数最大分别为76.22%和55.26%,CO_(2)回收率和分离因子最大分别为42.82%和3.07,分别提高了30.90%和12.90%。

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。

含瓦斯水合物煤体强度特性三轴试验研究

含瓦斯水合物煤体力学性质准确测定是利用水合物技术预防煤与瓦斯突出的重要基础。利用水合固化反应与三轴压缩一体化原位试验装置开展了饱和度变化对含水合物煤体强度特性影响试验。结果表明:随着围压增加(1,2,3 MPa),含瓦斯水合物煤体应力-应变曲线从软化型向硬化型转化,破坏强度显著增加;随着饱和度增加,煤样破坏强度线性增加,饱和度对黏聚力和内摩擦角无明显影响;与含瓦斯煤体的强度特性比较发现,水合物生成提高了煤体破坏强度、变形模量和内摩擦角,而黏聚力没有明显变化。

THF对高浓度CH_4瓦斯水合分离效果影响实验

为改善高浓度CH_4瓦斯水合分离效果,进行了3种初始压力(1.5,2.5,3.5 MPa)影响下高浓度CH_4瓦斯(60%CH_4,32%N_2,8%O_2)在摩尔分数为2.5%~5.5%的THF溶液中的水合分离实验,结合气相色谱分析结果,考察THF摩尔分数、初始压力对CH_4回收率和分离因子的影响;利用Raman光谱技术分析高浓度CH_4瓦斯在THF摩尔分数5.5%、初始压力1.5 MPa、温度2℃实验条件下水合产物微观晶体结构特征。结果表明:同一压力下,CH_4回收率和分离因子随THF摩尔分数升高呈递增趋势;THF摩尔分数在2.5%~4.5%时,CH_4回收率随着初始压力的升高先增大后减小,THF摩尔分数为5.5%时,CH_4回收率随着初始压力的升高而增大,4种浓度THF溶液中分离因子均随着初始压力的升高而减小;THF参与水合反应并占据大孔穴(5^(12)6~4),为瓦斯气体提供小孔穴(5^(12))骨架,CH_4优于N_2,O_2占据小孔穴,THF—CH_4—H_2O生成II型水合物。

CO_2—CH_4—N_2瓦斯混合气水合分离产物Raman光谱特征

抽采瓦斯气分离产物特性精确获取是水合分离新技术应用关键。针对两种浓度构成的瓦斯混合气(CO2—CH4—N2),利用瓦斯水合分离产物Raman测试装置,原位合成两种水合物样品并观测Raman光谱。基于客体分子振动模式、"松笼-紧笼"模型及Raman谱带面积比,结合van der Waals-Platteeuw模型,确定出水合物晶体结构,计算出晶体孔穴占有率、水合指数等结构参数。结果表明,两种瓦斯水合物样品均为Ⅰ型结构,其大孔穴占有率分别为98.57%和98.52%,小孔穴占有率分别为29.93%和33.87%,小孔穴不易被客体分子填充;两种分离产物水合指数比较接近,分别为7.14和6.98,均大于Ⅰ型水合物水合指数理论值。

丙烷对瓦斯混合气水合物相平衡的影响

利用全透明水合物相平衡测定装置,采用恒容温度搜索法测定了2种浓度CH4-C3H8-C2H6瓦斯混合气水合物相平衡条件,结合Sloan相平衡预测理论对比分析了C3H8添加影响。结果表明：由于丙烷的加入改变了水合物结构类型,使得14.1~19.4℃温度内,CH4-C3H8-C2H6混合气水合物相平衡压力较CH4-C2H6大幅度降低,压差最大至11.78 MPa;随着温度升高,C3H8对瓦斯水合物相平衡压力影响逐步增大;相同压力下,水合物相平衡温度随着丙烷含量的增大而升高;运用Chen-Guo水合物生成理论分析了C3H8添加影响机理。

甲烷水合物生成过程温度场分布与生长速率关系实验研究

为研究瓦斯水合物生成过程的温度分布规律,利用可视化实验系统获取了2种体系甲烷水合物生成过程的温度分布。根据实验数据,结合水合物生长速率模型对2种实验体系的水合物生长速率进行了计算,分析了甲烷水合物生成过程温度场分布规律及其与生长速率的关系。结果表明,水合物生长速率越大,单位时间内甲烷水合物的生成量越多;生成的反应热越多,水合反应体系的温度场温度越高及温度的上升速率也越大。

THF对甲烷水合过程温度场影响的实验研究

为研究瓦斯水合物生成与分解过程的温度分布及热量传递规律,利用可视化实验系统研究了两种体系甲烷水合物生成过程反应热和水合过程的温度分布。根据实验数据,结合反应热计算方程,计算两种实验体系的反应热,研究促进剂四氢呋喃(THF)的添加对甲烷水合反应体系温度场的影响。结果表明,THF的添加,导致甲烷水合物的生成量增多,对应的反应热增多,提高了水合反应体系的温度以及温度的上升速率。

阻抗测试方法在瓦斯水合防突模拟实验中的应用

阻抗法可以监测各种固体、液体内部以及界面电荷的束缚和移动的变化特性。利用突出煤体中瓦斯水合固化过程阻抗特性监测实验装置,以不同质量分数NaCl溶液作为煤体孔隙液体,测试了相同孔隙度煤体中瓦斯水合固化过程阻抗变化特征。结果显示:实验釜中阻抗变化分为三个层位区域,分析瓦斯水合过程阻抗变化特征曲线,上层位阻抗逐渐增大瓦斯水合物形成量较大,下层位阻抗逐渐降低水合物未在此区域形成。通过NaCl质量分数曲线标定,获取了水合反应水的转化情况,基于PR状态方程结合瓦斯变化情况建立了瓦斯水合物生长计算模型,依据色谱分析结果计算了瓦斯水合物的含气率。

不同围压下含瓦斯气体及水合物煤体的力学性质

为研究围压对含瓦斯气体及水合物煤体的力学影响,取龙煤集团桃山矿务局井下600 m突出煤层的型煤,利用水合固化反应与三轴压缩一体化实验装置,对含瓦斯气体及水合物型煤进行常规三轴压缩实验,研究不同围压下两种煤样的力学性质。结果表明:随着围压增加,两种煤样的应力-应变关系有从软化型向硬化型转化趋势,水合物的生成加大了这种趋势,提升了煤样的黏聚力,对内摩擦角影响不大;瓦斯压力不变时,突出煤体试样的抗压强度、峰值强度和变形模量都随着围压的增加呈线性增加的关系;随围压增大煤样破坏面从径向偏向轴向,破裂角逐渐变大。

不同驱动力下瓦斯气体水合物的诱导时间分布

为探寻不同驱动力条件影响瓦斯水合物形成诱导时间的分布规律,利用全透明高压反应釜开展多组分瓦斯混合气(CH_4-CO_2-C_3H_8-N_2-O_2)水合成核动力学实验。基于四种不同驱动力下诱导时间实验结果,结合二次多项式,建立不同组分气体诱导时间和驱动力经验关系。研究发现,同一实验体系中瓦斯水合物形成诱导时间随驱动力增大而缩短;不同浓度瓦斯水合物形成诱导时间分布差异较大。基于偏摩尔吉布斯自由能随驱动力变化规律,初步探讨驱动力对多组分瓦斯水合物成核过程影响机理。分析认为:在一定范围内驱动力对瓦斯水合物成核过程具有促进作用.而驱动力过高将抑制水合物晶核的形成。

天隆煤矿瓦斯赋存地质规律研究

根据天隆煤矿提供的矿井有关地质与瓦斯资料,运用瓦斯赋存地质构造逐级控制理论等,分析探讨了影响天隆煤矿瓦斯赋存的主要因素,研究了天隆煤矿3#、6#煤层瓦斯赋存地质规律,进行了瓦斯含量分布及预测研究。

基于Raman光谱技术的瓦斯混合气水合过程定量分析

瓦斯水合物微观晶体结构研究对水合分离技术具有重要理论意义。利用Raman光谱技术对三种含高浓度CO2瓦斯混合气水合反应过程进行在线观测,并对水合物相Raman光谱图进行分析,获取了瓦斯水合物不同生长阶段大、小孔穴占有率,同时利用van der Waals与Platteeuw热力学统计模型间接获得水合指数等晶体结构信息。结果表明,瓦斯水合物孔穴占有率及水合指数在水合物不同生长阶段未发生较大变化,水合物相中大孔穴几乎被客体分子填满,CO2与CH4分子共同占据大孔穴,但CO2占绝大多数,达到78.58%-94.09%,CH4分子仅为4.52%-19.12%,这主要是由于两种分子间存在竞争关系且气样中CO2浓度明显高于CH4,大孔穴占有率维持在97.70%-98.68%;小孔穴占有率为17.93%-82.41%,占有率普遍偏低,且仅有CH4分子;随气样中CH4浓度增加,CH4在大、小孔穴中的占有率均有所增加,且CH4分子在大孔穴中的占有率均明显低于在小孔穴中占有率;水合物生长不同阶段水合指数为6.13-7.33,随气样中CH4浓度的增加,小孔穴占有率有所增加,致使水合指数随之降低;由于瓦斯水合物生长分布不均匀,三种气样对应的不同生长阶段水合指数均呈不规则变化。

低浓度煤层气富集增浓技术研究进展

在分析国内外学者从不同工艺、材料、方法对低浓度煤层气CH4/N2分离富集研究的基础上,总结了其阶段性研究结果及突破。同时,分析了深冷分离法、膜分离法、溶液吸收分离法、吸附分离法、水合物合成法在不同工艺条件下的分离效果及各自优缺点。通过分析对今后低浓度煤层气甲烷的利用前景进行了客观展望。

天窗对中庭商厦火灾烟气流动与安全疏散时间的影响

以哈尔滨新第一百货中庭商厦为研究对象,运用FDS大涡模拟法分析天窗开闭时中庭火灾和挑台火灾的烟气扩散规律。结果表明,天窗开启能及时将大部分高温烟气和高浓度有毒气体排出商厦外,烟气仅影响3层以上楼层的能见度。天窗开启时中庭火灾3~6层的安全疏散时间分别减少了252、157、82、64 s,挑台火灾分别减少了23.9、62.8、94.4、181.0 s。天窗开启对3、4层中庭火灾和5、6层挑台火灾控制更有效,挑台火灾起火楼层的边界比中庭火灾起火楼层的边界更快达到危险临界值,其余楼层则相反。烟气在各方向的扩散速率由大到小依次为竖直向上、水平、竖直向下。该研究为中庭建筑物防火性能与疏散逃生方案设计提供了理论依据。

煤矿井下泛在感知网络无线传输影响因素研究

为考察影响煤矿井下泛在感知网络无线传输的因素,根据巷道环境和电磁波的传播特性,利用马卡梯里(Marcatili)近似分析法,分析巷道中的电磁传输模型,采用Matlab仿真,分别研究频率、巷道截面尺寸和矿车对电磁波传输损耗的影响规律,研制了三种不同功率的无线瓦斯巡检仪,并将其作为测试系统,选取省内国有煤矿的典型巷道进行了井下通信测试。仿真和测试结果表明:电磁波的衰减损耗大小与电磁波频率、巷道断面均成反比;矿车对电磁波的衰减作用受电磁波频率影响,当频率低于300 MHz时,矿车的存在明显加速了电磁波的衰减,当频率大于450 MHz时,矿车的存在对电磁波衰减的影响不明显。

环形教学楼火灾烟气流动规律与疏散时间研究

为优化人员高度集中的高校教学楼火灾救援方案,以某校环形中庭教学楼为研究对象,对该教学楼不同楼层的烟气扩散情况进行了研究分析,获得了火灾发生后各层人员的最佳疏散路径和逃生时间。结果表明:火灾烟气扩散方向呈现先垂直后水平特征,500 s即布满顶层大部分区域,随后依次向下填充,楼层越高,危险性越大;1层~5层的安全疏散时间分别为489 s,444 s,424 s,381 s,273 s,最佳逃生路线为各楼层的东北部楼梯。