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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

围压对含瓦斯水合物煤体应力应变关系的影响

力学性质是基于水合原理预防煤与瓦斯突出的核心问题之一。以具有突出倾向煤体制备的型煤为研究对象,利用自主研发的瓦斯水合物生成与三轴压缩一体化装置,开展了围压影响下含瓦斯水合物煤体三轴压缩实验。结果表明:三种围压下,应力-应变曲线均为软化型;不同特征点(初始屈服点、峰值点及残余阶段)含瓦斯水合物煤体的黏聚力相差较大,而内摩擦角的变化较小;含瓦斯水合物煤体的初始屈服强度、峰值强度、残余强度和变形模量随着围压的增加呈线性关系增加,围压对含瓦斯水合物煤体的力学性质有所强化。

TBAB-SDS对高浓CO_2瓦斯水合分离过程的影响

为改善高浓CO2瓦斯水合分离效果,研究了TBAB-SDS复配添加剂对三种高浓CO2瓦斯气样水合分离过程的影响。通过自制高压全透明瓦斯水合分离实验装置,获得了不同实验体系瓦斯水合物形成的诱导时间、CO2分离浓度和分配系数,并对TBAB-SDS复配体系的促进机理进行了初步分析。结果表明：TBAB-SDS复配体系较TBAB体系,三种气样形成水合物的诱导时间缩短1~4倍,CO2分离浓度分别提高8.16%、7.13%、2.09%,分配系数分别由1.14,1.18、1.17提升至1.21、1.29、1.30。该研究为瓦斯水合分离技术的应用提供了参考依据。

SDS影响下煤层气水合物储气特性的Raman光谱分析

煤层气储运是影响其综合利用的主要因素。利用自主搭建煤层气水合反应Raman原位测试平台,在2.0℃、4.0 MPa条件下开展四种浓度SDS溶液体系煤层气水合实验,获得不同时刻气相及反应结束时刻水合物相Raman光谱图。基于Raman谱带面积比、van der Waals-Platteeuw模型,计算出各体系水合物孔穴占有率、水合指数等结构参数,进而确定出水合物含气率。结果表明:水合过程气相Raman谱峰强度呈显著梯度变化,反映了煤层气水合反应存在微观物质传递;水合指数随SDS浓度增大而呈递减趋势,当SDS浓度为5.2 mmol/L时,含气率达最大值。

丙烷对瓦斯水合物相平衡条件的影响

瓦斯水合物相平衡热力学条件的确立及改善是瓦斯水合化方法实现工业化的关键.利用可视化水合物相平衡实验装置,结合相平衡温度搜索法与观察法测定0.25 mol/L SDS溶液体系中四种不同瓦斯水合物相平衡条件,探究丙烷对瓦斯水合物热力学相平衡条件的变化规律,结果表明：丙烷的加入将水合物结构类型从Ⅰ型转为Ⅱ型,使得4.0～7.0 MPa范围内含丙烷瓦斯水合物生成相平衡温度升高,温差最大至13.7℃,大幅度改善了瓦斯混合气水合物热力学条件;丙烷含量越高,水合物相平衡条件改善效果越好.

瓦斯水合物形成过程的电阻特性

为获取煤体中瓦斯水合物形成动力学规律和饱和度分布情况,利用瓦斯水合电阻测试实验装置,在添加质量浓度为0、500 mg/L的SDS溶液、Na Cl溶液的质量分数分别为3%、6%和9%条件下,进行煤体中瓦斯水合动力学实验。结合数学模型计算瓦斯水合物生长速率和饱和度。结果表明:电阻变化规律可以界定煤体中瓦斯水合物的形成特征;根据电阻变化趋势,4组实验体系中瓦斯水合物主要集中形成于实验釜内的上层位与中层位;随Na Cl溶液质量分数升高,瓦斯水合物生长速率和饱和度呈降低变化趋势。Na Cl-SDS混合溶液体系能够增大水合物生长速率,提高煤体中瓦斯水合物的饱和度。

瓦斯水合物低温分解过程拉曼光谱特征

为探究瓦斯水合物低温分解过程拉曼光谱特征,利用瓦斯水合物Raman原位测试装置,开展不同分解温度、促进剂(TBAB、THF)条件下瓦斯水合物分解实验,测定瓦斯水合物低温分解过程拉曼光谱位移与强度。结果表明:-1^-5℃分解温度下,瓦斯水合物宏观形态变化较小,表现出明显的自保护特性;随分解温度的降低,产气量呈增大趋势;产气量呈阶梯式增长特点;瓦斯水合物分解过程CH4和N2拉曼光谱强度呈波动式变化。