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《中国矿业大学》 2015年
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瓦斯水合固化过程热效应实验研究

陈文胜  
【摘要】:瓦斯水合物的生成过程是放热过程,但瓦斯水合物在低温环境中才能快速生长,所以其水合过程中产生的热量会对瓦斯水合的进程产生影响,因此有必要开展瓦斯水合过程的热效应及其影响因素研究。本文以此为目标,进行了大量的实验研究,取得以下研究成果:(1)基于瞬态热线法原理,对瓦斯水合物的导热系数进行了测试。研究表明在一定的温度范围内,本文所测定的瓦斯水合物的导热系数随着温度的升高而增大。其值比普通保温材料的导热系数值还小,因此其分解量小从而能够保存较长时间,据此可知对煤矿瓦斯进行水合分离后以NGH形式进行储运是可行的。(2)根据实验数据绘制了瓦斯水合过程的温度场-时间曲线。依据推导的瓦斯水合过程生成热计算模型对不同体系瓦斯水合过程的生成热进行了计算。瓦斯水合反应前期,有大量的生成热集中产生,中后期逐渐减少,最后趋于零。(3)对不同实验体系瓦斯水合过程的温度场特征参数进行了分析。发现每种反应体系的温度都是先快速上升到一最高值而后逐渐下降至实验环境温度。上层温度场平均温度最高,温度值最高值最高,温度上升速率最快,中层温度场次之,下层温度场平均温度最低,温度最高值最低,温度上升速率最慢。(4)瓦斯气体中的甲烷浓度对瓦斯水合反应过程的生成热,体系温度场分布、水合物生长速率等均具有一定的影响。在相同的实验条件下,甲烷浓度高的瓦斯气样在水合过程中放出的热量较多,温度场整体温度及各层温度场温度较高,整个过程的水合物生长速率也大。(5)对瓦斯水合过程中不同促进剂的影响机理进行了分析。分析发现促进剂的添加改善了瓦斯水合物生成的热力学条件,缩短了瓦斯水合物生成的诱导时间,提高了瓦斯水合物的生成速率,促进了瓦斯水合物的生成,进而提高了单位时间内瓦斯水合物生成过程中的生成热,改变了整个瓦斯水合反应过程的热效应。经研究发现,当THF浓度为1mol/L、SDS浓度为0.5mol/L时,水合反应体系的生长速率最大,生成热最多,水合反应体系温度场温度最高。(6)瓦斯水合过程是一个三维的、不稳定的、有内热源的导热过程,热量以热传导和热对流的方式由水合物区传向液相、气相等低温区。对瓦斯水合的传热过程进行了数学描述,建立了瓦斯水合过程的温度场方程,对其进行了理论求解。并与实际过程的温度场分布规律进行了对比,发现二者是吻合的。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD712

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