抽采瓦斯水合分离过程温度场特征及热量传递控制机理

煤矿抽采瓦斯水合分离过程热量传递是控制反应速率、提高水合物产量的技术关键。为此，利用配备阵列式温度传感器的水合分离装置，研究瓦斯水合分离过程温度场分布及热量传递控制机理。首先，应用正交试验研究煤矿瓦斯气样、促进剂种类及配比对水合分离过程温度场分布影响；进而，确定温度场-反应速率-时间关系，分析温度场变化对瓦斯水合分离速率影响；最后，基于实验数据，结合三维非稳态有内热源传热及Chen-Guo水合物生长动力学理论建立具有耦合特征的传热和反应动力学模型，基于温度场与分离速率影响关系深入实验修正理论模型，确定瓦斯水合分离过程热量传递对分离过程控制机理，据此优化促进剂添加配比及水合分离热力学工艺条件。本研究对揭示煤矿抽采瓦斯水合分离过程温度场分布与气样构成、促进剂配比、分离速率等相互作用关系、阐明瓦斯水合分离过程热量传递控制机理具有重要科学意义和应用价值，为瓦斯水合分离新技术早日工程应用奠定基础。

利用装配多层位立体分布温度传感器的瓦斯水合分离实验装置研究了瓦斯水合分离过程温度场分布特征。采用瞬态热线法对水合物进行测试获得水合物的导热系数和促进剂复合型水合物导热性系数，获取了不同气样不同促进剂体系瓦斯水合分离过程的压力-温度-时间关系曲线。分析了不同浓度促进剂THF和SDS对瓦斯水合分离过程中热量传递的影响，系统探讨了THF和SDS的作用机理。基于传热学理论和气体水合反应理论，建立了具有耦合特征的瓦斯水合分离传热和反应动力学模型。并通过分析热量传递对分离效果的影响，确定了分离器内温度场的空间分布、时间分布与瓦斯分离速率的相互作用关系。结合Chen-Guo水合物生长动力学理论，建立了非稳态内热源数值模型，利用FLUENT数值模拟软件，获得了瓦斯水合分离过程温度场分布状态，探讨了热量传递对瓦斯水合分离的控制机理。本研究对揭示煤矿抽采瓦斯水合分离过程温度场分布与气样构成、促进剂配比、分离速率等相互作用关系、阐明瓦斯水合分离过程热量传递控制机理具有重要科学意义和应用价值，为瓦斯水合分离新技术早日工程应用奠定基础。此外，本项目拟发表论文6-10篇，实际发表学术论文15篇，其中，EI收录4篇；SCI收录3篇。在本项目资助下，已有1位博士、1位硕士毕业。