煤层气吸附塔爆炸危险性的实验研究

论文摘要

我国拥有丰富的煤层气资源,但开发利用水平很低。尤其是对于甲烷含量较低的煤层气资源目前主要采取排空处理,这不仅浪费了大量绿色能源也加重了环境污染。目前利用变压吸附技术提高煤层气甲烷含量是解决这一问题的有效途径,本文的目的就是研究甲烷吸附塔在提纯甲烷过程中本身的安全性问题。本文根据某甲烷吸附塔按照等比例缩放的原则设计了一套吸附塔模拟装置,在此基础上,配备配气系统、点火系统、计算机动态数据采集系统和实验程序PLC自动控制系统,构成了甲烷吸附塔爆炸火焰传播危险性实验测试系统。与传统仅靠压力作为爆炸传播的判据相比本文增加了温度信号,以增加可靠性。论文首先利用测试系统在不充填吸附介质的情况下,测试了初始压力为常压、0.2MPa和0.3MPa时的爆炸压力,得到三种工况下的甲烷最危险浓度分别为9.0%、9.1%和10.0%。甲烷的爆炸范围随着初始压力的增加而拓宽,初始压力的增加明显的提高了爆炸上限,但是对爆炸下限无明显的影响。爆炸压力和初始压力之间呈现了较好的线性关系；而随着初始压力的升高,爆炸温度的提升趋势趋于缓慢。当加入惰性气体CO2后,甲烷的爆炸范围和爆炸强度明显降低。然后,在模拟装置内充填甲烷吸附介质,利用不同工况下的最危险浓度甲烷空气混合气体,通过改变进气层空间大小、吸附层厚度和初始压力,进行了大量爆炸火焰传播实验,发现在进气层空间较大和初始压力较高的情况下初始爆炸火焰能够穿过介质层传播。通过分析数据,表明模拟装置内火焰穿透能力与初始爆炸能量和初始压力正相关,与吸附层厚度负相关。利用指数评价法建立了甲烷提纯吸附塔内火焰穿透吸附层的综合评价模型M=pA×vB/hC。利用已经获得的实验数据证明了该模型可以用判断吸附塔传播爆炸火焰的危险性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 本课题主要研究内容
• 1.3 本课题研究技术路线和创新点
• 第二章 基础理论
• 2.1 变压吸附（Pressure Swing Adsorption,PSA）工艺概述
• 2.2 气体燃烧爆炸理论分析
• 2.2.1 气体的热爆炸理论
• 2.2.2 气体链锁爆炸理论
• 2.2.3 瓦斯链分支爆炸理论分析
• 2.3 气体爆炸极限的化学动力学基础
• 2.3.1 化学反应速率的影响因素分析
• 2.3.2 可燃气体爆炸极限的影响因素分析
• 2.4 瓦斯爆炸及其火焰传播的后果
• 2.4.1 矿井瓦斯的存在状态、性质及危害
• 2.4.2 瓦斯爆炸的实质
• 2.4.3 瓦斯爆炸的基本条件
• 2.4.4 瓦斯爆炸的危害
• 2.4.5 瓦斯爆炸的理论研究
• 2.4.6 瓦斯爆炸的实验研究
• 第三章 实验材料、设备和方法
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验设备
• 3.2.1 爆炸容器
• 3.2.2 配气系统
• 3.2.3 点火系统和PLC控制系统
• 3.2.4 动态数据采集分析系统
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 实验步骤
• 3.3.2 测试参数控制要点
• 3.3.3 注意事项
• 第四章 甲烷爆炸特性研究的结果和分析
• 4.1 甲烷-空气混合气体爆炸特性
• 4.1.1 常压下甲烷-空气混合气体爆炸特性
• 4.1.2 加压下甲烷-空气混合气体爆炸特性
• 4.2 惰性气体对甲烷-空气混合气体爆炸特性的影响
• 4.3 小结
• 第五章 吸附塔模拟装置爆炸火焰传播的实验和评价模型
• 5.1 实验结果
• 5.2 条件因素对火焰穿透吸附层的影响
• 5.2.1 爆炸能量对火焰穿透的影响
• 5.2.2 初始压力对火焰穿透的影响
• 5.2.3 介质层厚度对火焰穿透的影响 #40.
• 5.2.4 小结
• 5.3 火焰穿透介质层的综合评价模型
• 5.3.1 模型的建立
• 5.3.2 模型的求解
• 5.3.3 评价模型的适用性
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢