真空技术的发展史
真空技术
真空技术是建立低于大气压力的物理环境,以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。真空技术主要包括真空获得、真空测量、真空检漏和真空应用四个方面。在真空技术发展中,这四个方面的技术是相互促进的。
真空是指低于大气压力的气体的给定空间,即每立方厘米空间中气体分子数大约少于两千五百亿亿个的给定空间。真空是相对于大气压来说的,并非空间没有物质存在。用现代抽气方法获得的最低压力,每立方厘米的空间里仍然会有数百个分子存在。气体稀薄程度是对真空的一种客观量度 ,最直接的物理量度是单位体积中的气体分子数。气体分子密度越小,气体压力越低,真空就越高。但由于历史原因,量度真空通常都用压力表示。
远在1643年,意大利物理学家托里拆利发现,真空和自然空间有大气和大气压力存在。他将一根一端封闭的长玻璃管灌满汞,并倒立于汞槽中时,发现管中汞面下降,直至与管外的汞面相差76厘米时为止。托里拆利认为,玻璃管汞面上的空间是真空,76厘米高的汞柱是因为存在大气压力的缘故。
1650年,德国的盖利克制成活塞真空泵。1654年,他在马德堡进行了著名的马德堡半球试验:用真空泵将两个合在一起的、直径为14英寸(35.5厘米)的铜半球抽成真空,然后用两组各八匹马以相反方向拉拽铜球,始终未能将两半球分开。这个著名的试验又一次证明,空间有大气存在,且大气有巨大的压力。为了纪念托里拆利在科学上的重大发现和贡献,以往习用的真空压力单位就是用他的名字命名的。
19世纪中后期,英国工业革命的成功,促进了生产力和科学实验发展,同时也推动了真空技术的发展。1850年和1865年,先后发明了汞柱真空泵和汞滴真空泵,从而研制成了白炽灯泡(1879)、阴极射线管(1879)、杜瓦瓶(1893)和压缩式真空计(1874)。压缩式真空计的应用首次使低压力的测量成为可能。
20世纪初,真空电子管出现,促使真空技术向高真空发展。1935~1937年发明了气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。这些成果和1906年制成的皮拉尼真空计至今仍为大多数真空系统所常用。
1940年以后,真空应用扩大到核研究(回旋加速器和同位素分离等)、真空冶金、真空镀膜和冷冻干燥等方面,真空技术开始成为一个独立的学科。第二次世界大战期间,原子物理试验的需要和通信对高质量电真空器件的需要,又进一步促进了真空技术的发展。
在地球上,通常是对特定的封闭空间抽气来获得真空,用来抽气的设备称为真空泵。早先制成的真空泵,抽气速度不大,极限真空低,很难满足生产和科学试验的需要。后来相继制成一系列抽气机理不同的真空泵,抽速和极限真空都得到不断的提高。如低温泵的抽气速率可达60000升/秒,极限真空可达千亿分之一帕数量级。
为了保证真空系统能达到和保持工作需要的真空,除需要配备合适的、抽气性能良好的真空泵以外,真空系统或其零部件还必须经过严格的检漏,以便消除破坏真空的漏孔。低(粗)真空、中真空和高真空系统一般用气压检漏 ;对于超高真空系统,在采用一般检漏法粗检以后,还要采用灵敏度较高的检漏仪,如卤素检漏仪和质谱检漏仪来检漏。
随着真空获得技术的发展,真空应用日渐扩大到工业和科学研究的各个方面。真空应用是指利用稀薄气体的物理环境完成某些特定任务。有些是利用这种环境制造产品或设备,如灯泡、电子管和加速器等。 这些产品在使用期间始终保持真空;而另一些则仅把真空当作生产中的一个步骤,最后产品在大气环境下使用,如真空镀膜、真空干燥和真空浸渍等。
真空的应用范围极广,主要分为低真空、中真空、高真空和超高真空应用。低真空是利用低(粗)真空获得的压力差来夹持、提升和运输物料,以及吸尘和过滤,如吸尘器、真空吸盘 。
中真空一般用于排除物料中吸留或溶解的气体或水分、制造灯泡、真空冶金和用作热绝缘。如真空浓缩生产炼乳,不需加热就能蒸发乳品中的水分。
真空冶金可以保护活性金属,使其在熔化、浇铸和烧结等过程中不致氧化,如活性难熔金属钨、钼、钽、铌、钛和锆等的真空熔炼;真空炼钢可以避免加入的一些少量元素在高温中烧掉和有害气体杂质等的渗入,可以提高钢的质量。
高真空可用于热绝缘、电绝缘和避免分子电子、离子碰撞的场合。高真空中分子自由程大于容器的线性尺寸,因此高真空可用于电子管、光电管、阴极射线管、X 射线管、加速器、质谱仪和电子显微镜等器件中,以避免分子、电子和离子之间的碰撞。这个特性还可应用于真空镀膜 ,以供光学、电学或镀制装饰品等方面使用。
外层空间的能量传输与超高真空中的能量传输相似,故超高真空可用作空间模拟。在超高真空条件下,单分子层形成的时间长(以小时计),这就可以在一个表面尚未被气体污染前 ,利用这段充分长的时间来研究其表面特性,如摩擦、粘附和发射等。
1、真空度的计算
真空度是指处于真空状态下的气体稀薄程度。从真空泵所读得的数值称真空度,计算方法为: 真空度=大气压强-绝对压强
2、出气量的计算
S=2.303V/tLog(P1/P2)
其中:S为真空泵抽气速率(L/s)
V为真空室容积(L)
t为达到要求真空度所需时间(s)
P1为初始真空度(Torr)
P2为要求真空度(Torr)
例如:V=500L t=30s P1=760Torr P2=50Torr
则:S=2.303V/t Log(P1/P2)=2.303x500/30xLog(760/50)=35.4L/s
当然上式只是理论计算结果,还有若干变量因素未考虑进去,如管道流阻、泄漏、过滤器的流阻、被抽气体温度等。实际上还应当将安全系数考虑在内。所以在选择的时候应该适当的增加点余量以保证其使用范围更广泛。
龙康888
01月08日
很多人估计会好奇“泵”字从哪儿来?在古代不可能有水泵的存在吧?为什么会有泵呢?其实对我们中国来说,泵和它们的机器的制造是源自国外的。实际上,“泵”字的出现是在清初,是根据一个“pump”的发音是“砰”的一声,类似于一块石头丢下水中的声音,因此,“水”字上面加个“石”字就成为当前给排水系统中的重要机器名称——“泵”的由来。
中国水泵制造业的发展悠久,于1868年开始成长,发展至今约为152年历史。
轴流泵
一、萌芽起始
始于1868年,终于中国的人民共和国1949年成立,这段时期就是被称为中国水泵行业萌芽。这段周期,我们在中国的土地上出现四个专业水泵厂:
1、长春魁利金制泵厂,创建于1928年;
2、成立于1940年的北京同益水泵厂;
3、香港地产建设商会(Reda)水泵公司,成立于1930年,生产潜水泵;
4、在上海成立于1946年的洽兴抽水机修造社。
多级泵(离心泵)
二、基础奠定
在前机械工业部和省机械厅、局的领导下,中国泵业的基础是在20世纪50~70年代的基础上建立起来的:
1、1953年底,中国泵业真正有了大些的进展,奠定了基础。
2、1972年,通过大规模投资和技术改造,提高了石油、化工、矿业用泵的研发和生产能力。 先后为用户生产了 y 型离心泵、 f 型耐腐蚀泵、 dks 型管道泵、 fn 型熔融尿素泵、高速分流泵和矿用多级泵。
三、快速增长
1、上世纪80年代,中国进入改革开放时期,中国泵业进入快速增长时期。在一机部和省厅的支持下,各大工业泵厂相继引进了18台泵及其制造工艺,包括潜水电泵、斜流泵、离心泵、循环泵、杂质泵、螺杆泵、真空泵、多级泵、往复泵、油泵、石化流量泵、泥浆泵、涡流泵等。
2、到了1990年泵行业在中国的数量迅速增加至949的制造商泵3664000台,销售额达3.429十亿人民币,我国在当时已经占世界泵输出排名第7位,真正意义上地成为世界主要工业国家之一,仅位于美国、日本、德国、英国、法国、意大利之后。
3、20世纪90年代初,随着市场经济环境的逐步形成,民营泵行业兴起并迅速发展。主要是利用民间资本,通过经商创业。
4、20世纪最后十年,中国泵的制造商和企业数量增加到1996年的1459家,年产泵739.58万台,销售额120.34亿元。
德国依菲柯水泵
四、黄金时期
从1998年至今,步入高速发展时期,我国泵业及其技术的发展已进入快车道,真正高速发展二十多年。这是我国水泵技术的一大历史性质的进步,是我国泵业整体高速发展的20年,也是辉煌的20年。
广州龙康是一家专业生产一体化预制泵站的厂家,公司拥有先进的生产设备、雄厚的技术力量、稳定的管理队伍和完善的服务体系,集开发、设计、生产、安装、售后服务于一体,以客户的满意为宗旨,以可靠的质量和良好的信誉以及优惠的价格、快捷的供货竭诚为用户创造最完美的价值。
们成功地造出了电弧灯.电弧灯的光线太亮,刺眼又费电,于是人们开始研
制较完美的电灯.1873年俄国科学家罗德金把两根粗铜丝装在球形玻璃泡里
作为电极,中间用炭条相连,这是早期的电灯.
美国科学家爱迪生在发明留声机后,受世界上发明电灯的热潮所感染,
立即着手了电灯的研究.
首次他采用德国人修布伦格发明的真空泵解决了灯泡内的真空问题,接
着他集中研究所的全部力量,向解决灯丝问题的第二部工程进军,开始时用
各种东西烧制炭丝都不成功,然后又转向金属,亦毫无进展.一次爱迪生用
碳化棉丝进行实验,实验记录本上记着:"1879年10月21日,进行第7895
次实验,灯丝材料为碳化棉丝……".于是第一只白炽灯诞生了.
后来,爱迪生和其助手们又继续研究,使灯泡燃的时间更长.而这一年,
爱迪生为普及电灯照明,又发明了火力发电机.
参考资料:(引用:http://cidian.sina.com.cn/cidian/browse.php?name=%B5%E7%B5%C6%B5%C4%D3%C9%C0%B4)
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最近这段时间国家有重视和扶持新能源行业,作为新能源汽车的必需材料锂离子电池和钠离子电池一度炙手可热。恰好这时,一家原本生产鼓风机企业也将生产钠离子电磁的上市公司股价一度被推高,就是我们下面要介绍的机械行业的公司---山东章鼓。
在开始分析山东章鼓前,我把机械行业龙头股名单推荐给大家,点进链接即可查收:宝藏资料:机械行业龙头股一览表
一、从公司角度来看
公司介绍:山东章鼓是一家风机公司,具有50多年的设计、生产、制造经验,还是一家控股子公司、两家中日合资企业的持有者,同时还有分公司是设立在美国的,在工业园设置了非常大的生产面积,达43万平方米。
公司主营业务为罗茨鼓风机、离心鼓风机、气力输送成套系统、磨机、渣浆泵等机械产品的设计、加工制造、销售、服务。
简单跟大家讲解了山东章鼓的公司情况后,接下来就要来分析一下山东章鼓公司有什么亮点,值不值得我们投资?
亮点一:参股公司艾诺冈获得锌离子电池研发技术突破
40%是山东章鼓在山东艾诺冈新能源技术有限公司的股份份额占比,并且这个参股公司在锌离子电池的技术研发上取得突破性的进展,在成本和安全系数方面,锌离子电池对照锂电池的话,成本更低,安全系数更高,有望成为构成储能电池的重要材料的一种,当然也能满足公司产品对锌离子电池的需求。
亮点二:罗茨鼓风机领域的领军企业
在设计和制造经验方面山东章鼓已经做了40多年,自2000年起,公司销售的罗茨鼓风机稳居国内销量排行榜的第一。该产品被广泛应用于化工、水泥、污水处理、钢铁、电力、冶金、煤炭、粮油等行业。
同时,公司的16项新技术研发可谓正是国内的空白之处,维尼纶和煤化工行业的市场,90%以上都被占了,污水处理和空分,以及精细化工的市场上,占据了50%的市场份额。
亮点三:产品品种齐全,公司客户优质
山东章鼓目前能够生产包括L系列、RR系列、3H系列、ZR系列大型罗茨鼓风机(罗茨真空泵)等8大系列和140多个规格的产品,满足了多行业领域用户对罗茨鼓风机的不一样的要求。公司产品质量优秀异常,并且不管是在性能上,还是在功效上都超过了国外进口产品,目前已拥有山东石横发电厂、广东珠江电厂、江苏徐州发电厂、中国石化等优质客户。
因为篇幅有限,关于山东章鼓的深度报告和风险提示实在太多,我全部的整理在这篇研报当中了,点击便可以看:【深度研报】山东章鼓点评,建议收藏!
二、从行业角度来看
鼓风机在国内主要集中在中低端市场,在最近几年里,我国的鼓风机高端产品逐渐的开始替代国外高端产品,随着下游市场在消费者的需求方面得到不断释放,国产高端鼓风机会随着现在的市场发展而慢慢的占领这个市场,所以我认为,我国的鼓风机行业仍然具有比较大的发展空间。
总的来说,国产鼓风机占据国内市场的比例很高,同时在高端鼓风机市场,外国鼓风机正在不断被国产鼓风机替代,在鼓风机市场占据主导地位。而作为拥有50多年鼓风机研发生产历史的山东章鼓将会在高端市场站稳脚跟,变成我国高端鼓风机主重要的生产商。
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臧小亚1,2,3,梁德青1,2,吴能友1,2
臧小亚(1983-),女,助理研究员,博士,主要从事沉积物中天然气水合物的研究工作,E-mail:zangxy@ms.giec.ac.cn。
梁德青,男,研究员,主要从事水合物基础和应用技术研究,E-mail:liangdq@ms.giec.ac.cn。
1.中国科学院广州能源研究所,广州 510640
2.中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室,广州 510640
3.中国科学院研究生院,北京 100049
摘要:采用甲烷和混合气体(CH4为91.85%,C2H。为5.09%,C3H8为3.06%)作为气源,研究在不同的温度和压力条件下,纯扩散型水合物在不同粒径沉积物(150~250 μm和250~380 μm)中的生成过程。结果表明:水合物在沉积物中的生成速率与沉积物粒径、气源组分、孔隙水盐度以及温度压力条件都有关系。在沉积物和盐水体系里,混合气生成水合物的诱导时间非常短,反应体系达到水合物生成条件时,沉积物内便开始有水合物生成,而且初始阶段的水合物生成速率比较大。在不同的沉积物体系中,混合气水合物的生成过程可以分为3个阶段,即快速反应阶段、反应平稳阶段和尾声阶段。在不同的温压条件下,水合物具有不同的转化率。
关键词:气体水合物;生成动力学;水合物转化率;多孔介质;热力学
Formation Process of Hydrate in Partially Water-Saturated Sediments
Zang Xiaoya1,2,3,Liang Deqing1,2*,Wu Nengyou1,2
1.Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate,Guangzhou Institute of Energy Conversion,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China
2.Guangzhou Centerfor Gas Hydrate Research,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou,510640,China
3.Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China
Abstract:Gas hydrateformation from two types of dissolved gas (methane and mixed gas) in natural porous media were studied in a novel apparatus with two different diameter silica sand particles (150~250μm and 250~380μm) from South China Sea under varying thermodynamic conditions.Hydrate was formed in the salt water,which occupied the interstitial space of the partially water-saturated silica sand bed.The experiments demonstrate that hydrateformation rate was afunction of particle diameter,gas source,water salinity,and thermodynamic condition.The hydrate formation induction time was very short and pressure decreased rapidly in the initial stage.Mixed gas hydrateformation process can be divided into three stages with different type sediments.Conversion rate of water to hydrate was different under vary thermodynamic conditions thoughformation process were similar.Sand particle diameter and water salinity also influence the formation process of hydrate.
Key words:gas hydrateformation kineticswater conversion ratenatural porous media thermodynamic condition
0 引言
天然气水合物是一种类冰状的、非化学计量的笼形晶体化合物,它一般是由一些低分子量气体(如甲烷、乙烷等)分子被包进水分子氢键形成的笼中所形成[1]。1天然气水合物生成需要低温和高压的条件,因此在自然界中已发现的主要分布于海洋陆坡区和陆地永久冻土带。地球上已探明的水合物储量超过1.5×1016m3,可以作为未来的潜在能源[2-4]。在我国南海北部海域沉积物中发现大量的以扩散型方式存在的水合物样品,若能加以开采利用则能有效缓解我国能源需求与供给之间的矛盾[5]。如何能够在不危害环境的情况下安全高效地开采和利用水合物资源,需解决的问题核心主要有2点:一是掌握水合物在海底赋存区的生成机制和分布规律[6];二是了解开采过程中外界条件的变化对水合物稳定性的影响。
在过去的20年间,许多学者关于沉积物中水合物生成动力学的问题展开了研究。Cha等[7]首先开展了第三界面对水合物生成过程影响的研究,他的研究结果表明第三界面的存在对水合物生成的热力学及动力学特性都有影响。接着,Zatsepina和Buffett[8-10]系统的开展了多孔介质体系中不同温压条件下甲烷气体在水合物成核以及生成过程中的溶解度变化,他们的结果说明气体溶解度在有无水合物生成时变化很大,同时,在条件适宜的情况下孔隙水中的溶解气体可以直接结晶成核并生成水合物。Tohidi等[11]证明了Zatsepina和Buffett的结论,得出在无自由气体存在的系统中同样可以生成水合物。他们同时还发现水合物比较容易在孔隙中心生成,在沉积物颗粒较细的情况下,水合物容易将沉积物颗粒固结。Klauda和Sandler[12]提出了一种模型,该模型以沉积物类型、地温梯度和海底深度作为输入变量,利用大洋钻探计划(ODP)所得的数据预测海底水合物稳定带的最大值。Chuvilin等[13-14]提出温度和冷冻周期能影响水合物的热力学条件和沉积物中的冰-水分布情况,因此,沉积物中只有很少一部分的水能转化成水合物。Waite等[15]通过富含甲烷沉积物和孔隙水沉积物的地震波研究,说明了水合物包裹沉积物颗粒并将其固结。Spangenberg等[16]设计了一套实验装置研究水合物在沉积物孔隙中的生成过程,实验结果证实了一个假设,在充满了孔隙的水合物生成过程中,沉积物中上升流体的运动能运输溶解甲烷气至水合物稳定带,在这个过程中,水合物就可以形成。最近,Maddena等[17]研究了在不同直径沉积物颗粒体系中的水合物生成过程,结果说明沉积物粒径对水合物生成有一定的影响。Linga等[18]也证明了沉积物孔隙内部气体的大量聚集可能导致水合物在沉积物中大量生成,同时,也第一次在沉积物孔隙内部的甲烷气泡的气-水界面上发现了薄片状的甲烷水合物。
虽然上述工作取得了一定的进展,但是仍然有许多关键问题需要解决。在以往的多孔介质水合物生成动力学的研究中,往往只考虑1个或2个影响因素,在实际中的情况却要复杂得多,需要系统地考虑总体因素。为了全面地了解水合物在沉积物中的生成过程,表征水合物在不同温度和压力条件下的生成特性,为水合物的开发和利用提供理论数据,本文通过自制的水合物生成装置研究不同的沉积物粒径、不同的孔隙水盐度以及不同温压条件下甲烷以及混合气体在沉积物孔隙水体系中的生成过程。
1 实验部分
1.1 实验装置及材料
图1 实验装置简图
整个实验在如图1所示的自制实验装置上进行。装置主要由管路、气瓶、增压装置、真空泵、恒温水浴和反应釜组成。反应釜为自制不锈钢反应釜,体积为330 m L。其中沉积物放置在不锈钢反应釜内的聚四氟乙烯反应釜内,沉积物体积为78 m L。不锈钢反应釜内剩余气体所占据的体积为200m L。
1.2 实验过程
实验采用的方法是首先将南海北部陆坡钻探所得沉积物进行人工筛分,用筛子筛分为不同的粒径,选取粒径分布介于40~60目和60~100目的沉积物,测得孔隙度分别为42%和36.7%,并配置盐度为3.5%的盐水。将75 g筛分处理好后的沉积物放入小反应釜内,滴入15 g的盐水溶液,并使得盐水均匀分布于沉积物孔隙内。最后将小反应釜置于大反应釜内,密封后往大反应釜内充入反应气体,在常温下保持48 h后,将反应温度和压力设定至实验所需条件,并实时采集反应系统内温度与压力的变化,研究水合物的生成过程。
2 结果与讨论
实验系统的研究了甲烷和混合气等不同气源组分水合物的生成过程,反应结束后沉积物中水合物的含量可以通过实验过程中消耗的气体量计算得到。在扩散型水合物生成过程中,由于水合物生成过程比较缓慢,体系温度不发生变化,压力的降低可以说明水合物的形成。表1给出了实验的条件及实验结果。其中水合物转化率为沉积物孔隙水转化为水合物的量所占的份额。
表1 实验条件以及实验结果总结
如表1中结果所示:在第一组实验中,实验采用的气源为混合气,沉积物粒径介于250~380 μm,不同的温压条件下,水合物的转化率从21.02%到39.49%不等。第二组和第三组实验的结果同样说明了在此类实验条件下,较低的温度能够增加水合物的转化率。这可能是由于实验温度越低,过冷度越大,从而水合物形成驱动力也相应较大。同样的道理,水合物的转化率会随着压力的升高而增加。但是,4、5、6组实验沉积物粒径为150~250μm,颗粒非常细,此种沉积物体系中温度为277 K时水合物的转化率反而小于温度为279 K时的水合物转化率。这也说明了在沉积物颗粒特别细的时候,沉积物可能改变水合物的生成环境,水合物生成速率反而未必与驱动力成正比[19]。同时,温度比较低时,水合物在反应初始阶段容易在气体和沉积物界面上生成,沉积物孔隙内的水也容易转化成水合物从而堵塞孔隙中气体运移通道。因此,气体扩散速度随着反应的进行慢慢减小,水合物生成速率也随之减小。
续表
图2所示为实验中采用的沉积物+盐水体系生成水合物前后的对比。图a为经过人工筛分处理并吸水后的沉积物,粒度分布介于60目到100目之间;图b为反应结束后沉积物体系,白色类冰状固体为水合物,由于水合物生成过程最容易发生在气液界面上,因此在沉积物体系表面最容易生成水合物。水合物在沉积物表面生成后,会通过毛细作用将体系内的水分吸到沉积物上部或者表面来继续生成水合物。从图b中可以看出,水合物在表面分布的比较多。但是在自然界中,气源不充分,水合物不会在短时间内大量聚集,气体有充足的时间溶解在沉积物孔隙水内部,而且水合物区域在空间上也足够大,分布相对比较均匀。图c是分解中的水合物在沉积物中的分布,有水合物与水共存。
2.1 孔隙水盐度对水合物生成过程的影响
图2 沉积物体系反应前后对比
反应体系内没有添加剂的情况下,甲烷与纯水生成水合物比较困难,需要比较大的过冷度、更强的反应驱动力或者较长的诱导时间[20]。因此,许多学者提出了各种各样的方法来解决这些问题[21-22]。实验采用纯水和盐度为3.5%的盐水作为孔隙水来比较孔隙水盐度的不同对水合物生成过程的影响。图3a中孔隙水为盐水,水合物生成过程没有诱导时间;图3b中,第13组实验中的孔隙水为蒸馏水,水合物生成所需的诱导时间为42 h。在初始的42 h内,压力无任何变化,水合物没有生成。过了诱导时间后,水合物开始形成,压力开始下降。在自然界沉积物中,沉积物孔隙水为盐水,水合物在沉积物孔隙内部生成,沉积物体系的多孔性以及海水的盐度都能促进水合物的生成过程,缩短诱导时间[23]。水合物在沉积物体系内的生成过程可以划分为2个阶段:第一个阶段是水合物在孔隙内部沉积物的多孔表面生成,此时水合物生成速率由气体到水合物笼的扩散速率决定;第二个阶段是水合物在沉积物中大量生成将沉积物固结的过程,这个过程中水合物生成速率由气体在沉积物体系内部的扩散速率决定。
图3 第11组和13组实验过程中的温度和压力变化
实验采用的粒径介于150~250μm的Ⅱ型沉积物。初始值代表了反应体系内部温度达到设定值并且稳定的点。图3a代表了第11组实验,孔隙水w(Na Cl)为3.5%溶液,图3b为第13组实验,孔隙水为蒸馏水
2.2 沉积物粒径对水合物生成过程的影响
实验中用到了2种粒径的水合物,粒径分布介于250~380μm和150~250μm。图4是第3组和第6组实验过程中水合物转化率随时间的变化图。实验都是采用w (Na Cl)为3.5%溶液作为孔隙水,在7.5 MPa压力下生成水合物,温度有3个温度点,275 K,277 K和279 K。如图4中所示, 2种粒径沉积物体系内所有的反应过程都可以分为3个阶段,在初始的12 h内,水合物转化率增加得很快,这表明水合物反应速率也很快。在反应的中间阶段,即从12~40 h之间,溶解在孔隙水中的气体已经被消耗完,此时水合物转化率开始下降,并且在这个阶段,水合物生成速率取决于气体在沉积物中的扩散速率。由于初始阶段水合物的大量生成,沉积物表面以及沉积物孔隙间大多被水合物占据,因此气体扩散速率下降。在反应结尾阶段,水合物转化率已经没有明显的变化。这个现象说明水合物在反应的前40 h内已经基本反应完全。在整个反应过程中,沉积物的粒径对水合物转化率的变化趋势影响不明显。
图4 不同沉积物粒径对水合物转化率的影响
实线代表Ⅰ型沉积物,虚线代表Ⅱ型沉积物,反应采用的气体为混合气,反应初始压力为7.5 MPa
第三组实验中水合物的转化率分别为53.94%,53.90%和52.30%,反应体系内温度没有明显变化。在第6组实验中,水合物转化率分别为52.30%,49.01%和50.33%,温度为279 K时水合物的转化率反而要大于277 K时的转化率,结果与第3组实验的有所不同。一般来说,大颗粒沉积物体系中的水合物转化率大于小颗粒沉积物体系中水合物的转化率。在Ⅱ型沉积物体系内,可能是由于水合物形成初期阶段,沉积物之间的孔隙以及沉积物与气体的交界面被水合物占据,气体进入沉积物的通道被阻塞,因此,接下来的水合物生成过程也就被延缓了。
图5所示为第7组实验和第10组实验中水合物转化率的变化。2组实验都是在9.5 MPa的初始压力下进行的,孔隙水盐度为3.5%。与图4中结果不同的是沉积物的粒径能影响甲烷水合物的生成过程。实验结束后,第7组实验中水合物的转化率分别为13.82%,12.91%和11.94%,第10组实验中,水合物转化率分别为48.47%,47.39%和35.23%。在相同的实验条件下,Ⅰ型沉积物体系中甲烷水合物的转化率要远远大于Ⅱ型沉积物体系中甲烷水合物的转化率。
图5 2种不同水合物粒径体系内甲烷水合物转化率随时间的变化图
图中实线代表Ⅰ型沉积物体系内水合物转化率,虚线代表Ⅱ型沉积物体系内水合物转化率,实验采用的气源为甲烷气体,反应初始压力为9.5 MPa
2.3 气源组分对水合物生成过程的影响
图6 第3组实验和第9组实验中水合物的转化率变化
虚线代表第3组实验中水合物的转化率变化趋势,反应初始压力为7.5MPa,反应温度为275K,277K和279K;实线代表第9组实验中水合物的转化率变化趋势,反应压力为13.5 MPa,反应温度为275K,277K和279K。两组实验都采用的Ⅰ型沉积物体系
实验中采用了甲烷和混合气(CH4:91.85%,C2H6:5.09%,C3H8:3.06%)作为反应气体。实验1-6是采用混合气作为气源,实验7~13是采用甲烷气作为气源。图6所示为第3组实验以及第9组实验过程中水合物的转化率变化趋势。从图中可以看出,第9组实验的反应初始压力为13.9 MPa,第3组实验的反应初始压力为7.5 MPa,但是在反应初始阶段,第3组实验中的水合物转化率要大于第9组实验中水合物的转化率。这是由于混合气内含有乙烷以及丙烷,相对甲烷来说更容易与水反应生成水合物。因此,当实验结束后,第3组实验的水合物转化率可以达到55%,依然要远远大于第9组实验中水合物的转化率。
3 结束语
通过自制的实验装置研究了沉积物孔隙水体系里水合物的生成过程,实验采用甲烷和混合气(CH4:91.85%,C2H6:5.09%,C3H8:3.06%)作为反应气体。水合物的生成实验分别在275 K,277 K,和279 K 3个温度点下进行。实验结果表明沉积物颗粒粒径、气源组分、孔隙水盐度和热力学条件等因素共同影响水合物的生成过程。与水合物在纯水中的生成过程不同,当孔隙水w (Na Cl)为3.5%溶液时,水合物的诱导时间非常短,反应体系压力在初始阶段就很快降低,水合物很容易生成。2种沉积物粒径体系里,水合物的生成过程都可以划分为3个阶段:第一个阶段水合物转化率增加很快;第二个阶段,水合物生成速率开始下降,气体的扩散和溶解速率决定了这个阶段水合物生成速率;第三个阶段水合物转化率不再有明显的增加,水合物生成过程基本结束。不同的温度和压力条件下,水合物生成过程趋势基本一致,但水合物转化率会有不同。同样的温压条件下,甲烷水合物的转化率要小于混合气水合物的转化率。沉积物粒径的不同能影响甲烷水合物的转化率,但是混合气水合物的转化率受沉积物粒径的影响比较小。从实验整体来看,在气体和沉积物以及孔隙水的界面上最容易生成水合物。
参考文献
[1]Sloan E D.Clathrate Hydrates of Natural Gases[M],2nd ed.New York:Marcel Dekker,1998:754.
[2]Makogon Y F,Holditch S A,Makogon T Y.Natural Gas HydratesA Potential Energy Resource for the 21st Century[J]JPet Sci Eng,2007,56 (1/2/3):14-31.
[3]Klauda J B,Sandler S I.Global Distribution of Methane Hydrate in Ocean Sediment[J].Energy Fuels 2005,19 (2):459-470.
[4]Chatti I,Delahaye A,Fournaison L,et al.Benefits and Drawbacks of Clathrate Hydrates:A Review of Their Areas of Interest[J].Energy Convers Mgmt,2005,46 (9/10):1333-1343.
[5]Wu NY,Zhang H,Su X,et al.High Concentrations of Hydrate in Disseminated Forms Found in Very Fine-Grained Sediments of Shenhu Area,South China Sea[J].Terra Nostra,2007(1/2):236-237.
[6]Dickens G R.Rethinking the Global Carbon Cycle with a Large,Dynamic and Microbially Mediated Gas Hydrate Capacitor[J].Earth Planet Sci Lett,2003,(213):169-183.
[7]Cha S B,Ouar H,Wildeman T R,et al.A Third-Surface Effect on Hydrate Formation[J].J Phys Chem,1988,92:6492-6494.
[8]Zatsepina O Y,Buffett B A.Phase Equilibrium of Gas Hydrate:Implications for the Formation of Hydrate in the Deep Sea Floor[J].Geophys Res Let,1997,24(13):1567-1570.
[9]Buffett B A,Zatsepina O Y.Formation of Gas Hydrate from Dissolved Gas in Natural Porous Media[J].Mar.Geol,2000,164(1/2):69-77.
[10]Zatsepina O Y,Buffett B A.Nucleation of Gas Hydrate in Marine Environments[J].Geophys Res Let,2003,30(9),1451.doi:10.1029/2002GL016802.
[11]Tohidi B,Anderson R,Clennell M B,et al.Vi sual Observation of Gas-Hydrate Formation and Dissociation in Synthetic Porous Media by Means of Glass Micromodels[J].Geology,2001,29(9):867-870.
[12]Klauda J B,Sandler S I.Predictions of Gas Hydrate Phase Equilibria and Amounts in Natural Sediment Porous Media[J].Mar Pet Geol,2003,20(5):459-470.
[13]Chuvilin E M,Makhonina N A,Titenskaya O A,et al.Petrophysical Investigations of Frozen Sediments Artificially Saturated by Hydrate[C]//the 4thInternational Conference on Gas Hydrates,Yokohama:2002:734-739.
[14]C huvilin E M,Ebinuma T,Kamata Y,et al.Effects of Temperature Cycling on the Phase Transition of Water in Gas-Saturated Sediments[J].Can J Phys 2003,81(1/2):343-350.
[15]Waite W F,Winters W J,Mason D H.Methane Hydrate Formation in Partially Water-Saturated Ottawa Sand[J].Am Miner,2004,89(8/9):1202-1207.
[16]Spangenberg E,Kulenkampff J,Naumann R,et al.Pore Space Hydrate Formation in a Glass Bead Sample from Methane Dissolved in Water[J].Geophys Res Lett,2005,32(24) L24301.
[17]Maddena M E,Ulrichb S,Szymcekb P,et al.Experimental Formation of Massive Hydrate Deposits from Accumulation of CH4 Gas Bubbles Within Synthetic and Natural Sediments[J].Mar Pet Geol,2009,26(3):369-378.
[18]Linga P,Haligva C,Nam S C,et al.Gas Hydrate Formation in a Variable Volume Bed of Silica Sand Particles[J].Energy Fuels,2009,23 (11):5496-5507.
[19]Kneafsey T J,Tomutsa L,Moridi s G J,et al.Methane Hydrate Formation and Dissociation in a Partially Saturated Core-Scale Sand Sample[J].J Pet Sci Eng,2007,56(1/2/3):108-126.
[20]Kashchiev D,Firoozabadi A.Induction Time in Crystallization of Gas Hydrates[J].J Cryst Growth,2003,250 (3/4):499-515.
[21]Wilson P W,Le ster D,Haymet A D J.Heterogeneous Nucleation of Clathrates from Supercooled Tetrahydrofuran (THF)/Water Mixtures,and the Effect of an Added Catalyst[J].Chem Eng Sci,2005 (60):2937-2941.
[22]Zhong Y,Rogers R E.Surfactant Effects on Gas Hydrate Formation[J].Chem Eng Sci,2000(55):4175-4187.
[23]Lu H L,Matsumoto R.Experimental Studies on the Possible Influences of Composition Changes of Pore Water on the Stability Conditions of Methane Hydrate in Marine Sediments[J].Mar Chem,2005,93 (2/3/4):149-157.
近日国家有重视和扶持新能源领域,一度把作为新能源汽车的必需材料锂离子电池和钠离子电池炒得火热。在此同时,一家原本生产鼓风机企业也将生产钠离子电磁的上市公司股价一度被推高,也就是今天跟大家一起聊聊的机械行业的公司---山东章鼓。
在对山东章鼓进行分析前,我把机械行业龙头股名单推荐给大家,点击即可查看:宝藏资料:机械行业龙头股一览表
一、从公司角度来看
公司介绍:山东章鼓已经成长为拥有50多年风机设计、生产、制造经验和技术的公司,而且也有另外的一家控股子公司和两家中日合资企业,并且美国那边还设立了分公司,在工业园设置了非常大的生产面积,达43万平方米。
公司主营业务为罗茨鼓风机、离心鼓风机、气力输送成套系统、磨机、渣浆泵等机械产品的设计、加工制造、销售、服务。
简单跟大家讲解了山东章鼓的公司情况后,接下来就要来分析一下山东章鼓公司有什么亮点,大家去投资值不值得呢?
亮点一:参股公司艾诺冈获得锌离子电池研发技术突破
山东章鼓是山东艾诺冈新能源技术有限公司的股东,股权是40%,并且这个参股公司在锌离子电池的技术研发上取得突破性的进展,锌离子电池从安全方面比较,确实比锂电池更安全,反而成本更低,有望成为储能电池中又一重要的电池材料,对于锌离子电池方面,有望满足公司需求。
亮点二:罗茨鼓风机领域的领军企业
山东章鼓为罗茨鼓风机领域做了40多年的设计和制作贡献,自2000年以来,公司销售的罗茨鼓风机一直都占了国内市场份额的第一。该产品被广泛应用于化工、水泥、污水处理、钢铁、电力、冶金、煤炭、粮油等行业。
同时,公司的16项新技术研发可谓正是国内的空白之处,维尼纶和煤化工行业的市场,90%以上都被占了,在污水处理、空分、精细化工领域中,占据了的市场份额有50%。
亮点三:产品品种齐全,公司客户优质
山东章鼓目前能够生产包括L系列、RR系列、3H系列、ZR系列大型罗茨鼓风机(罗茨真空泵)等8大系列和140多个规格的产品,多行业领域用户对罗茨鼓风机的不同要求也可以得到满足。公司产品质量优相当好,并且不管是在性能上,还是在功效上都超过了国外进口产品,目前已拥有山东石横发电厂、广东珠江电厂、江苏徐州发电厂、中国石化等优质客户。
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二、从行业角度来看
我国目前的鼓风机市场用户主要聚集在中低端市场,尤其是在最近几年里,我国的鼓风机高端产品已经慢慢的替代了国外高端产品,随着下游市场的消费者在需求方面持续释放,国产高端鼓风机将会一点点的占据这个市场,由此看来,在未来我国的鼓风机行业仍然存在比较大的成长空间。
总结一下,国产鼓风机在国内市场份额上所占的比例非常大,同时国产高端鼓风机正不断的把外国鼓风机替代掉,成为市场的主要产品。而作为拥有50多年鼓风机研发生产历史的山东章鼓将会在高端市场站稳脚跟,未来会成为我国高端鼓风机重要生产商。
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应答时间:2021-11-04,最新业务变化以文中链接内展示的数据为准,请点击查看