高含水煤样的多元混合气体的吸附分析

对高含水煤样进行了三元混合气体（CH4,CO2,N2均为33．3％）的高压等温吸附试验,得出等温吸附曲线,并分析了三元混合气体在吸附过程中各组分体积分数的变化规律．结果表明,吸附曲线在煤样含水量高于5％时不遵循超出煤样平衡水分范围曲线不再变化的规律,而是吸附量低得多;吸附过程中各组分的体积分数是实时变化的,吸附能力强的气体吸附速率先快后慢,吸附能力弱的气体吸附速率先慢后快;在高压时吸附曲线没有明显变化．为更科学地计算煤层气资源量和可采潜力提供参考．     

二元气体等温吸附-解吸中气分的变化规律

进行了CH4—CO2和CH4-N2二元混合气体的等温解吸实验，分析了二元气体在解吸过程中各组分浓度的变化规律．结果表明，在CH4-N2二元气体的解吸过程中，吸附相中CH4组分的相对浓度逐渐增加，N2组分的相对浓度逐渐减少．在CO2-CH4二元气体的解吸过程中，吸附相中CO2组分的相对浓度逐渐增加，CH4组分的相对浓度逐渐减少．实验结果还证实了CO2在与CH4的竞争吸附中占据优势，而N2在与CH4的竞争吸附中处于劣势．注入CO2比注入N2可以更有效地置换或驱替煤层甲烷，提高煤层甲烷的采收率．     

煤层气运移分馏机理初探

煤层气的分馏效应是指运移过程中气体组份和同位素值发生变化的现象.分馏机理的探讨对煤层气的运移聚集具有重要指导意义.本文以吸附势理论为指导,以等温吸附实验数据为依据,对甲烷碳同位素和多组分气体分馏机理进行了探讨.确定了4种分馏机理的存在:(1)解吸-扩散-运移不仅造成甲烷碳同位素分馏,而且造成多组分气体分馏.13CH4因其吸附势普遍高于12CH4而具有优先吸附、滞后解吸的特征,12CH4更容易发生运移分馏.二氧化碳与甲烷相比,具有优先吸附、滞后解吸的特征,特别是在高压下,甲烷具有强的分馏效应;(2)发生在地下水径流带的溶解作用使得13CH4被优先溶解并被运移至滞留区聚集,12CH4保留在原地;(3)浅部次生生物气的产生造成甲烷碳同位素变轻的假象;(4)高温裂解气的生成造成甲烷碳同位素变重的假象.4种分馏效应都引起浅部甲烷碳同位素变轻,深部变重,这已为众多的实例所证实.     

煤层气运移分馏机理初探

煤层气的分馏效应是指运移过程中气体组份和同位素值发生变化的现象．分馏机理的探讨对煤层气的运移聚集具有重要指导意义．本文以吸附势理论为指导，以等温吸附实验数据为依据，对甲烷碳同位素和多组分气体分馏机理进行了探讨．确定了4种分馏机理的存在：（1）解吸-扩散-运移不仅造成甲烷碳同位素分馏，而且造成多组分气体分馏．^13CH4因其吸附势普遍高于^12CH4而具有优先吸附、滞后解吸的特征，^12CH4更容易发生运移分馏．二氧化碳与甲烷相比，具有优先吸附、滞后解吸的特征，特别是在高压下，甲烷具有强的分馏效应；（2）发生在地下水径流带的溶解作用使得13^CH4被优先溶解并被运移至滞留区聚集，^12CH4保留在原地；（3）浅部次生生物气的产生造成甲烷碳同位素变轻的假象；（4）高温裂解气的生成造成甲烷碳同位素变重的假象．4种分馏效应都引起浅部甲烷碳同位素变轻，深部变重，这已为众多的实例所证实．     

煤基活性多孔碳制备及其对CO2/CH4的吸附分离研究

为了分离煤层气中的CO2和提高煤层气利用率,通过调控KOH对无烟煤的活化比例,制备一系列煤基活性多孔碳(APC-1,APC-2和APC-4).通过扫描电镜表征可知,KOH活化对无烟煤的表面具有雕蚀作用,可形成发达的孔隙结构.通过氮气等温吸附测试可知,煤基活性多孔碳具有较高的比表面积(993 ～1615 cm2/g)和孔体积(0.48 ～0.8 cm3/g).在温度298 K和压力100 kPa条件下,APC-2对CO2和CH4的吸附量分别高达3.49,1.59 mmol/g.通过理想吸附溶液理论预测,APC-4对等物质量的二元混合气体CO2/CH4吸附选择性可达4.57.本文制备方法合成工艺简单,适用于煤基活性多孔炭的制备,在吸附分离煤层气中CO2和提高煤层气利用率方面具有广阔的应用前景.     

一种新型CH_4/N_2分离吸附剂制备及性能

文章采用水热合成法制备得到的钛硅类分子筛结构物,再经离子交换、成型与焙烧得到吸附剂。用XRD、SEM和TG/DSC对合成的分子筛结构物进行了表征;用吸附仪测试了N2和CH4分子在此吸附剂的静态吸附分离性能;探讨了这两种气体在吸附剂上的吸附行为。实验结果表明：在0.6MPa下,N2的STP吸附量可以达到12.42m l/g,N2和CH4的吸附比为10.1。N2和CH4的吸附分别符合Freundlich和Langmu ir吸附特征。     

N2与CH4对CO2非混相驱油效果的影响

在矿场应用中,注入CO2中混有的杂质气体会影响其驱油效果.为制定更加合理有效的开发方案,有必要研究杂质气体对CO2驱的影响.利用油藏数值模拟方法,在纯CO2气体注入参数优化的基础上,研究了N2与CH4两种杂质气体对CO2非混相驱体积波及系数、驱油效率、油井见气时间和采收率的影响;以尽量提高原油采收率为目标,确定了注入气中杂质气体的临界含量.结果表明,杂质气体的存在会导致CO2非混相驱体积波及系数增大,驱油效率降低,油井见气时间缩短;注入的CO2中N2的摩尔分数最高不应超过5%,CH4的摩尔分数最高不应超过14%.     

离子交换改性斜发沸石用于分离性能研究N2/CH4

抽放煤层气的主要成分为氮气和甲烷,采用以N2为强吸附组分的天然斜发沸石进行变压吸附分离(PSA),CH4成为塔顶产品,其回收率和纯度会大大提高.首先对4种国内不同地区的斜发沸石进行筛选,结果表明1#斜发沸石氮气吸附量大于甲烷,为氮气选择性吸附剂.为了进一步提高1#斜发沸石的氮气选择性能,对其进行离子交换改性研究,发现在室温下交换3次的Na-Cp-1分离效果最好,氮气/甲烷分离因子达5.48,是非常好的氮选择性吸附剂;而Li+、K+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Sr2+离子交换后斜发沸石对N2和CH4的吸附差异较小.     

Ti改性活性炭分离CH_4/N_2的实验研究

针对甲烷气体(煤矿乏风瓦斯)的富集与分离,研究了活性炭吸附材料(AC)的Ti改性方法,讨论了对CH4/N2分离性能的影响.结果表明:Ti改性炭活性在1 100℃、N2保护焙烧后孔径分布更均一;CH4的吸附量达到34.4 mL/g,比未改性的活性炭和160℃水热方法 Ti改性的活性炭增加了51.5%;CH4常压穿透曲线的穿透点比未改性的活性炭和160℃水热方法 Ti改性的活性炭分别滞后了41%和50%.     

温度及压力对CO2置换CH4的影响

利用潞安和寺河煤样进行了不同温度和压力条件下CO2/CH4混合气体的等温吸附/解吸实验,根据Langmuir等温吸附模型及其扩展形式,结合分离因子和单位压降解吸率两个参数,分别分析了温度和压力对CO2置换CH4影响的效果,提出了低温、低压条件下具有更好的置换效果,认为低温低压下置换反应主要向解吸需要能量低、吸附释放能量高的方向进行,即需要能量较小的CO2吸附—CH4解吸方向.研究结果表明:同等条件下CO2吸附能力比CH4吸附能力更强;在3MPa注入压力条件下,随着温度逐渐升高CO2对CH4的分离因子依次减小,显示出温度为20℃时置换效果更佳;在30℃温度条件下,随着压力的的升高,CH4单位压降解吸率依次降低,显示出压力为2MPa时置换效果更好;CO2的吸附能高于CH4的吸附能,在低温、低压的低能量条件下CO2具有相对更好的吸附能力.     

Construction of high-pressure adsorption isotherm: A tool for predicting coalbed methane recovery from Jharia coalfield,India

Adsorption isotherm relates the gas storage capacity as a function of pressure at constant temperature. In this paper, adsorption isotherm of two dry borehole samples was constructed in the laboratory using the manometric method. Isotherm was measured for two gases, i.e., CH_4 and CO_2 to pressure up to 8.4 MPa.Before the construction of sorption isotherm, coal was characterized by proximate, ultimate and petrographic analysis. Coalbed gas content of these two samples was found 2.29 m~3/t and 2.75 m~3/t. SEM images were obtained for the pore size distribution of coal using pore image analysis. Prediction of coalbed methane recovery from CH_4 adsorption isotherm showed that these coalbeds are under saturated. CO_2 isotherm was constructed to estimate enhanced coalbed methane(ECBM) recovery. Volume wise CO_2/CH_4 sorption ratio was found 2.09 times to 2.75 times respectively. This paper presents the interpretation of isotherm data to find the recovery factor of methane production from Jharia coalfield.     

CO_2、CH_4在改性MFI沸石中吸附的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛（GCMC）方法研究了CO2、CH4在全硅MFI沸石和MFI（4Na＋）沸石中的吸附行为,计算获得了CO2、CH4在两种架构中的吸附等温线、吸附能量分布曲线和粒子云分布图,结果表明：CO2、CH4纯组分在较低压力下有较高的吸附量,并且吸附量随压力的增大而增加,随温度的升高而小幅减少,其混合组分在两架构中均发生明显的竞争吸附行为;Na＋的存在使MFI型沸石对CO2的吸附能力和选择性得到增强。     

Adsorption and desorption on coals for CO2 sequestration

Adsorption and desorption of carbon dioxide, methane and other gases on coals has been investigated experimentally using representative Zhongliangshan coals. Gas adsorption is one of the major concerns for both CO2 sequestration and methane recovery processes. The experiments were carried out using both single and multi-component mixtures at 25 ℃ and 30 ℃ with the highest pressure of 12 MPa. The coal was under moisture equilibrated conditions. This provides experimental data from which a predictive assessment of CO2 sequestration and/or methane recovery can be conducted. The results show that for pure gasses the CH4 adsorption capacity is higher than the N2 adsorption capacity but lower than the CO2 adsorption capacity. Injection of CO2 or other gases into the coal significantly affects CH4 desorption. This allows the enhancement of CH4 recovery from the coals, thus supplying more clean energy while sequestering significant amounts of CO2 thereby reducing the greenhouse effect from human beings.     

开滦矿区晚古生代煤CH_4/CO_2二元气体等温吸附预测

用扩展Langmuir方程、理想吸附溶液理论和数值分析方法对开滦矿区不同变质程度煤对CO_2/CH_4二元气体的吸附量进行了预测,并用平均相对误差检验了其预测精度.结果表明:同一预测方法对开滦矿区不同变质程度煤的总吸附量预测准确度存在明显差异,理想吸附溶液理论法相对于扩展Langmuir方程法和数值分析法,其预测结果与实验值的拟合程度较好;理想吸附溶液理论对混合气体吸附预测的准确度取决于所预测的煤样煤质指标和煤样对纯气体的Langmuir等温吸附常数.在同样使用理想吸附溶液理论预测时,相对于低变质程度煤,中等变质程度煤的预测结果与实验值吻合程度更好.开滦矿区低变质程度林南仓矿11号煤预测的平均相对误差高到49.22%,所以还需对其进行混合气体的等温吸附实验,才能获得较准确的吸附特性参数.     

用常规黑油模型模拟煤层气开采过程

流体在煤层中的传输机理由两部分组成,气体在煤内表面解吸,并通过基岩和微孔隙扩散进入裂缝网络中。若岩块表面甲烷气体的释放速度比气,水相在煤层割理中的流动速度快得多,那么在模拟煤层气开采过程时,解吸动能可以不考虑,根据这个假设可认为：在给定压力下煤层吸附的甲烷气体量类似于相应压力下溶解在原油中的气体量,煤层中的朗格缪尔等温曲线可视为常规黑油油藏中的溶解气油比曲线。若将煤层表面的吸附气作为不流动油中溶解气来处理,那么可用常规黑油模型描述煤层气,而不需要对模型源码做会何修改,基于上述思路,用黑油模型模拟煤层气开采过程,并与用煤层气模拟软件（COMETPC）的计算结果进行了比较,趋势非常接近。     

Explosive limits of mixed gases containing CH4, CO and C2H4 in the goaf area

The explosive gases CO and C2H4, released mainly flammable gases during the process of coal self-ignition, are of the most important ingredients of the multi-component gases in goaf areas, along with CH4. We have determined some of the parameters of explosive properties of the one-component gases CH4, CO and C2H4 using an explosive trial device of polybasic explosive gas mixtures and emphasized particularly the effect on the limits of explosive concentration of the binary explosive mixed gases CH4+CO, CH4+C2H4, as a function of the amount of CO, C2H4 and inert flame resisting gases (N2, CO2). The experimental results show that the effect of inert gases on the explosive limits of mixed gases, given the property of explosive gas, is obvious: the inert gases (N2, CO2) possess some inhibitory effects on the explosion of the multi-component explosive gas mixtures. The results will provide some experimental support to suppress the occurrence of the gas explosions in goaf areas and provide some directions for designing explosion-proof electric equipment and fire arresters.     

Research on Permeability of Multiphase Medium of Middle to High-Rank Coals

1　 IntroductionCoal reservoir permeability is one of the keyfactors to restrict coalbed methane ( CBM) recoveryon the ground in China.Although some domesticscholars investigated single- phase permeability ofgas- saturated and water- saturated coal samples aim-ing atthe prevention of gas outburst or the preven-tion of smut by water injection[1-3 ] ,the research onrelative permeability of double- phase medium underconfining stress has not been reported.Butsome o-versea scholars,such as Gash (…