煤中甲烷等温吸附模型的研究

利用SPSS软件对Langmuir,Freundlich,Langrnuir-Freundlich,Toth,扩展Langmuir,BET,D—R,D—A等8个模型以及3个曲线回归方程对晋城和潞安二煤CH4吸附实验数据进行拟合,并分别检验了实验数据的拟合程度．结果表明：这些模型和方程对煤吸附CH4实验数据都拟合较好,模型或方程的参数越多拟合程度越高;Langmuir模型对煤吸附CH4等温线拟合程度并不很高,D—A提供了最好的拟合;3参数BET模型中的超临界饱和蒸气压可用经验公式估算．     

戊组煤层等温吸附规律初探

本文通过对十矿戊组煤层２９个煤样５５线等温吸附及工业分析有关数据的分析，以数据资料和图示，阐明煤层吸附瓦斯量随煤灰分及比重的变化趋势，给出了十戊组煤层吸附等温线模式，吸附常数及吸附方程。     

页岩甲烷高压等温吸附模型评价与改进

为确定合理的页岩甲烷高压等温吸附模型,以准确拟合实测过剩吸附量曲线,并计算其绝对吸附量曲线。选取常用的8种吸附公式及3种吸附相密度计算方法,分别组成高压等温吸附模型,并以过剩吸附量的拟合度R²、绝对吸附量校正的合理性、吸附相密度计算的合理性以及吸附理论选择的合理性为考核指标,分别采用333与363 K温度条件下共18组实测值对其进行定量评价。推导了吸附相密度关于压力与温度的函数,并组合使用Langmuir-Freundlich与Dubinin-Radushkevich吸附公式,构建了改进的高压等温吸附模型。结果表明:在3种吸附相密度计算方法中,拟合吸附相密度法最佳,该方法结合Langmuir-Freundlich或Dubinin-Radushkevich吸附公式构成的吸附模型最准确,其拟合过剩吸附量的R²平均值分别为0.998 3和0.997 8;给定吸附相密度法构成的吸附模型对过剩吸附量的拟合度较低;而过剩吸附量与气体密度曲线计算吸附相密度法的准确性较差。改进模型对18组实测过剩吸附量的拟合度R²平均值为0.996 9...     

高温高压下页岩气等温吸附线拟合模型优选

为研究贵州牛蹄塘组页岩气在高温高压下的吸附规律,利用高压气体等温吸附仪测定了50℃、60℃、80℃下CH_4、CO_2在页岩中的等温吸附线,采用符合吸附规律的吸附模型对等温吸附线进行拟合,并用平均相对误差评价拟合效果。研究表明:低压阶段,CH_4、CO_2等温吸附线呈阶段性递增,具有I型吸附曲线特征;通过分析具有物理意义模型拟合参数,揭示了页岩的吸附规律,饱和吸附量VL和微孔吸附量V0与温度呈负相关关系,与TOC含量呈正相关关系,吸附强度b值随温度升高而减小,其他拟合参数所反映的吸附规律存在一定的差异;对比评价了各模型的拟合效果,三参数模型拟合效果优于二参数模型,对CH_4拟合效果最优的是L-F模型,对CO_2拟合效果最优的是E-L模型。高压阶段,一元线性方程对CH_4、CO_2的拟合效果较好,CH_4、CO_2在页岩表面的吸附量与压力之间呈负相关关系。同时探讨了研究成果对页岩气开采及储量评估的重要影响,为页岩气开发提供理论依据。     

超临界甲烷等温吸附模型对构造煤的适用性研究

为探讨超临界条件下甲烷等温吸附模型对构造煤的适用性,以许疃矿为研究区采集样品,对相同煤级的5个煤样分别进行了空气干燥基和干燥无灰基甲烷等温吸附实验,以标准偏差为准分析了各模型的拟合效果。研究表明:模型对碎裂煤、片状煤甲烷超临界吸附拟合效果均较好,对揉皱煤、糜棱煤的拟合效果较差;D-R-3、D-A-1、D-A-2和D-A-3模型拟合效果较为理想,而BBET-1、D-R-1、D-R-2和F模型拟合效果较差。模型适用的压力范围及对p~0的处理、计算方法是影响超临界条件下模型适用性的重要因素。     

煤的等温吸附测试中数据处理问题研究

通过大量等温吸附实验数据分析,结合多口煤层气勘探试验井的实测气合量、储层压力等资料,分别进行了吸附相体积校正前后纯甲烷气体等温吸附曲线比较,认为不校正吸附相体积的等温吸附实验数据更符合实际情况．吸附相虽然客现存在,但被吸附状态存在的甲烷体积和以自由气体状态存在的甲烷体积相比,吸附相体积要小得多,校正后兰氏体积和兰氏压力比未校正值增加了30％-40％,严重偏离了真实情况．指出了使用校正公式存在的问题,提出了等温吸附实验数据处理方法．     

不同水分煤样吸附甲烷的极限吸附量预测

以大佛寺4#不粘煤样为研究对象,进行4#不粘煤空气干燥基样和平衡水分样等温吸附实验,计算吸附势和吸附空间,得出吸附特征曲线,以期预测大佛寺4#不粘煤层中煤层气资源/储量,验证吸附理论的可靠性。实验结果显示:对于同1种煤样,吸附势与环境温度无关系,煤中水分大小对吸附势影响较大;实验进一步证明煤-甲烷分子之间作用力主要为色散力,吸附过程为物理吸附;根据吸附特征曲线计算所得极限吸附量与常规Langmuir方程拟合所得结果十分相近,初步证明吸附特征曲线所得极限吸附量预测煤吸附甲烷最大能力、预测煤层气资源/储量是可行的方法。     

页岩气超临界吸附机理分析及等温吸附模型的建立

为认识页岩气吸附机理,抓住页岩气所处超临界态的特点,同时考虑页岩多尺度孔隙空间和黏土矿物与干酪根吸附能力的差异性,理论分析了页岩气超临界吸附机理,同时建立了DALangmuir等温吸附模型。分析表明:低压阶段,甲烷优先吸附在干酪根超微孔表面,以微孔充填形式吸附;高压阶段,甲烷以单分子层形式吸附在中孔和大孔表面。甲烷脱附优先发生在中孔和大孔表面,表现出"吸附滞后"现象。建立的吸附方程拟合结果的R2大于0.995。页岩气吸附方式因吸附剂吸附能力和孔径而异,吸附方式既有单分子层吸附也有微孔充填吸附。吸附滞后现象是吸附剂吸附能力差异性的集中体现。所建模型可反映黏土矿物与干酪根吸附能力的差异及不同孔径吸附状态的差异,模型参数物理意义明确,数据拟合精度较高。     

页岩对甲烷高温高压等温吸附的热力学特性

为了研究页岩在高温高压条件下对甲烷的吸附特性,采用高压等温吸附实验仪,分析了取自贵州岑巩地区天马1井的页岩对甲烷的吸附效果,并根据lausius-Clapeyron方程和Vant-Hoff方程求得甲烷吸附的等量吸附热和极限吸附热,从热力学角度分析甲烷在页岩上的吸附特性。研究结果表明:贵州岑巩地区天马1井页岩对甲烷的等温吸附曲线形态在不同温度条件下基本一致,都存在着明显的极值点;在低压阶段,等量吸附热随吸附量的增加而逐渐增加,平均吸附热为43.59 kJ/mol,表明可能发生了化学吸附;在高压阶段,等量吸附热随吸附量的减少而逐渐升高,表明随压力增加解吸更加困难;通过Vant-Hoff方程计算得到的极限吸附热为39.61 kJ/mol,表明天马1井页岩孔隙表面与甲烷气体之间的相互作用力较强。对于相互作用力较强的页岩,在页岩气开采过程中可以结合注入与页岩孔隙表面作用更强气体的方法来促进解吸,如CO2等气体。     

不同吸附模型对容量法、重量法测定页岩吸附等温曲线的拟合分析

采用容量法、重量法对随机选取的12个页岩样品在不同温度进行等温吸附测试。使用Freundlich,Langmuir,D-R,Langmuir-Freundlich,Double Langmuir,Toth等6种常用的单组分拟合模型对实验数据进行拟合,检验了实验数据的拟合程度。结果表明：综合考虑不同样品、温度、平衡压力及实验方法,拟合结果由好到差的顺序为：Langmuir-Freundlich,Double Langmuir,Toth,D-R,Freundlich,Langmuir。其中,Langmuir-Freundlich、双 Langmuir分别在平衡压力较高、较低的实验条件下拟合最为精确。     

煤层气吸附与解吸可逆性实验研究

以等温吸附与解吸实验为手段,通过对不同变质程度的煤进行吸附/解吸等温线的测定,探讨煤层气吸附与解吸可逆性.实验结果分析发现:低阶煤煤样吸附/解吸曲线出现了明显的滞后环,吸附和解吸过程所回归a(Langmuir体积)值相差比较大,说明吸附与解吸吻合性差,对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性;中、高级煤吸附与解吸等温线具有很好的重合性,吸附与解吸过程所回归的a(Langmuir体积)值也比较接近,对甲烷的吸附和解吸表现出可逆性.该现象的发现,为煤层气开采参数的确定具有一定的意义.     

基于吸附动力学理论分析水分对煤体吸附特性的影响

为了研究块裂煤体在不同储水状态下的吸附特性差异,选用潞安余吾煤矿的贫煤和阳煤开元煤矿的无烟煤并加工成Φ100 mm×150 mm的大块圆柱体煤样,保留了煤体原有的裂隙,基于吸附动力学理论,采用自主研制的吸附-注水成套实验系统,针对两煤种设计了6种不同含水率下的瓦斯吸附特性实验,并对同等初始条件下的定容吸附速率进行了研究。结果表明:水分作用下,对于相同初始压力下的定容吸附,1号和2号煤样干燥时的吸附速率分别是饱和含水时的16倍和22倍,吸附量分别是饱和含水时的5倍和32倍,通过孔隙测定结果,证实1号煤样具有更为发育的孔隙裂隙通道;关于终态吸附量随含水率的增加而降低的趋势,1号煤样是非线性的,但2号煤样呈现较好的线性衰减。     

考虑吸附滞后效应的煤层气藏物质平衡方程建立及应用

目前的煤层气藏物质平衡方程忽略了煤层气吸附-解吸实验中的吸附滞后现象,大多基于煤层气吸附与解吸过程完全可逆的认识所建立的,与实际煤层气藏的排水—降压—解吸开采过程明显不符,从而无法有效指导煤层气藏的开发规划决策或后续开发方案调整。基于煤层气的吸附滞后现象分析,提出了吸附滞后效应概念,进而建立考虑吸附滞后效应影响的煤层气藏物质平衡方程,并将其应用于某煤层气藏的原始地质储量、可采储量和采收率等评价指标预测。实例应用表明,采用物质平衡方法确定煤层气藏地质储量时,若忽略煤层气的吸附滞后效应,采用吸附等温曲线参数将可能会低估煤层气藏的地质储量值却高估采收率值,造成巨大的预测误差;与之相反,采用考虑吸附滞后效应的煤层气藏物质平衡方程确定的气藏地质储量值及平均含水饱和度变化值与实际值之间的误差较小,说明了所构建的煤层气藏物质平衡方程的有效性和正确性,可准确地评价煤层气藏的可采储量和采收率评价指标,对于煤层气藏后续开发规划实施和开发方案调整具有积极的指导作用。     

含氧煤层气在碳分子筛上的吸附动力学

为探究基于动力学分离效应的碳分子筛对含氧煤层气的吸附分离特性,对煤层气中CH4,N2,O2三种气体在两种商业碳分子筛（CMS-1,CMS-2）上的吸附动力学和平衡吸附特性开展了研究。结果表明：这两种碳分子筛对CH4的平衡吸附量均大于N2和O2,为甲烷选择性吸附剂;通过扩散模型的模拟和分析指出,采用分段微孔扩散模型能够很好地预测3种气体在碳分子筛上的动态吸附过程; CH4,N2,O2三种气体分别在Fc为0.5,0.6,0.7之前呈现较快的扩散速率,随后扩散速率明显变慢。CMS-1,CMS-2两种碳分子筛均存在动力学吸附特性和平衡分离特性相互抑制的现象,N2,O2与CH4的综合分离因子分别为5.84,18.75,4.20,16.82,表明这两种碳分子筛均具有较好的煤层气的脱氧浓缩性能。     

煤的分形维数及其对瓦斯吸附的影响

为了从分形的角度研究煤体性质对瓦斯吸附的影响,采用高压容量法测试了8种煤样的瓦斯吸附能力,并根据Langmuir方程拟合得到了表征煤样吸附能力的参数Langmuir体积和Langmuir压力。同时,根据液氮吸附实验,利用分形理论计算得到了煤样的分形维数,并研究了分形维数对瓦斯吸附的影响。研究结果表明：煤样在不同压力段时具有不同的吸附特性,因此具有不同的分形维数D1和D2。D1和D2对瓦斯吸附的影响作用不同,随着D1的增大,煤体吸附瓦斯的能力增强,而随着D2的增大,煤体吸附瓦斯的能力减弱,而且,D1对吸附能力的影响作用比D2强。随着D1的增大,Langmuir压力逐渐减小,煤样在低压段的吸附能力增强,煤体更容易吸附瓦斯,而D2对Langmuir压力无显著影响。     

纳米陶瓷电絮凝技术处理煤层气排水的实验研究

煤层气是一种重要的能源资源,但在开采过程中会产生大量的煤层气排水。为了有效处理煤层气排水中的大量有机物和无机盐等污染物,解决煤层气排水难以有效处理的问题,本研究提出了纳米陶瓷电絮凝技术深度处理煤层气排水的方法。试验结果表明:当电解时间60min,极板间距12mm,电流密度9mA/cm~2,极板对数2对和抽吸泵出口压力为0.08MPa时,该工艺处理后的COD、SS、全盐量、Fe和石油类等污染物指标均可满足《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅴ类水体标准。     

低浓度煤层气吸附干燥装置布气系统数值模拟研究

以吸附干燥装置气体均匀分布为出发点,基于流体力学相关理论建立数学模型,对低浓度煤层气吸附干燥装置布气系统进行数值模拟研究,提出了吸附塔内布气系统的优化方法。通过计算发现,对于实际应用中的圆柱干燥塔,由于进气管与塔体连接处结构设计欠佳,轴向气流分配不均非常严重,气流速度的绝对不均匀系数为1.028;在吸附塔内安装孔板型布气系统,挡板上小孔整体排列,孔径均为3.0 mm,气流速度的绝对不均匀系数由1.028下降到0.321,均匀性得到改善;将布气系统挡板中心的孔径减小到1.5 mm,将靠近壁面的孔径增大到4.5 mm,再将小孔按正三角形排列,气流速度的绝对不均匀系数进一步降为0.101,气流分布更加均匀。     

低浓度煤层气吸附过程的模拟

采用Aspen Adsorption软件对CH4 和N2 分别为30%和70%低浓度煤层气的吸附过程进行模拟,得到吸附柱出口CH4 和N2 浓度随时间的变化关系和吸附柱轴向负载分布,考察压力、温度和传质系数对甲烷吸附过程和穿透曲线的影响。研究结果表明：对甲烷出口浓度的模拟值与实验值基本吻合,甲烷在吸附时间3 000 s时达到饱和,吸附量为6.75×10 -4 kmol/kg,约为氮气吸附量的2倍;甲烷穿透曲线随压力的增大后移,从100~500 kPa的穿透时间从392 s延至2 187 s。温度在273~323 K甲烷的穿透曲线基本不变;传质系数远小于1.000 s -1 时对吸附性能影响较大,传质系数为0.001 s -1 时的穿透时间约为0.010 s -1 时的两倍,但其大于1.000 s -1 后对穿透曲线几乎没有影响。     

Prediction on adsorption ratio of carbon dioxide to methane on coals with multiple linear regression

The multiple linear regression equations for adsorption ratio of CO2/CH4 and its coal quality indexes were built with SPSS software on basis of existing coal quality data and its adsorption amount of CO2 and OH4. The regression equations built were tested with data collected from some s, and the influences of coal quality indexes on adsorption ratio of CO2/CH4 were studied with investigation of regression equations. The study results show that the regression equation for adsorption ratio of CO2/CH4 and volatile matter, ash and moisture in coal can be obtained with multiple linear regression analysis, that the influence of same coal quality index with the degree of metamorphosis or influence of coal quality indexes for same coal rank on adsorption ratio is not consistent.     

平衡水分条件下煤对甲烷的等温吸附特性研究

通过对近几年来采自不同地区,各种煤级１４０个煤样的平衡水分,等温吸附特性,煤岩组成和煤质的综合研究,揭示他煤在平衡水分条件下等温吸附特性的变化规律,探讨了其影响因素。结果表明,煤的等温吸附特性主要受煤级影响,随着煤级增高,表征煤最大吸附能力的兰米尔体积逐渐增大,这一变化规律与以前对于煤样的研究结果明显不同;