煤的元素分析对煤层吸附CO的影响研究

实验测定了煤的元素分析数据及其30℃、不同压力下煤对CO的等温吸附数据.试验结果表明,煤对CO的吸附等温线可用Langmuir方程表示.当压力较低时,C/H与吸附量呈直线关系,随着C/H的增加而增加;随着压力的升高,C/H与煤对CO吸附量之间呈凹形曲线关系,压力越高离散度越大.氧元素的含量对煤层吸附CO气体的能力有较大影响.对于变质程度相当的煤样,O元素含量越高,煤层赋存CO的量越大.     

高温热效应对煤孔隙结构及其吸附特性的影响

通过对水浴处理温度为40、60、80℃的原煤样进行压汞实验以及30℃煤的高压等温吸附试验,探究热效应对煤的孔隙结构及其吸附特性影响。实验结果表明:随着水浴温度的升高,煤的孔容、比表面积和孔隙度呈现上升趋势,但各个孔隙所占的孔容比却变化不一,煤体在60～80℃温度区间孔隙度随温度的增长速度也远远大于40～60℃区间;煤样水浴处理的温度越高,到达吸附极值所需的平衡瓦斯压力越大;等温吸附常数a值亦随水浴温度的升高而增加,且60～80℃水浴温度段a值增加量要低于40～60℃温度段。     

不同煤阶煤孔隙结构分形表征及其对甲烷吸附特性的影响

煤储层中孔隙结构的发育程度决定了煤体瓦斯的吸附性能,通过低温液氮吸附实验测试了长焰煤、焦煤和无烟煤3种不同变质程度煤样的孔隙结构;基于分形理论对孔隙结构进行了量化表征,并结合煤的甲烷等温吸附实验,深入分析了不同变质程度煤孔隙结构对甲烷吸附特性的影响。结果显示：变质程度与孔隙分形维数D₁呈现出“浴盆式”变化规律,与分形维数D₂符合线性负相关关系;而煤样的微孔比表面积和孔容均与吸附常数a呈正相关关系,即微孔比表面积和孔容越大,煤的吸附能力越强;随着孔隙分形维数D₁的增加,吸附常数a呈现出近似线性增长趋势,煤体孔隙结构越不光滑,比表面积也会越大,从而使得煤的甲烷极限吸附量也会有所升高。     

煤吸附甲烷的温度-压力综合吸附模型

选取暗褐煤、气煤、焦煤、贫煤、无烟煤和超变无烟煤等有代表性煤阶的系列煤样,进行了20,30,40,50 ℃等不同温度下的高压等温吸附试验;应用吸附势理论,研究了煤的甲烷吸附特征曲线的形态特点,推导出新的煤吸附甲烷的温度-压力综合吸附模型,并给出了模型中特征常数的求取方法;利用大量高压等温吸附试验数据对该模型的预测结果进行了验证,并且与兰米尔(Langmuir)等温吸附模型进行了比较.结果表明,该模型的预测结果与吸附试验数据非常吻合,平均相对偏差小于5%,说明该模型能够很好地描述温度和压力共同作用下,包括特低煤阶的暗褐煤和特高煤阶的超无烟煤在内的全部煤阶的煤对甲烷的吸附特性;比兰米尔(Langmuir)等温吸附模型的功能更强,适用范围更宽.      

高低温环境下煤对瓦斯的吸附平衡及热力学研究

在高低温环境下测定了3种变质程度煤的瓦斯吸附等温线,并通过Sips模型进行拟合,同时对瓦斯吸附的焓变、吸附自由能和熵变等热力学参数进行计算分析,研究结果表明:随环境温度降低,煤表面吸附均一性的γ值线性减小,即吸附不均一性增强;吸附焓变(ΔH)为负值,表明吸附是放热的,且焓变随着温度降低线性减小;不同变质程度煤的焓变—温度线交于温度为0℃(273.15 K)的点;吸附自由能(ΔG)为负值,表明甲烷在煤上的吸附过程为自发过程;随环境温度降低,熵变(ΔS)越大,吸附过程越容易进行,瓦斯吸附量也越大。     

基于Ono-Kondo格子模型的深部煤储层CH4吸附特征研究

为更准确研究深部煤储层煤层气的吸附特征,了解温度、压力、水等因素对煤层吸附CH4的影响,基于等温吸附实验,采用简化的Ono-Kondo格子模型的拟合方法,精确描述了4种煤级煤在不同温压条件下与不同流体作用前后的CH4等温吸附曲线。结果表明:压力会对CH4的吸附产生正效应,温度会对CH4的吸附产生负效应;压力越大,吸附量受温度影响程度越大;水分会降低煤对CH4的最大吸附容量,不利于CH4吸附;超临界CO2萃取作用,能够增大煤的微孔比表面积和孔体积,从而提高煤层CH4的最大吸附量;CH4的最大吸附量随煤级的变化呈现出"U"型关系。     

煤的高压等温吸附试验恒温系统误差分析与修正方法

煤的高压等温吸附试验是运用现代实验设备模拟煤层原始储存温度进行平衡压力点的吸附研究。但在模拟煤层存储温度的恒温系统具有0.3℃的波动性,温度的不稳定导致压力监测系统监测出的压力出现倒V型的周期波动变化,导致最终试验结果的系统误差。依据煤的高压等温吸附试验标准方法,建立了测试恒温系统和压力传感器的误差验证试验,并根据在淮南矿区丁集矿11-3#煤层取样的吸附试验结果进行分析,验证压力监控系统对煤的高压等温吸附试验所产生的误差范围。     

基于晶格理论模型煤的瓦斯吸附性能预测

采用瓦斯吸附试验测试系统,在303、293 K对气肥煤、贫煤和无烟煤等进行瓦斯等温吸附试验,并基于晶格理论模型和某一温度下煤的吸附试验为依据,开展不同温度下煤的瓦斯吸附规律预测。结果表明:不同变质程度煤中游离瓦斯摩尔密度与吸附量存在线性关系。与瓦斯吸附等温线的实测结果相比,采用晶格理论模型预测得到不同变质程度煤的等温吸附曲线无论是趋势还是定量结果均十分吻合,相对误差均不超过3.8%。     

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。     

不同煤体结构煤的吸附性能及其孔隙结构特征

煤的吸附能力是决定煤层含气量的重要参数。采用沁水盆地东南部赵庄井田二叠系山西组3号煤4个不同煤体结构的高煤阶煤样,通过等温吸附试验分析了不同煤体结构煤样在不同温度和压力下的吸附性能;同时对不同煤体结构煤样进行了低温液氮吸附实验,分析了不同煤体结构煤的孔隙结构特征,从煤体孔隙结构层面分析了不同煤体结构煤的吸附控制机理。结果表明：煤样升压吸附符合Langmuir等温吸附方程,饱和吸附量随煤体破坏程度的增加而增高,随着温度的增高而降低。随着煤体破坏程度的增高,孔容和比表面积也相应增大,孔容主要由中孔贡献,比表面积主要由微孔贡献,糜棱煤的孔容和比表面积在不同孔径阶段均最大,其次为碎粒煤、碎裂煤和原生结构煤;低温液氮吸附实验结果与等温吸附试验反映一致规律,这些说明,在同一地质条件下,煤体结构破坏越严重的地区煤层含气量越高。