含水煤岩超临界等温吸附模型的对比分析

甲烷在煤层中的吸附多为含水条件下的超临界吸附。为了对比分析含水和超临界条件下经典吸附模型的适用性和准确性,开展了不同温度和不同含水率下煤层气的吸附实验,并分别采用Langmuir模型、Dubinin-Radushkevich(D-R)模型、Dubinin-Astakhov(D-A)模型,以及考虑了煤层气溶解及煤岩膨胀的改进Langmuir+k模型、Dubinin-Radushkevich+k(D-R+k)模型、Dubinin-Astakhov+k(D-A+k)模型对含水煤岩的吸附数据进行了拟合及对比分析,并讨论了水分和温度对煤岩超临界吸附的综合影响。结果表明:Langmuir模型、D-R模型和D-A模型在中压和高压下与实测结果偏差较大,均方根误差介于0.01～0.06。而考虑溶解气及煤岩膨胀等因素的改进吸附模型具有更高的拟合精度,其中D-A+k模型最适用于描述含水煤岩的超临界吸附,拟合误差最小,拟合精度最高,其均方根误差介于0.002～0.009。不同温度下含水煤岩的饱和吸附量均随含水率的增加出现不同程度的降低,当含水率增加至某一值后甲烷吸附量趋于稳定。在30和60℃下当煤岩含水率由0...     

不同温度条件下煤中甲烷解吸特性的实验研究

实验研究了不同温度条件下煤中甲烷的解吸特性,结果表明:在相同温度和气压条件下,煤中甲烷的初始解吸速度较快,随着时间的增加,解吸速度慢慢减小,最后达到解吸平衡;煤中甲烷的最终解吸量随温度的增加而增大,煤对甲烷的吸附能力降低。甲烷的解吸动力学规律能用经验公式、扩散模型、渗流模型来描述,且扩散模型能较好地描述甲烷气体的解吸特性;经验公式中参数α、扩散模型与渗流模型中参数Qd∞随温度的增加而增大,扩散模型中参数B与渗流模型中参数b随温度的增加而减小,经验公式中参数β与温度变化无规律性。     

不同含水率条件下软煤等温吸附特性及膨胀变形特性

为研究水分对煤等温吸附特性及膨胀变形特性的影响,以软煤为研究对象,采用煤层瓦斯吸附解吸变形动态测试装置开展了不同含水率条件下煤吸附瓦斯过程中的吸附量与膨胀变形量同步测试实验,分析了水分对煤等温吸附特征和膨胀变形特征的影响,探讨了吸附膨胀变形量与吸附量的关系。结果表明,水分的存在抑制煤的吸附膨胀变形,煤样含水率由0增大到3.13%,极限吸附膨胀变形量由10.185×10^-3线性减小到4.262×10^-3,减小幅度为58.15%;而随着含水率的增加,饱和吸附量先减小后增加,含水率为1%左右时饱和吸附量达最小值。不同含水率煤样的吸附膨胀变形量与吸附量关系并不呈现单一规律:0～0.75%含水率的煤样含水率低,游离态瓦斯对煤膨胀变形整体表现为促进作用,煤样在吸附量达到饱和后仍能随瓦斯压力的增大继续产生膨胀变形,吸附膨胀变形量与吸附量呈抛物线拟合关系;煤样含水率增大到1.42%～1.66%时,水的软化作用和堵塞作用导致游离态瓦斯对煤基质的压缩作用产生的压缩变形量与对微裂隙的扩容作用产生的膨胀变形量抵消,吸附膨胀变形量达到极限值所需瓦斯压力与吸附量达到饱和...     

不同含水及负压条件下煤层气等温吸附解吸规律

为了探究水分含量和负压对煤层气等温吸附、解吸特征的影响,采用大样量煤层气吸附/解吸仿真试验设备对鄂尔多斯盆地东缘北部煤矿煤样进行煤层气常规等温吸附解吸过程和负压解吸过程的实验室模拟,通过将煤样进行处理得到干燥煤样、平衡水煤样、饱和水煤样3种不同含水饱和度煤样,分别对其进行等温吸附测试、常规等温解吸测试和负压解吸测试,得到了煤样在不同含水饱和度、不同负压条件下的压力与吸附量实测数据,并采用不同的吸附/解吸方程式进行拟合。通过对比分析,研究了水分对等温吸附过程、解吸过程以及负压对解吸过程的影响,并从分子间作用力的角度解释了水分对等温吸附解吸过程的影响。结果表明:煤样解吸过程与吸附过程不可逆,存在解吸滞后;由于水分子与煤分子间的作用力大于甲烷分子与煤分子间的作用力,水分在与甲烷的竞争吸附中具有优势,煤样含水率越高,其吸附甲烷的能力越低;煤样含水率较低时,含水对煤岩降压解吸影响不明显;当煤样含水率高于某一值时,外来水分抑制煤层气降压解吸,分析认为这可能与煤样的物质组成和煤分子结构有关;由于水分对甲烷的置换解吸作用,若水力压裂过程中压裂液滤失严重,将降低煤层吸附气量,延长排水降压阶段,减少累计产气量,因此应严格控制压裂液滤失;负压解吸阶段,单位压降引起的解吸量更大,说明负压排采增产措施具有潜力。     

不同温度条件下煤层气等温吸附试验研究

为了研究不同温度下煤层气吸附规律,依据高温容量法对煤样进行一系列等温吸附试验,由BET多层吸附理论将得到的实际吸附体积换算为最大单层饱和吸附气体体积,在Langmuir单分子层吸附模型上处理数据,得到两种煤样的定容吸附曲线、等温吸附曲线和Langmuir常数a、b分别与温度的拟合曲线。结果表明:1)在低温低压区煤与甲烷气体的吸附是单分子层的,且单层吸附尚未饱和,随着温度和压力逐渐变大,易发生多层吸附;2)Langmuir常数a表征煤体的吸附能力,随着温度升高,因煤体比表面积不断增大,a值缓慢增大;3)Langmuir常数b随温度升高下降趋势明显,说明温度对解吸的促进作用更加明显。     

不同水分条件下煤吸附甲烷模型的探讨

采用人为加湿煤样的方法,研究了Langmuir、BET、D-R及Freundlich等4个模型在不同水分条件下吸附甲烷的特性。结果表明:随着水分的增加,表征饱合吸附量的4个模型的特征参数值均减少;不同水分条件下,Langmuir模型拟合煤吸附甲烷等温线精度最高,D-R次之,BET模型最差;高压条件下,BET模型不适于描述不同水分含量煤样的等温吸附过程。     

考虑多因素的页岩气吸附模型——以川东南五峰组—龙马溪组页岩为例

甲烷在页岩中的吸附同时受页岩本体物理性质和外部储存条件的综合影响,为了建立考虑多种因素影响的页岩气吸附模型,以川东南五峰组—龙马溪组页岩为例,开展了不同总有机碳含量(TOC含量)的页岩在多个不同温度、不同含水率下对甲烷的吸附实验,采用Langmuir吸附模型对吸附数据进行了拟合,分析了饱和吸附量及Langmuir压力分别与温度、TOC含量及含水率的定量关系,最终建立了考虑温度、压力、TOC含量及含水率综合影响的多因素页岩气吸附模型,并通过与实测吸附数据对比验证了该模型的准确性。结果表明:Langmuir模型能很好的拟合五峰组—龙马溪组页岩在不同特定条件下的吸附数据,拟合精度较高,决定系数R²介于0.972 8～0.998 2。饱和吸附量与TOC含量呈正线性相关,与温度及含水率呈线性负相关。Langmuir压力与TOC含量呈线性负相关,与温度及含水率呈线性正相关。30℃下TOC含量为4.17%的页岩干样吸附量比TOC含量为2.95%的页岩干样吸附量高约39%。当温度由30℃增至80℃时,TOC含量为4.17%的页岩干样其饱和吸附量降低约30.6%。对于TOC含量为3...     

超声波激励下煤层气解吸扩散特性的研究

为了揭示超声波强化煤层气高效抽采的机理,自主研发了可控超声波激励煤吸附/解吸甲烷试验装置,试验研究了不同功率的超声波激励下煤中甲烷的解吸规律,结果表明:不加超声波和超声波激励下煤中甲烷的解吸动力学规律相同,在煤中的甲烷解吸全过程中,甲烷的初始解吸速度较大,随着时间的缓慢增加,解吸速度逐渐减小,最终趋于0,且解吸规律能很好地遵循扩散模型;超声波作用下煤中甲烷解吸量增大,且超声波功率越大,解吸量增幅增加,解吸量增加26.1%～65.6%;基于传热传质学理论,超声波激励下煤的传质毕欧准数减小,扩散系数增大,表明超声波能促进甲烷解吸、扩散。     

声场作用下煤中甲烷解吸扩散的特性

为了深入研究超声波的机械振动效应、热效应、空化效应提高煤层气抽采率的机理,研制了可控声场作用下甲烷吸附、解吸试验系统。实验研究了不同频率的超声波、不同声强的声波作用下煤中甲烷的解吸特性,得出：不加声场与声场作用下煤中甲烷的解吸动力学特性一致,甲烷解吸全过程中,初始解吸速度较快,随时间的增加,解吸速度越来越慢,最终趋于0;声场作用下甲烷的解吸量增加了20%～90%,且解吸量随声强的增大而增大;煤中甲烷的扩散规律可用单一扩散模型描述,声场作用下传质毕欧准数减小,扩散系数增大,表明声场作用使煤体内部扩散阻力减小,传质速度加快,扩散能力增强,有利于煤中甲烷的解吸、扩散。     

构造煤煤层气解吸阶段分析及最大瞬时解吸量计算

为了探求构造煤煤层气解吸阶段瞬时特征,选取平顶山五矿的构造煤和原生结构煤,分别在20、30、40℃下进行了甲烷等温吸附/解吸试验,以试验结果为基础构建了基于兰氏方程曲率的煤层气解吸阶段模型,并依据此模型分析了构造煤煤层气解吸阶段,探讨了构造煤煤层气最大瞬时解吸量.结果表明:随温度的逐渐升高和煤体破坏程度的增大,原生结构煤和构造煤的低效解吸阶段、缓慢解吸阶段、高效解吸阶段及敏感解吸阶段总体向低压方向偏移,启动压力、转折压力和敏感压力表现出减小趋势,相比原生结构煤,构造煤的大部分启动压力和转折压力更低,整个解吸阶段具有更明显的向低压偏移的特征;较大的兰氏体积使得高效解吸和敏感解吸阶段前移;同时,随着温度的升高,原生结构煤和构造煤的煤层气最大瞬时解吸量呈减小趋势.     

斜发沸石处理模拟含铯放射性废水研究

用CsNO₃配制成模拟含铯放射性废水,以新疆某地产斜发沸石为吸附剂,进行了Cs⁺的吸附和解吸试验,并探讨了等温吸附模式及解吸动力学行为。结果表明：斜发沸石对Cs⁺的吸附在16 h时达到平衡,其饱和吸附量为196.99 mg/g,等温吸附模式为Langmuir模式;10 g/L斜发沸石用量下,要保证Cs⁺的去除率达到97%以上,水中Cs⁺浓度不宜超过664.55 mg/L;斜发沸石上Cs⁺的解吸动力学行为适合用指数模型描述,理论上,要使饱和吸附的Cs⁺完全解吸,耗时将长达约99 d,显示出斜发沸石很强的固铯能力。     

力热耦合作用下煤岩吸附及渗透特性的试验研究

利用等温吸附试验仪器与含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为模拟深部煤层瓦斯开采过程,分别进行不同温度下等温吸附试验与孔隙压力升高的渗流试验,建立考虑过剩吸附量修正的吸附模型并修正吸附膨胀模型,探究力热耦合作用下煤岩吸附与渗流变化规律。结果表明:瓦斯吸附量在不同温度下随瓦斯压力升高均呈增大趋势,随温度升高吸附量逐渐降低。在高压下需考虑过剩吸附量造成的误差,修正的Langmuir模型比原模型计算结果精度更高;建立了考虑温度与过剩吸附量修正的吸附变形模型与吸附膨胀模型,煤岩吸附应变随孔隙压力升高而减小,且温度越高应变变化量越小。随孔隙压力升高,煤岩渗透率及吸附膨胀与滑脱效应导致的渗透率变化量均呈下降的趋势,且随温度升高3者逐渐增加;吸附膨胀是引起煤岩渗透率减小的主要因素,吸附膨胀与滑脱效应对渗透率的贡献率随孔隙压力升高逐渐下降,其贡献率均随温度升高逐渐增加。     

储层温度下甲烷的吸附特征

通过对煤样处理,用低温氮气吸附法对其进行表征,采用自行研制的吸附装置,在不同温度（25,40,55 ℃）、不同压力(0~3.5 MPa)下进行甲烷吸附实验,以研究储层温度下甲烷在不同孔结构煤样上的吸附特征。采用Langmuir方程对数据拟合,得出孔结构的变化对甲烷吸附起着重要作用。处理后煤样的比表面积、孔容和微孔含量增加,导致煤样甲烷吸附量变大;随着吸附温度的升高,甲烷吸附量变小,压力越大这种变化趋势越明显;Langmuir饱和吸附量随温度的增大而减小。选用Polanyi吸附势理论拟合数据,结果表明：对于同一吸附体系,吸附特性曲线是惟一的,与吸附温度无关。处理后煤样的吸附势和吸附量增加,由此可见孔结构是吸附性能变化的重要影响因素。     

氧化石墨烯的制备及其对黄药的吸附行为研究

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪及拉曼光谱仪分别对GO进行了表征;以其为吸附材料,探究了GO对正戊基黄药、正丁基黄药和乙基黄药在不同温度条件下的吸附行为。研究结果表明,GO对黄药的吸附符合Langmuir等温吸附模型,提高温度有利于GO对黄药的吸附,该吸附过程为可自发完成,属物理吸附。随着黄药碳链的增长,GO对黄药的饱和吸附量呈递增趋势,且吸附更容易发生。     

西南典型矿区煤等温吸附/解吸影响因素研究

为了探讨煤质、变质程度、变形程度、实验温度、压力等因素对煤吸附/解吸性能的影响,系统采集了西南典型矿区煤样,进行了煤岩测试、工业分析和等温吸附/解吸实验。结果表明：中变质阶段,煤的吸附能力与变质程度呈正相关,高变质阶段呈负相关,Ro,max在3%左右吸附能力最强|煤的吸附能力与镜质组含量呈正相关,与惰质组含量呈负相关|低-特高固定碳阶段,煤的吸附能力与固定碳含量呈正相关关系,水分、挥发分的存在降低了煤的吸附能力|变形程度越高,吸附/解吸能力越强|温度升高,煤吸附量下降,解吸率增高。压力升高吸附量增大,解吸率下降。     

T-42树脂对沉钒废水中氨氮的动态吸附及解吸研究

为了了解T-42树脂吸附沉钒废水中氨氮的效果及其再生性能，研究了离子交换柱高径比、初始氨氮浓度和串联级数对吸附效果的影响，分析了等温吸附模型。此外，还研究了解吸过程中解吸剂的种类、流速、解吸剂溶液浓度对氨氮解吸效果的影响。结果表明：①当废水的流速为9 mL/min，柱高径比为21.0时，T-42树脂对氨氮的吸附效果较好，穿透点吸附量为21.91 mg/g，吸附终点吸附量为34.31 mg/g；随着初始氨氮浓度的升高，吸附量升高，处理废水量降低；氨氮浓度为1 999.56 mg/L的废水经2级串联吸附后达到一级标准（≤10 mg/L）。②T-42树脂吸附氨氮符合Langmuir等温吸附模型，吸附过程为单分子层化学吸附，在15、25、35 ℃下T-42树脂对氨氮的理论饱和吸附量分别为36.845 9、38.550 5、40.617 4 mg/g，温度升高有利于树脂的吸附。③在解吸剂硫酸溶液体积浓度为18%，流速为3 mL/min，解吸剂溶液用量为2.67个床层体积时，对吸附饱和的树脂上氨氮的解吸率大于99%。T-42树脂可以有效地去除废水中的氨氮，并且硫酸可以对吸附氨氮后的树脂进行解吸再生。     

考虑含水率影响的煤岩变形及渗透率模型

煤矿开采深度不断增加,煤层瓦斯含量升高导致动力灾害逐渐增多,给煤矿安全开采带来严峻考验。对于瓦斯在煤层中流动的研究一直以来都备受关注,其中渗透率正是影响煤层中瓦斯流动的关键参数之一。因此,为准确模拟开采环境变化导致的煤岩变形及渗透特性变化,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同含水条件下孔隙压力升高过程中煤岩渗透特性的试验研究,建立考虑含水率的吸附方程和吸附-渗透率模型,探讨含水率和孔隙压力共同作用对煤岩变形及渗透特性的影响。研究结果表明:①孔隙压力升高过程中,径向应变及轴向应变随孔隙压力的升高均呈降低趋势,瓦斯流量的变化呈上升趋势,煤基质由于吸附瓦斯产生膨胀变形,体积应变逐渐减小。②当含水率恒定时,随着孔隙压力的升高,瓦斯吸附量随孔隙压力增大先增大而后趋于平缓,产生的吸附变形的变化趋势与其相同;当孔隙压力恒定时,煤岩的吸附量和吸附变形均随着含水率的增大而减小。③在恒定含水率条件下,煤岩渗透率曲线随孔隙压力的升高先减小后趋于平缓;而在相同的孔隙压力条件下,随含水率的增加,煤岩渗透率整体逐渐减小,而且含水率越大孔隙压力对渗透率的影响越弱,水分子对渗透率的影响越强。④构建了考虑含水率的吸附量计算方程,并在此基础上进一步构建考虑含水率煤岩吸附-渗透率模型,其中所计算的渗透率值与试验所测结果基本一致,反映了煤岩渗透率变化规律。     

山西古交矿区马兰煤矿肥煤注水后煤体吸附膨胀行为

基于不同压力,室温下对山西古交矿区马兰煤矿的煤样进行注水及吸附膨胀实验,分析了煤体吸附膨胀规律和气、水介质对其的控制机理.研究发现：不同含水率的煤样吸附后,煤体的应变参数随着压力的变化均呈现类似于Langumir等温吸附曲线的变化规律,且平行于层理方向的应变大于垂直于层理方向的应变;气、水介质从不同的侧面对煤体的吸附应变特征进行影响,煤样中注入的气量越大,产生的膨胀能越大,变形程度也越大;水分的存在,使得气体吸附量减小,煤体吸附气体后产生的应变减小.     

石棉尾矿酸浸渣对废水中Zn2+的吸附性能研究

石棉尾矿酸浸渣经煅烧提纯处理,对废水中Zn2 有较好的吸附性能.一定范围内,增加酸浸渣用量、延长吸附作用时间、升高吸附温度、提高pH值,均可改善对Zn2 的吸附去除效果,其中pH值是影响吸附的主要因素.酸浸渣对废水中Zn2 的等温吸附,符合Langmuir模型,为化学吸附.