煤层气吸附/解吸分馏的从头计算研究

根据13CH4与12CH4在煤表面吸附势能的差异性合理解释煤层气吸附/解吸过程中的碳同位素分馏效应,为煤层气运移聚集过程的预测提供了有效途径.根据已建立的甲烷在煤表面的吸附模型,采用量子化学从头计算的方法计算煤表面甲烷吸附势能,绘制煤吸附甲烷的势能曲线,发现13CH4在煤表面的吸附势能普遍高于12CH4,也就是说13CH4与12CH4相比具有优先吸附、滞后解吸的特点.这一研究结果与Polanyi吸附势理论的研究结果一致.从而合理解释了煤层气解吸过程中发现的先解吸δ12C甲烷、后解吸δ13C甲烷的现象,也解释了煤层甲烷碳同位素深部重、浅部轻的地质现象;同时计算结果还表明,甲烷在煤表面是以单分子层吸附的.     

煤体变形对CH4吸附/解吸特性的影响

煤体变形存在于煤层气开采的整个过程中,其对气体的吸附/解吸有着重要的影响,它们之间的关系更是影响到煤层气的产量。采用分子模拟软件Materials Studio(MS)对赵庄3#煤模型进行了不同应变下CH4的等温吸附分子模拟,根据模拟结果给出了煤体变形与CH4吸附/解吸量之间的关系式,并对此关系式进行了误差分析,结果表明此关系式能够满足工程要求。     

煤的原子分子结构及吸附甲烷机理研究进展

总结了煤的原子径向分布与微晶结构、稠环芳烃的电子光谱规律与煤的颜色间的关系、煤与CH4分子的相互作用、无烟煤及其炭化样吸附／解吸甲烷的热力学和动力学过程等内容的研究与发展，结果表明：(1)低阶煤的微晶参数d002，Ic和Ia随含碳量呈阶段性变化，其微晶结构特征与纤维素的结构有关，并可用煤化度p定量描述煤化过程中煤的微晶结构变化。(2)煤中存在13个苯环以上稠环芳香结构单元，(3)甲烷分子与煤表面的相互作用各向异性，最大作用势(吸附势)为2．65kJ／mol，旋转势垒为1．34kJ／mol，预计吸附振动光谱的跃迁基频为53cm^-1。(4)煤对甲烷的饱和吸附量几乎不随温度变化，炭化样与活性炭的饱和吸附量则随温度的降低而线性增大；从煤制备的炭化样，以及活性炭的吸附热都接近甲烷液化热，而煤的吸附热则高出近一倍。(5)煤层(粒)吸附解吸甲烷的动力学过程可用通用的一级组合模型和实用的吸附(解吸)扩散控制模型来描述，其三常数动力学公式中的初始吸附(解吸)率Q0／Qmax可作为煤与瓦斯突出预测指标。(6)甲烷在无烟煤中的扩散系统为～10^-10cm^2／s，扩散活化能为14．3kJ／mol；甲烷在煤中的扩散实为通过微孔的流动。     

浅谈勘探开发中煤储层损害机理及保护措施

煤层气是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气,主要成分为甲烷在煤矿中又俗称瓦斯。我国煤层储层具有低渗透率、低压力和低含水饱和度的三低特点。煤层气的吸附保存方式和煤层裂隙的特殊性决定了煤层气在钻完井、开采过程中首先要解决保护煤储层,以免伤害储层,其次要最大限度地扩大解吸范围,才能实现经济开采煤层气资源。本文首先对煤层气储层特征进行了的介绍,然后根据煤储层的特点列出了煤层气勘探开发过程中对储层造成的各种伤害,最后提出了一系列保护煤储层的措施。     

煤层气成藏机理研究进展综述

煤层气是贮存于煤层及其邻近围岩之中的一种自生自储式非常规天然气,其成藏机理包括煤层气从生成、赋存到运聚成藏的整个过程。本文是在大量调研国内外前人研究成果的基础上,简要介绍了煤层气成藏机理的研究历史;系统的总结和分析了煤层气在生成、赋存、运移机理方面的研究现状及研究进展;指出了煤层气研究方面目前存在的问题以及未来的发展趋势,为系统地开展煤层气成藏机理研究,建立符合我国地质条件的煤层气基础理论提供参考。     

中国石油煤层气实验室再获两项国家专利

中国石油煤层气实验室快速解吸仪和煤异常热变模拟装置两台仪器获两项国家授予的2007年度实用新型专利证书，专利号分别为279411和279401.这是该实验室继2005年煤层气成藏模拟试验装置获得国家发明专利（专利号 200410074732.1）和实用新型专利（专利号 200420093572.0）之后     

煤分子结构对煤层气吸附与扩散行为的影响

对煤的芳香单元延展度、芳香单元堆砌层数以及包括不同缺陷和含氧官能团类型的表面结构对煤层气吸附与扩散的影响进行了研究。采用Monte Carlo模拟方法及分子动力学模拟方法分别得到了煤层气的吸附量与扩散系数,模拟温度为303 K,压力为10 MPa。研究结果表明,单位质量的煤对甲烷的吸附量随着芳香单元堆砌层数的增加而降低,缺陷和含氧官能团的存在不利于甲烷的吸附。甲烷的扩散随着芳香单元延展度的增加呈现出一个N形的复杂变化过程,单缺陷和羰基的存在有利于煤层气的扩散,煤结构中大的裂隙更有利于煤层气的扩散。最后,基于煤层气的微观影响因素和宏观运移行为提出了煤颗粒径向不均质的煤层气扩散微观模型。     

煤分子结构对煤层气吸附与扩散行为的影响

对煤的芳香单元延展度、芳香单元堆砌层数以及包括不同缺陷和含氧官能团类型的表面结构对煤层气吸附与扩散的影响进行了研究。采用Monte Carlo模拟方法及分子动力学模拟方法分别得到了煤层气的吸附量与扩散系数,模拟温度为303 K,压力为10 MPa。研究结果表明,单位质量的煤对甲烷的吸附量随着芳香单元堆砌层数的增加而降低,缺陷和含氧官能团的存在不利于甲烷的吸附。甲烷的扩散随着芳香单元延展度的增加呈现出一个N形的复杂变化过程,单缺陷和羰基的存在有利于煤层气的扩散,煤结构中大的裂隙更有利于煤层气的扩散。最后,基于煤层气的微观影响因素和宏观运移行为提出了煤颗粒径向不均质的煤层气扩散微观模型。     

利用微生物促进煤层间CO2甲烷化的新方法

为了在提高煤层气采收率的同时促进二氧化碳的资源化利用,在分析现有煤层气采收率方法作用机理的基础上,提出了一种利用微生物促进ECBM埋藏CO2甲烷化的新方法.该方法将注入二氧化碳趋采煤层气、微生物降解煤技术集约整合,通过产甲烷菌将因驱替煤层气而吸附在煤层表面的二氧化碳转化为甲烷,从而达到提高煤层气采收率同时减排二氧化碳的目的.煤层间微生物菌群降解煤的机理说明,产甲烷菌本身就具有利用煤分解生成的二氧化碳和氢气合成甲烷的能力,而外加二氧化碳可以在微生物降解煤的早期就启动消耗氢气生成甲烷气体的过程,并同时促进煤组分分解生成氢气的速度.由二氧化碳对产甲烷菌的影响、氢的来源、微生物激活和注入二氧化碳的先后顺序等角度的理论分析结果进一步论证了此种技术方案的可行性.     

天然气、煤层气、页岩气成藏特征及成藏机理对比

煤层气和页岩气是非常规天然气藏的重要类型,对比分析表明,常规天然气藏需要有生、储、盖的合理组合,煤层气、页岩气气藏表现为自生、自储、自保的特征,煤层气藏为吸附成藏机理,页岩气藏自身构成了从吸附聚集、膨胀造隙富集到活塞式推进或置换式运移的机理序列。     

Catalytic Performance of Coal Char for the Methane Reforming Process

A new concept of combined coal gasification and methane reforming in a single reactor was proposed as an alternative path for syngas production using coal and coalbed methane. Here, the results of this process are summarized. The experimental work was carried out in a fixed‐bed reactor. Methane cracking, CO₂/steam reforming of methane over coal char, and the effects of chars made from different types of parent coal on methane conversion were examined. The catalytic effect of coal char on methane cracking and reforming increased with decreasing coalification degree. A synergistic effect was observed in that, while the coal char catalyzed the methane reforming reactions, gasification of the coal char took place simultaneously, which counter‐balanced the deposition of carbon especially for the methane‐steam‐char system.     

煤对超临界甲烷的吸附与解吸特性研究

研究了晋城和潞安煤对超临界 CH4的吸附与解吸特性 ,利用 SPSS软件对 Lang-muir,BET,D- R和 D- A四个模型对煤 CH4吸附和解吸实验数据进行拟合 ,并分别检验了实验数据的拟合程度 .结果表明 :煤吸附和解吸过程并不可逆 ,煤解吸 CH4时的吸附量要比煤吸附 CH4时的吸附量高 ;这些模型对煤吸附和解吸过程中的吸附 CH4实验数据都具有较好的拟合 ,D- A提供了最好的拟合 ,Langmuir的拟合度最差 ;各模型对解吸数据的拟合度要比吸附数据的拟合度好 .     

Origin of methane in coal beds in the initial and intermediate stages of coalification

In the initial stages of coalification, there is no dehydrogenation, and therefore the organic mass of coal cannot be the source of hydrogen for methane formation. It is possible that an explosive mixture of methane and oxygen may be formed from carbon dioxide and moisture in the coal bed as a result of bacterial activity.     

含氧煤层气甲烷提浓技术比较

含氧煤层气的主要成分是甲烷、氧气和氮气,为了回收利用煤层气中的甲烷,需要对煤层气进行脱氧和脱氮处理,以提高甲烷浓度.通过调研统计,甲烷提浓技术主要包括三种：含氧-低温精馏、脱氧-低温精馏和脱氧-吸附分离-液化技术.并从安全、造价和功耗三个方面对这三种提浓技术的工艺方案及特点进行分析和比较.研究结果表明：脱氧-低温精馏提浓技术的安全性高、造价较低,功耗居中.因此,含氧煤层气提浓甲烷推荐使用脱氧-低温精馏分离技术.     

基于DA模型的煤表面甲烷吸附线预测

采用高低温甲烷吸附解吸测试系统,在243.15, 263.15, 283.15, 303.15和323.15 K下用不同变质程度的煤(气肥煤、焦煤、贫煤和无烟煤等)对甲烷进行等温吸附,基于微孔填充Dubinbin?Astakhov(DA)模型对其它环境温度下煤的CH4吸附等温线进行预测. 结果表明,不同变质程度的煤对甲烷的吸附量均随温度降低而增大,且饱和吸附量和特征吸附能与温度具有良好的线性关系. 模型预测的等温吸附曲线与实验结果吻合较好,相对误差不超过5%.     

低浓度煤层气提纯的研究现状

煤矿开采过程中排放出大量低浓度煤层气,提纯利用这部分煤层气对我国能源开发利用和环境保护意义重大,其难点是经济高效地分离CH4和N2.本文从CH4/N2分离技术、变压吸附分离CH4/N2吸附剂和制备新型炭分子筛3个方面逐层对低浓度煤层气提纯进行了综述和展望.介绍了CH4/N2分离技术研究进展,对其在低浓度煤层气提纯中的应用前景进行了对比.概述了常用变压吸附剂分离CH4/N2的研究现状,分析了它们在低浓度煤层气提纯应用中的优缺点,并提出了制取适合低浓度煤层气提纯用的新型炭分子筛的方法.     

深部煤层封存CO2过程中的煤基质溶胀效应

强化煤层气甲烷(CH₄)采收率的深部煤层封存二氧化碳(CO₂)技术能够将主要人为温室气体(CO₂)进行有效的地质存储。考虑到CO₂流体和煤体的自身特性, 封存过程中的CO₂流体将会诱导煤基质发生溶胀效应。溶胀效应将会对煤层封存CO₂技术构成潜在的影响。为此, 本文结合国内外相关研究工作, 归纳了流体诱导煤基质溶胀的规律, 指出了煤基质溶胀对煤层封存CO₂过程的影响, 介绍了流体诱导煤基质溶胀的分析手段, 提出了封存过程中煤基质溶胀的研究趋势。分析表明:①煤基质溶胀程度与流体种类、压力、温度和煤的变质程度有关;②CO₂诱导煤基质溶胀效应将会降低煤层的渗透性能, 进而影响CO₂等流体在煤层内部的有效运移;③溶胀效应会影响煤层的CO₂封存性能, 建立涉及溶胀效应的煤吸附理论模型是溶胀效应研究的重要课题;④煤基质溶胀机理及其可逆性能研究目前存在争议, 研究人员需要从煤体理化结构的研究出发以明确上述问题。     

Unexpected enrichment of nitrogen during the diagenetic evolution of sedimentary organic matter

This study examines the behaviour of nitrogen during coalification in two coal series: the sedimentologically homogeneous coal series of the Mahakam delta, Indonesia and a reference coal series composed of samplesfrom several sources. The variations in the total nitrogen contents, in hydrolysable nitrogen, and in the natural isotopic abundance of ¹⁵N are reported. The behaviour of nitrogen during coalification presents three main stages: 1. a first stage where microbial and/or chemical degradations produce a loss of nitrogen; 2. a second stage of preservation, where organic nitrogen does not take part in the reactions involved and consequently remains unchanged in the residual organic matter; and 3. a third stage of thermal alteration, where nitrogen is mainly released with methane.     

规整复合吸附剂真空变压吸附分离CH4/N2工艺模拟与分析

为减少甲烷排放,实现低浓度煤层气有效资源化利用,探究了使用规整复合吸附剂真空变压吸附富集低浓度煤层气的工艺。采用静态容积法测定了甲烷、氮气在规整复合吸附剂上的吸附等温线,同时建立了包括质量、热量和动量守恒在内的严格吸附床数学模型,设计了三塔连续进料的真空变压吸附工艺并进行模拟。分析了工艺达到循环稳态后吸附床层轴向温度分布和压力变化,并且探究了进料量、解吸压力、原料气中甲烷浓度和吸附压力对纯度、回收率、工艺能耗和吸附剂产率等工艺性能的影响。模拟结果表明,在进料量为100 L·min^-1,解吸压力为0.1 bar（1 bar=0.1 MPa）,原料气甲烷浓度为30%,吸附压力为3 bar时可以生产纯度为59.07%,回收率为93.64%的富CH₄产品气,同时单位能耗为18.70 kJ·mol^-1,吸附剂产率为4.56 mol·h^-1·kg^-1。表明规整吸附剂对CH₄/N₂具有良好的吸附分离效果,能够实现低浓度煤层气中甲烷高效富集。