煤对N2/CH4/CO2混合气体竞争吸附特征与机理研究

为研究煤对N₂,CH₄及CO₂混合气体的竞争吸附特征及其机理,通过混合气体吸附/解吸装置,结合穿透曲线法,对大柳塔(DLT)、硫磺沟(LHG)、瑞能(RN)、山阳(SY)和屯宝(TB)5种煤样,开展了温度为20℃、注气压力为0.25 MPa条件下N₂,CH₄和CO₂等比例混合气体的竞争吸附试验,得到了不同煤样对混合气体竞争吸附的规律;通过低温氮气吸附法,分析了5种煤样的孔隙结构,研究了孔隙对混合气体竞争吸附的影响.结果表明：DLT,LHG和RN煤样中N₂和CH₄先达到吸附平衡,一段时间后这2种气体在装置出口端的体积分数均超过其初始体积分数,而SY和TB煤样中只有N₂的出口端体积分数超过了其初始体积分数.试验结果与Yoon-Nelson模型拟合结果较好,线性相关系数R²基本可达0.9以上;各煤样传质速率常数均有k(N₂)>k(CH_4<...     

原煤和型煤吸附-解吸瓦斯变形特性对比研究

基于不同瓦斯压力条件下的原煤和型煤吸附-解吸瓦斯变形全过程试验,研究了2种煤样在吸附-解吸瓦斯过程中的变形规律.结果表明:原煤在不同瓦斯压力下的吸附-解吸瓦斯全过程应变曲线可划分为6个阶段,而型煤为3个阶段;以时间为参照变量,2种煤样吸附膨胀和解吸收缩应变曲线均具有朗格缪尔方程形式;原煤吸附膨胀和解吸收缩变形均呈各向异性,而型煤均近似各向同性;2种煤样平衡吸附应变与吸附瓦斯压力关系对朗格缪尔方程均具有拟合效果,平衡解吸应变与原始瓦斯压力呈幂函数关系;2种煤样解吸瓦斯后均存在一定的残余应变;原煤吸附-解吸瓦斯全过程应变曲线的卸压膨胀变形阶段能较好的表征煤与瓦斯突出特性.     

煤层开采过程中CO气体来源实验测试与分析

煤层开采过程中易出现CO气体超限现象影响安全生产,亟需开展CO气体的来源和产生规律研究.对3种不同变质程度煤样(无烟煤、贫煤、焦煤)在氮气和空气氛围下开展破碎实验,测试CO气体和煤样温度;通过煤样恒温加热实验,研究在不同温度和气氛下CO,CH4气体体积分数变化规律.结果表明:煤样在氮气氛围下破碎过程中产生CO气体体积分...     

原煤与型煤CO2吸附/解吸及变形特征对比研究

利用 自主研制的煤层高压吸附/解吸及变形试验系统开展了原煤和型煤吸附量与变形量同步测试实验,对比研究了两种煤样在CO2气氛下的吸附/解吸及变形特征.结果表明:两种煤样的等温吸附曲线均呈"S"形,且均存在解吸滞后现象,但型煤吸附能力更强,原煤解吸滞后特征更显著.原煤吸附体应变曲线同时存在二次函数和线性函数两种形式,型煤则...     

煤体孔径分布特征及其对瓦斯吸附的影响

利用N2和CO2吸附解吸实验,得到了6个矿井煤样的孔径分布特征,并根据吸附解吸实验曲线分析了不同煤样所含孔形状的差异.同时,对所选煤样进行瓦斯吸附实验,分析瓦斯吸附量随吸附压力的变化情况,以及瓦斯吸附能力与孔径分布的关系.根据工业分析和岩相分析结果,对煤样变质程度和水分含量对瓦斯吸附的影响进行了分析.结果表明:煤对气体的吸附量主要集中在微孔段,同时受到中孔的影响,朗缪尔体积受微孔和中孔分布的共同作用,而朗缪尔压力只与微孔有关.水分子与甲烷分子之间存在竞争吸附,水分的存在不利于瓦斯吸附.煤的变质程度与朗缪尔体积之间呈现"U"型曲线关系,而变质程度的增加使朗缪尔压力降低.在煤矿开采过程中,应当采取措施增大煤体孔隙,使微孔比例降低,促进煤层瓦斯的解吸.     

三轴应力下原煤吸附CH4/N2变形时空特性

为深入研究受载煤体与CH₄/N₂相互作用时的变形时空特性,开展了三轴应力加载下原煤吸附CH₄/N₂及其二元混气时的吸附量与吸附变形动态测试试验.结果表明：恒定三轴应力下,原煤对CH₄的吸附能力大于N₂;二元混气吸附量介于纯气体吸附量之间.三轴应力下原煤吸附膨胀变形存在各向异性.不同注气压力下,原煤轴向/环向应变随吸附时间整体呈现相同演化规律,注气端轴向应变可划分为5个阶段,煤样中部、排气端轴向/环向应变均可划分为3个阶段.相同注气压力下,原煤吸附气体时各测点轴向应变由负转正时间由长到短的顺序为：CH₄,CH₄/N₂混气,N₂.原煤吸附CH₄,N₂,CH₄/N₂混气时,轴向/环向应变随吸附量增加依次呈指数函数、一元一次函数、一元二次函数增长.三轴应力加载后,原煤轴向/环向初始应变呈两端...     

横观各向同性煤等温吸附变形试验研究

为了探明不同层理方向煤吸附瓦斯变形机理,以亭南煤矿4~#煤层煤样为研究对象,利用多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置,开展了以CH_4和He为吸附质的等温(30℃)吸附试验,并基于试验结果对气体压缩煤体变形方程、纯吸附变形方程、横观各向同性煤吸附变形方程进行了讨论分析.结果表明:煤吸附CH_4时垂直层理和平行层理方向表现为膨胀变形,吸附He时垂直层理和平行层理方向表现为收缩变形,煤吸附过程中平行层理方向和垂直层理方向变形存在各向异性;气体压缩、表面张力变化(纯吸附)及二者共同作用下煤体变形的各向异性与吸附压力大小和吸附质无关,与煤的自身性质有关;横观各向同性煤吸附变形方程理论计算结果和试验结果在平行层理方向平均相对误差为7.08%,垂直层理方向平均相对误差为14.63%.横观各向同性煤吸附变形方程可以表述吸附平衡压力与吸附变形的关系,也可体现出垂直层理和平行层理方向煤体吸附变形的差异性.     

NaX分子筛吸附分离CO2/CH4的巨正则蒙特卡洛模拟

采用巨正则蒙特卡洛模拟与理想吸附溶液理论相结合的方法,研究了CO₂、CH₄分子在NaX分子筛上的吸附性能。通过对比实验数据在不同吸附理论模型下的拟合结果并计算相应的吸附热,描述了CO₂、CH₄气体的吸附分离过程。结果表明,CH₄分子的吸附强度比CO₂分子弱,更贴近理想吸附;CO₂分子的吸附选择性随其在空气中的体积分数升高而降低,在低压条件下随温度的升高而降低。因此,低温低压更有利于CO₂分子的分离。     

阳泉3号煤干燥煤样等温吸附-解吸特性实验研究

为了深入研究阳泉3号煤对甲烷的吸附-解吸特性,采用高压容量法对同一干燥煤样进行了2次重复实验,结合吸附理论对实验结果进行分析可知:阳泉3号煤对甲烷具有典型的吸附、解吸过程可逆性和解吸过程滞后性,滞后的主要原因是实验煤样孔径50 nm左右的孔隙发育,易形成经典的毛细凝聚;采用单分子层吸附理论Langmuir方程对实验数据进行处理时发现吸附压力约7MPa时,吸附量大于Langmuir方程对应的吸附量,原因可能是煤中开始向多分子层吸附过渡;吸附-解吸过程造成煤中孔隙体积变化,可能会影响到吸附常数的测试.     

鹤岗煤田构造煤孔隙分形特征

基于鹤岗煤田北部区块典型构造煤样的低温氮吸附实验数据,分析不同变形程度下构造煤的分形维数与孔隙系统结构和气体吸附能力的关系.结果表明,受变形程度影响,碎裂煤和碎粒煤的孔隙系统发生变化,导致低温氮吸附、解吸曲线表现出不同形态.在相对压力为0.5~1.0时,分形维数可以有效表征碎裂煤与碎粒煤的孔隙结构和吸附能力.随着分形维数变大,煤岩变形程度增加,微孔含量增加,孔径变小,比表面积增大,孔表面粗糙度增加,使得煤岩孔隙系统复杂化,最终煤岩吸附能力增强.因此,煤岩孔隙分形维数可以表征煤岩孔隙结构和吸附能力.     

柔性氮掺杂活性多孔碳布的制备及其对CO2/CH4吸附分离和甲醇吸附研究

开发一种用于吸附和分离CO₂/CH₄以及吸附甲醇的经济、高效、安全的纳米多孔碳材料,以黏胶纤维织物为前体物质,以CO₂为活化剂,采用一步碳化-活化方法制备柔性氮掺杂活性多孔碳布,并探讨活化温度对多孔碳孔隙结构发育和化学成分的影响。结果表明,活化温度800℃时制备的FPCC-A-800超微孔体积为0.29 m³/g,占总孔体积的71%,含氮量为5.88%。在25℃和0.1 MPa压力下,FPCC-A-800对CO₂的吸附量最高为3.13 mmol/g,根据理想吸附溶液理论(IAST),计算二元混合气体CO₂/CH₄(体积比为50/50),FPCC-A-800的CO₂/CH₄选择性为2.35,这归因于FPCC-A-800优异的超微孔结构和适中的含氮量协同作用。活化温度900℃时制备FPCC-A-900,在25℃和0.009 5 MPa压力下其甲醇吸附量可达9.90 mmol/g,这是因为它具有最...     

基于玉米秸秆的氮掺杂多孔碳制备及其对CO2吸附和CO2/N2分离性能研究

为解决大气中日益增加的CO₂含量问题,以玉米秸秆为原料,采用水热碳化和KOH活化处理,通过控制KOH活化强度,制备出一系列具有发达孔道结构的氮掺杂多孔碳样品(CPH-0,CPH-0.5,CPH-1)。通过扫描电镜、透射电镜表征、N₂吸-脱附等温线测试及元素分析,获得多孔碳孔道结构发展、N含量与KOH活化强度的关系。通过CO₂吸附测试分析可知,多孔碳的CO₂吸附量在低压(<15 k Pa)时受N含量影响,在常压(100 k Pa)下由超微孔(<1 nm)孔体积决定。样品CPH-0的N含量最多,在低压范围表现出优异的CO₂吸附能力。样品CPH-0.5的超微孔孔体积最大,在25°C,100 k Pa条件下,对CO₂的吸附量可达3.97 mmol/g,同时还表现出较好的CO₂/N₂选择性和优异的循环稳定性。该法制备的多孔碳在CO₂吸附和CO₂/N₂     

滑动弧放电降解直链烃挥发性有机化合物

以正丁烷(n-C₄H₁₀)和正己烷(n-C₆H₁₄)作为目标挥发性有机化合物(VOCs),考察供给电压和背景气氛对降解率和降解产物的影响,探索滑动弧放电降解直链烃过程的降解机理.结果表明,通过增大供给电压提高高能电子密度,可以促进正丁烷和正己烷的降解;正丁烷和正己烷在氮气气氛中的主要的降解产物为CH₄、C₂H₂等C₁～C₄小分子碳氢化合物,而在空气气氛中的主要降解产物为CO₂、CO、H₂O和NO₂等无机小分子化合物;氧化性粒子在降解过程中起关键作用,背景气体氧气体积分数的提高可以促进正丁烷和正己烷的降解;随着氧气体积分数的增大,CO₂、CO和NO₂生成量增大,同时也会促进CO向CO₂转化.     

长流程钢铁企业废水零排放实践与探讨

随着全球气候变化问题引起广泛关注,CO₂的减排成为全球共同的挑战,我国提出了“碳达峰,碳中和”的目标。CO₂捕集技术作为一种重要的CO₂减排方法,近年来受到了越来越多的关注,在多个领域和行业中实现了应用,其中吸附法的应用最为广泛。本文对CO₂吸附捕集技术的吸附原理、应用领域、应用条件、应用方法以及具备的优势和挑战进行综述,分析不同行业CO₂排放的原理、排放的温度、压力以及气体组分,并对比不同行业热门吸附剂的优缺点,为进一步研究和开发CO₂吸附捕集技术提供参考。

     

双金属MOF⁃74(Mg x Ni1-x )的制备及其对CO2/N2的吸附分离性能研究

以Mg、Ni为中心金属、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为模板剂,采用溶剂热法合成HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）（x=0.25、0.50、0.75）样品,以烟道气中CO₂和N₂为吸附质,考察了HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品在273 K和298 K下吸附分离CO₂/N₂的性能;通过静态容量法在273 K和298 K处测试了三种不同HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上CO₂和N₂的等温线,并使用双位点Langmuir?Freundlich（DSLF）和单位点Langmuir?Freundlich（SSLF）模型对获得的实验数据集进行了拟合;根据理想吸附溶液理论（IAST）,估算了CO₂/N₂二元混合物的吸附选择性;使用Clausius–Clapeyron方程计算了等量吸附热（Q_st）。结果表明,在273 K和100 kPa的条件下,HP?MOF?74(Mg_0.50Ni_0.50)样品的CO₂吸附量为4.864 mmol/g;CO₂和N₂在HP?MOF?74(Mg_0.50Ni_0.50)样品上的吸附等温线分别与DSLF和SSLF模型十分吻合,说明CO₂的吸附行为是双孔位吸附,而N₂的吸附行为是单位点吸附;HP?MOF?74（Mg_0.25Ni_0.75）样品对CO₂的IAST吸附选择性为2 263,吸附量和选择性均优于传统吸附剂MOF?74材料;CO₂在HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上的等量吸附热均高于N₂,说明CO₂在HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上的表面自由结合能更高。     

吸附平衡时间对瓦斯吸附常数测值的影响

煤的瓦斯吸附常数是煤矿瓦斯防治的重要基础参数,它的准确测定对煤矿瓦斯预测、瓦斯抽采和瓦斯突出防治均有重要的意义.煤炭行业标准MT/T 752—1997《煤的甲烷吸附量测定方法(高压容量法)》要求测定过程中煤对瓦斯吸附的平衡时间为7 h,但研究发现大部分煤样在7 h内并不能达到吸附平衡.选用无烟煤、贫煤和气肥煤3类不同煤阶的煤样,进行了不同吸附时间下的瓦斯吸附常数的对比测试.结果表明,吸附时间对瓦斯吸附常数影响非常明显;对固定煤阶煤样,吸附时间越长,吸附常数a值有增大的趋势;煤阶越高,瓦斯吸附常数a值受吸附时间的影响程度越大,煤对瓦斯的饱和吸附平衡时间越长.因此,对于高阶煤样,吸附时间应适当延长,从而提高测值可信度和工程应用价值.     

生物质混煤加压富氧燃烧SO2的排放特性

作为一项可减少温室气体排放的先进、高效碳捕集技术,加压富氧燃烧已引起世界性的关注。以山西煤和麦秆为原材料,借助Chemkin软件探究不同掺混比(生物质占比分别为0、10%、30%、50%)、不同气氛(空气以及O₂浓度分别为21%、30%、40%、50%的O₂/CO₂气氛)和不同燃烧压力(0.1～4.0 MPa)对生物质混煤加压富氧燃烧过程中SO₂生成的影响。结果显示：不同掺混比,SO₂析出程度存在明显差异,随着生物质掺混比例的增大,SO₂释放速率减小,总的排放量降低;随O₂浓度增加,SO₂的释放速率和排放量均增加,在相同O₂浓度时,O₂/CO₂气氛下SO₂的排放量略小于空气气氛下;在富氧气氛下,随着燃烧压力的升高,SO₂生成量逐渐减少。同时利用生成速率(ROP)分析得知,当燃烧压力由0.1 MPa提升到1...     

不同粒径煤样常压与带压解吸对比实验研究

为了研究煤储层内的带压解吸规律和不同粒径煤样在解吸过程中的差异,分别对取自沁水盆地晋城矿区寺河煤矿3#煤层的大块煤样和粒状煤样(粒径2~5cm)进行了等温吸附实验、常压(0.1 MPa,即1个大气压)解吸实验以及7个连续压降阶段的带压解吸实验.认为煤样内部的压降传递速度差异和煤储层本身的孔隙结构特征是造成不同粒径煤体降压解吸阶段迥异的主要原因.结果表明:相同温度、压力条件下,粉末状煤样(粒度60~80m,(mesh,180~250μm))吸附量是粒状煤样的1.20倍,是大块煤样的1.79倍;常压解吸条件下,粒状煤样的累计解吸量与相对累计解吸率分别是大块煤样的1.36,1.02倍;带压解吸条件下,粒状煤样的累计解吸量与相对累计解吸率分别是大块煤样的1.56,1.17倍.研究发现,不同粒径的带压解吸具有阶段性,其中前3个阶段大块煤样的累计解吸量以及相对累计解吸率均小于粒状煤样;后4个阶段大块煤样相对累计解吸率大于粒状煤样.     

褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性

为了掌握不同气氛下褐煤热解与富氧燃烧的特性以及其之间的联系,在管式炉反应器上利用锡盟褐煤在N₂和CO₂气氛以及600~1 000 °C条件下进行热解. 进一步对其在O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下进行富氧燃烧实验,考察不同反应温度(600~1 000 °C)以及不同氧气体积分数(21%~60%)条件下的富氧燃烧特性,结合热解实验结果探究CO₂气化反应对富氧燃烧的影响. 结果表明,CO₂气氛中锡盟褐煤在700 °C时开始CO₂气化反应,随温度增加气化反应增强,CO₂主要通过高温区的气化反应来影响煤热解及燃烧,700 °C以上气化反应能促进富氧燃烧进程. 对于O₂/CO₂气氛的富氧燃烧,当氧气体积分数为30%时,在800 °C以下温度对CO氧化反应影响更大,而在800 °C以上温度对CO₂气化反应影响更大. 当氧气体积分数相同时,O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下褐煤富氧燃烧反应时间差异不大.     

不同体积分数CS2溶液对煤的增渗试验研究

为了研究CS₂溶液的环保、经济和增渗综合作用效果,以河南焦作赵固矿无烟煤为研究对象,无水乙醇作为混合剂,开展不同体积分数CS₂溶液对煤的增渗试验研究。结果表明：经不同体积分数CS₂溶液萃取后的煤样,渗透率从原始的0.000 16～0.001 33 mD增加到0.000 18～0.022 16 mD,增渗率提高了37.31%～1 566.17%;煤样端面裂隙的面密度与增渗率随CS₂体积分数的增大均不断增大,CS₂体积分数达到50%时,煤样的增渗效果出现了转折点,即体积分数小于50%时,增渗率随体积分数增大而提高,但增幅相对较小,与之相反,体积分数大于50%时,增渗率随体积分数增大大幅提高。煤样的物质组成、化学结构和CS₂萃取煤中的物质不同,是造成不同体积分数CS₂萃取后煤样增渗效果差异的主要原因。