气体吸附方程和解吸方程的推导及应用北大核心CSCD

在对页岩吸附气和煤层吸附气的资源评价和开发利用评价时,气体吸附方程占有重要的地位。根据国内页岩气和煤层气大量吸附量实验数据,绘成的累积吸附量与吸附压力的关系曲线表明,累积吸附量随压力的增加开始是快速增加,其后变缓,而后接近一个饱和吸附量,吸附量随压力的变化属指数递减关系。基于Arps提出的产量随时间的递减率概念,提出了吸附量随压力变化的递减率定义,使用油气藏工程的原理和方法,本文得到了页岩气和煤层气的累积吸附量方程和吸附量方程,以及累积解吸量方程和解吸量方程。同时,基于Langmuir的累积吸附量经验方程,推导得到了Langmuir的吸附量方程、累积吸附量方程和解吸量方程。实例应用表明,本文方程和Langmuir经验方程的计算结果基本一致,起到了相互佐证的作用。     

评过剩吸附量和绝对吸附量关系式的不正确性

页岩吸附气和煤层吸附气都是重要的非常规天然气资源。该资源的评价依赖于在不同压力下等温累积吸附量的计算和等温饱和吸附量的确定。不同压力下的等温累积吸附量,需要通过吸附仪的测试资料,利用有关的计算方法求得。基于1976年Adamson(阿达姆森)提出的固相对气相吸附质量的关系式是不确定的,因此,1998年Donohue和Aranovich引用Adamson的吸附关系式,并提出过剩吸附量和绝对吸附量及其关系式也是不正确的。周理等于2000年发表的文章,确认和引用了Donohue和Aranovich过剩吸附量和绝对吸附量及其关系式同样是不正确的。在2015至2018年间,俞凌杰等沿用周理等的过剩吸附量和绝对吸附量关系式,发表了多篇论文。通过本文的研究,认为过剩吸附量和绝对吸附量是两个缺少物理定义和使用价值的伪名词,两者之间的关系式也是不正确的。利用过剩吸附量和绝对吸附量的关系式根本得不到等温吸附量、等温累积吸附量和等温饱和吸附量。     

等温吸附量计算方法的推导及应用

等温吸附方程和等温累积吸附方程是描述页岩气和煤层气吸附规律的2个重要理论方程。前者描述的是不同压力下的等温吸附量,后者描述的是不同压力下的等温累积吸附量。应当指出,构成等温吸附量曲线中不同压力下的数据点,不是利用实验测定直接得到的,而是利用理论公式计算得到的。尽管在中外,尤其是中国,目前已有若干计算等温吸附量的方法,但多因在理论推导过程中存在不正确性和不可靠性,而导致计算公式和计算结果的错误,并引出了所谓过剩吸附量的不正确概念,这样也就谈不上为页岩吸附气和煤层吸附气的资源评价提供可靠的饱和累积吸附量数据。为此,基于气体状态方程,利用气体的物质守恒原理,经严格的推导,得到计算等温吸附量的3种方法。同时,提出了判断是否达到饱和吸附状态的判断因子。页岩和煤层吸附实验资料的应用结果表明,新建的计算方法和判断因子是正确、有效的。     

称重吸附仪计算等温吸附量方法的推导及应用

当利用称重吸附仪进行吸附实验时,某一测试压力点测试的总质量m_t,是由测试桶的质量m_b、测试桶内装入岩样的质量m_c、岩样吸附甲烷气的质量m_(ag)和测试桶空隙体积内自由甲烷气的质量m_(fg)等四部分组成。而注入甲烷气的质量mi仅包括m_(ag)和m_(fg)两部分。由于测试桶的质量和装入测试桶内的岩样质量都是常数,因此为建立利用称重吸附仪计算等温吸附量的方法提供了方便。根据质量平衡原理和Avogadro定律,经理论推导,得到利用称重吸附仪测试数据计算等温吸附量的方法。同时,还提出了判断甲烷气吸附程度的方法,以及确定饱和吸附压力和饱和累积吸附量的方法。页岩气和煤层气2个实例的应用结果表明,本文提供的方法是正确有效的。     

气体吸附方程和解吸方程的推导及应用

在对页岩吸附气和煤层吸附气的资源评价和开发利用评价时,气体吸附方程占有重要的地位。根据国内页岩气和煤层气大量吸附量实验数据,绘成的累积吸附量与吸附压力的关系曲线表明,累积吸附量随压力的增加开始是快速增加,其后变缓,而后接近一个饱和吸附量,吸附量随压力的变化属指数递减关系。基于Arps提出的产量随时间的递减率概念,提出了吸附量随压力变化的递减率定义,使用油气藏工程的原理和方法,本文得到了页岩气和煤层气的累积吸附量方程和吸附量方程,以及累积解吸量方程和解吸量方程。同时,基于Langmuir的累积吸附量经验方程,推导得到了Langmuir的吸附量方程、累积吸附量方程和解吸量方程。实例应用表明,本文方程和Langmuir经验方程的计算结果基本一致,起到了相互佐证的作用。     

计算页岩气等温累积吸附量的称重法

根据质量平衡原理和Avogadro(阿伏伽德罗)定律,经理论推导得到了利用称重吸附仪测试的数据计算页岩气等温累积吸附量的方法。理论分析和实例应用表明,等温累积吸附量与压力之间是一条带峰值的曲线,峰值为等温饱和累积吸附量,峰位为累积饱和吸附压力,峰值之前的曲线符合陈氏的等温累积吸附量方程。本文还提出了确定饱和吸附压力和等温累积饱和吸附量的交会法,并通过应用实例验证了本文方法的正确有效性。     

页岩吸附与解吸气量实验研究

页岩气主要以游离气和吸附气形式存在于富含有机质页岩中,含气量的大小受页岩储集层压力、温度等多种因素影响。页岩吸附气量是评价页岩气资源量的关键性参数,也是评价页岩气是否具有开采价值的一项重要标准。在分析页岩气吸附与解吸机理的基础上,开展F页岩气田龙马溪组-五峰组岩心等温吸附、解吸实验研究,实验结果表明:利用等温吸附线法是获得朗氏体积(VL)和朗氏压力(pL)的有效途径;钻井现场页岩快速解吸获得的总含气量主要为吸附气量,游离气量占比较小;页岩朗氏体积(VL)与样品的有机碳含量(Cto)成正相关,达到饱和吸附后温度升高,吸附能力明显下降。     

吸附树脂对山竹黄酮化合物吸附特性的研究

研究了S-8、LSA-5B、X-53种吸附树脂分离纯化山竹夹层中黄酮类化合物的静态吸附过程。吸附动力学实验表明树脂吸附速率较快,1.5h基本达到吸附平衡,符合拟二级动力学吸附方程,吸附速率常数:k_(X-5树脂)>k_(LSA-5B树脂)>k_(S-8树脂)。在等温条件下,LSA-5B树脂、S-8树脂对黄酮类化合物的吸附量随初始吸附浓度的变化遵循Langmuir和Freundich吸附等温方程,X-5树脂仅遵循Freundich吸附等温方程。3种树脂的吸附自由能ΔG<0,是自发吸附。     

复杂组分气固吸附相平衡的计算及等温线拟合

由纯组分气体H2 、N2 、CH4 、CO2 在活性炭和分子筛上的吸附等温方程 ,根据理想吸附溶液理论 ,对复杂组分 (3组分和 4组分 )气固吸附相平衡进行了预测 ,并得到了气体在多组分条件下的吸附等温方程。从而从理论上寻求一种研究复杂组分气固吸附相平衡的方法 ,并将多元变量空间的离散数据用显式代数方程表示     

超临界条件下煤层甲烷视吸附量、真实吸附量的差异及其地质意义

煤层甲烷高压等温实验一般已属于超临界条件,由其吸附数据计算出的视吸附量不能反映真实吸附量,两者存在差异,因而由视吸附量建立的煤层气产能评价及含气性评价需要重新进行厘定。为深入研究这一差异性,基于前人成果并结合一般气体状态方程,给出了甲烷视吸附量和真实吸附量在不同压力点下的关系式,对具体等温吸附数据进行了计算。结果显示：真实吸附量和视吸附量差值随压力增大而增大,煤储层吸附性越强差值越大;同时,以视吸附量代替真实吸附量求取的临界解吸压力和实测饱和度均要大些。据此认为,依据视吸附量预测深部含气量会远远低估深部煤储层的含气性,超临界条件下,深部游离气含量数值可能要远远大于以往的认识。该结论对于重新认识煤储层真实吸附性及含气性具有重要意义。     

低吸附量煤岩和页岩等温吸附实验的负吸附原因

低吸附样品等温吸附实验经常出现反"V"形先升后降"负吸附"现象,成为困扰相关实验的测试难题。为此,基于前人的研究成果,引入大样量重量法等温吸附仪,分析了大样量重量法的测试原理和操作流程,对比了体积法、磁悬浮重量法和大样量重量法3种方法的优缺点,进而选取大样量重量法等温吸附仪对内蒙古二连盆地吉尔噶朗图凹陷吉煤2井低煤阶煤岩和川南地区某井下志留统龙马溪组页岩样品进行了等温吸附实验,以期在消除系统累计误差影响之后,探究出现"负吸附"现象的根本原因。实验结果表明:(1)大样量重量法测试中未出现"负吸附"现象,其对低煤阶煤岩和页岩样品的测试结果可靠,拟合度高(R~20.99);(2)电子传感器误差(天平、压力和温度等采集器件)、系统累计误差、吸附相密度取值差异等不会导致吸附曲线形态的反转性变化;(3)样品缸空体积误差是引起"负吸附"的根本原因。结论认为,在等温吸附解释算法中增加体积校正参数,可以提高测试的准确性。     

页岩等温吸附曲线SLD-PR模拟方法及应用

页岩气主要由吸附气和游离气组成,吸附气体的含量直接影响页岩气藏的地质储量和页岩气井的产量。为了准确得到页岩的吸附气含量,以川南地区龙马溪组页岩为研究对象,设计了实验测量了温度在25～45 ℃,压力在0～8 MPa范围内页岩吸附甲烷的等温吸附曲线,发现页岩的吸附气量随着温度的升高而减少。通过简化局部密度函数（SLD-PR）理论计算了不同温度下页岩的等温吸附曲线并且与实验结果作对比,结果表明该方法可以用来计算页岩等温吸附曲线。利用SLD-PR方法预测了页岩气藏储层温度和压力条件下等温吸附曲线,弥补了高温高压下实验测量页岩等温吸附曲线误差大的不足。同时对比了利用SLD-PR方法和Langmuir方法计算的吸附气量,发现利用Langmuir方程计算得到的吸附气含量偏大,利用SLD-PR方法计算得到的页岩吸附气含量更加可靠。     

XF-1高温高压储层孔隙介质气体吸脱附测试仪

结合氦孔隙度仪以及化工和煤岩气体吸附测试仪的测试方法和原理，研制了一种改进的固体介质气体吸附测量仪器。该仪器能在较大的温度（15℃－150℃）、压力（0－60MPa）范围内，精确测量固结态圆柱状的、具有不同孔隙度、渗透率（不限）和非均质特征的岩心样品的气体（各类纯组分气体或混合气体）吸／脱队等温线，并具有流程简洁、操作方便、性能可靠、制作成本低廉等优点。     

RIK系列等温离心空压机的技术特性与应用

介绍了RIK系列等温离心空气压缩机的技术特性与应用,提出了通过合作制造逐步实现大型空压机的国产化问题。     

考虑页岩多重吸附机制的超临界甲烷等温吸附模型

页岩中的超临界甲烷等温吸附模型研究对于页岩气藏储量评估、生产动态预测和开发方案编制等具有重要意义。以超临界甲烷等温吸附理论和分子动力学模拟结果为依据,考虑不同尺度空间中吸附机制差异,以Dubinin-Astakhov(DA)微孔充填模型表征微孔中的甲烷分子吸附,以Brunauer-Emmett-Teller(BET)多分子层吸附模型表征中孔和大孔中的甲烷分子吸附,建立了DA-BET超临界甲烷等温吸附模型。在此基础上,结合高温高压实验数据分析了模型拟合方法和拟合效果,讨论了不同吸附机制对页岩中超临界甲烷等温吸附的贡献。研究结果表明:DA-BET超临界甲烷等温吸附模型可以高精度地拟合实验数据,计算出的吸附特征曲线满足唯一性,并且可以利用该模型预测高温条件下页岩吸附甲烷的能力;在低压阶段,甲烷分子以微孔充填吸附为主;温度、压力显著影响不同吸附机制对总吸附量的贡献,温度越低、压力越高,微孔充填吸附量对总吸附量的贡献越小。     

Bio-sorption for tannery effluent treatment using eggshell wastes; kinetics,isotherm and thermodynamic study

Since, cobalt, zinc, mercury and lead ions are high toxic heavy metals; this work aims to investigate the efficiency of eggshell as a low cost sorbent for their ions from aqueous solution. Adsorption of heavy metals on surfaces of eggshell obeyed second order kinetics. Adsorption isotherm belonged to Freundlich model and displayed multilayer adsorption. The maximum adsorption capacity was estimated as 204, 153, 121 and 98 mg/g for Co³⁺, Zn²⁺, Hg²⁺ and Pb²⁺ respectively. The values of free energy of adsorption evidenced the physical adsorption occurrence. It is demonstrated that eggshell, as an industrial waste, was efficiently used as an adsorbent for wastewater treatment. Eggshells powder removed efficiently heavy metal ions from a tannery wastewater and removal efficiency reached up to 99%.