软硬煤的吸附势特性研究

采用吸附试验对软硬煤的吸附势特性进行了研究,结果表明:无论对于软煤还是硬煤,同一吸附平衡压力下,温度越低,煤对瓦斯吸附量越大;吸附势曲线与温度无关,软煤的吸附势能大于硬煤的吸附势能;同一吸附势能,软煤的吸附空间大于硬煤的吸附空间;吸附势能和吸附空间可采用ε=-alnω+b表示。     

基于吸附势理论的低温环境煤甲烷吸附等温线预测

为了准确预测低温条件下煤对甲烷的吸附等温线,选用平顶山己15-17煤层煤样,并以高低温变频实验装置为依托,对煤样进行高/低温环境(-20、-10、0、10、20℃)下的甲烷吸附试验。基于吸附势理论,利用吸附特性曲线的唯一性,根据20、10、0℃的甲烷吸附数据,预测-10、-20℃时甲烷的吸附等温线。结果表明:预测的吸附等温线与实测的吸附等温线吻合良好,平均相对误差分别为2.47%和2.64%。     

不同破坏类型煤的吸附势差异性研究

为弄清不同破坏类型煤吸附甲烷的规律,采用吸附势理论对不同温度煤的甲烷吸附量进行计算,得出不同破坏类型煤的吸附特征曲线及差异性。研究结果表明:随着煤体破坏类型的增加,各阶段孔容都增加,其增大了煤体吸附瓦斯的空间;同一温度下,煤体的破坏类型越大,其吸附量越大,吸附势能也越大;煤体的吸附势随着吸附空间的增加而减小;ε-ω吸附特征曲线与温度无关,吸附势ε与吸附空间ω满足ε=aω3+bω2+cω+d的关系,式中a、b、c、d为常数。     

基于吸附势理论的煤吸附超临界甲烷研究

为了探究超临界甲烷吸附特征,提出超临界甲烷等温吸附线,并以此为研究基础。根据吸附势理论,计算并绘制了不同温度下吸附相体积随吸附势变化的吸附特性曲线,结果表明不同温度等温吸附特性曲线可用1条曲线或统一方程式表示,这从理论上验证了超临界甲烷在煤表面上的吸附也主要取决于与温度无关的色散力作用。由这种特性建立了超临界甲烷吸附模型,实现了根据已知等温吸附试验数据预测不同温度、压力下的超临界甲烷吸附量,克服现有的等温预测的局限性。但是当温度超过一定范围,吸附相密度不能由极限密度代替,由于分子重排作用,吸附相密度改变,造成预测误差。     

吸附势理论在煤层气吸附解吸研究中的应用

以晋城无烟煤为研究对象,进行了30℃时煤对甲烷和氮气的吸附解吸试验。基于吸附特性曲线的唯一性特点,根据30℃甲烷的吸附解吸数据,以吸附势理论为依据,预测了50℃时甲烷的等温吸附曲线,结果表明预测曲线与实测曲线吻合良好,其预测值平均绝对误差为0.5 cm3/g,平均相对误差为3.12%。同时依据30℃时氮气和甲烷的吸附特性曲线,发现氮气和甲烷的吸附势对应压力在0.61 MPa时存在交点,表明压力低于0.61 MPa时氮气的吸附势高于甲烷的吸附势,此时注入氮气对提高煤层气的增产具有促进作用,这为煤储层在N2-ECBM(注氮增产法)过程中确定氮气的注气压力范围提供了初步的理论依据。     

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.      

吸附势理论在煤层甲烷吸附中的应用

本文根据不同温度下实测的等温吸附数据，以吸附势理论为指导，首先建立吸附特性曲线及其数学表达式，在已知一组等温吸附数据时计算任一温度下的吸附等温数据，为储层条件下的含气量预测提供了方法。柳林、阜新和沁水盆地东南部煤的等温吸附实验数据说明吸附势理论完全可以运用到描述煤这种特殊的非极性碳质材料对甲烷的吸附。     

基于吸附势理论的深部煤储层吸附气量研究

为了揭示深部煤储层煤吸附特性,量化表征煤储层吸附气量,以鄂尔多斯盆地东缘石炭—二叠系煤为研究对象,通过高温高压条件下煤的等温吸附实验研究,从煤级、温度及压力的角度解读高温高压条件下煤吸附特征。基于吸附势理论,建立了不同煤级煤的吸附特征曲线及吸附气量预测模型。应用预测模型对临兴地区石炭系8+9号煤层吸附气量进行了计算,结果表明:深部煤储层吸附气量受煤级、压力、温度的综合控制,煤级在0.77%~2.18%,即气煤—贫煤阶段,煤级和压力对煤吸附能力显示正效应、温度起负效应,且随着压力增大温度的负效应更为显著。不同煤级对应的煤吸附甲烷特征曲线不同,煤级越高则吸附势随吸附空间增大而减小的速度越缓慢。计算的绝对吸附量为19.6~31.1 cm~3/g,含气饱和度为37.8%~78.8%。     

吸附势理论中饱和蒸汽压参数k探讨

吸附势理论可预测不同温度下煤吸附甲烷的等温吸附曲线,但往往由于饱和蒸汽压参数k和吸附相密度ρ_(ad)选取的不当,导致预测出现较大偏差。鉴于此,选取粒径180~250μm的煤样分别开展30、40、50℃的等温吸附实验,并利用30℃单一温度吸附特性曲线和30、40、50℃多个温度综合吸附曲线预测40、50℃的等温吸附曲线。结果表明,k对获得单一温度的吸附特性曲线影响甚微,但对获得多温度下的综合吸附特性曲线影响较大,存在最优k值为3;单一温度下吸附特性曲线预测结果的偏差大于多个温度下综合吸附特性曲线预测的,在40、50℃的预测结果中,后者的预测精度分别为前者的2倍和2.5倍。多温度下的综合吸附特性曲线对吸附相密度的选择较敏感,预测40、50℃的等温吸附曲线时,应分别使用吸附相密度ρ_(ad2)和ρ_(ad1)。     

变压吸附浓缩煤层气吸附剂的选择实验

测量了5种活性炭在298,308,318 K时对CH4和N2的平衡吸附量并绘出相应的吸附等温线。结合5种活性炭的特性参数以及其对CH4和N2的吸附量,分析了影响活性炭对CH4和N2的吸附量的因素。以Langmuir吸附方程关联实验数据,计算出5种活性炭在不同温度下对CH4和N2的分离因子。研究结果可为选择变压吸附浓缩煤层气的吸附剂提供参考。     

煤表面非均匀势阱吸附甲烷特性数值模拟

利用蒙特卡洛方法建立了煤与甲烷吸附动力学的数值模型,并对两种非均匀势阱煤样模型的吸附甲烷过程进行计算,分析其在不同温度与吸附压力下吸附甲烷特性以及吸附热的变化规律。研究表明:非均匀势阱煤样模型等温吸附过程与理想朗格缪尔曲线有明显不同,等压吸附过程可利用负指数规律精确描述。煤样模型势阱深度分布的非均匀特征对煤与甲烷吸附热,以及吸附量对于温度和压力的敏感性均有一定影响。通过对不同吸附压力下吸附速率参数b的拟合计算,推导出非均匀势阱等温吸附方程,物理实验验证表明该方程对真实煤样吸附解吸甲烷过程的描述比理想朗格缪尔方程更加精确。     

钛柱撑蒙脱石对钴离子的吸附研究

本研究将聚合阳离子Ti4+通过溶胶-凝胶法柱撑插入提纯钠化蒙脱石层间,合成钛柱撑蒙脱石(Ti-pmnt)。X射线衍射分析表明合成材料具有较大的晶面间距(d(001)=2.94 nm)。采用Ti-pmnt合成材料对钴离子进行吸附,研究了pH值、吸附剂用量、温度、吸附时间及初始浓度对Ti-pmnt吸附钴离子的影响。结果表明：最佳吸附pH值为4,吸附平衡时间为120 min,去除率达到99.97%,饱和吸附量为41.94 mg/g,且升温不利于吸附反应进行。Ti-pmnt对钴离子吸附动力学遵循拟二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir等温模型。     

岩浆岩侵蚀型煤的瓦斯吸附特性研究

采用实验研究和方程拟合的方法,对陶一煤矿岩浆岩侵入型煤层煤样的瓦斯吸附特性进行了研究。实验研究结果表明,陶一煤矿煤层因受岩浆岩的侵入影响,煤层变质程度增高,其对瓦斯的吸附量偏低,且压力常数b出现负值,吸附曲线不能用Langmuir方程来描述,也不符合其他6类等温吸附曲线中的任何一类。     

蛇纹石吸附含氟地下水试验研究

以辽宁阜新含氟地下水为研究对象,采用室内静态试验方法,进行了蛇纹石吸附含氟地下水试验研究。结果表明,对于氟离子质量浓度5 mg/L的200 m L含氟地下水,在反应温度30℃,pH值为6.0,反应时间为2 h,振荡速度为150 r/min条件下,400 mg蛇纹石对氟离子吸附效果最佳,吸附容量可以达到2.326 mg/g,对氟离子去除率达到95.49%。蛇纹石对氟离子的吸附较好地符合Freundlich吸附等温模型,吸附过程符合准二级动力学模型。     

SO2在活性炭表面的吸附平衡和吸附动力学

基于固定床反应器研究烟气中SO2在活性炭表面的吸附平衡和吸附动力学。结果表明：活性炭吸附SO2在初始阶段呈现较快的吸附速率,该阶段和表面吸附有关;随着吸附的进行,表面活性位逐渐被占据,吸附速率下降,粒内扩散起主要作用;在接近吸附饱和阶段,SO2吸附量增加缓慢,SO2吸附与H2 SO4的脱附有关。与2 mm活性炭相比,0.075 mm活性炭呈现较快的SO2吸附速率和较高的吸附量;随着SO2体积分数的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量增加。SO2在活性炭上的动态吸附符合Bangham吸附动力学模型。用Langmuir和Freundlich吸附等温线模型拟合吸附数据,发现Freundlich模型能够很好地预测SO2在活性炭表面的吸附平衡。     

甲烷在页岩上的吸附等温过程

为了从热力学角度研究页岩吸附甲烷的机理,通过容积法测定35,50和65℃时,0~12MPa下甲烷在页岩上的吸附等温线,采用考虑吸附相体积的修正Langmuir模型处理实验数据,并根据Clausius-Clapeyron方程和vant Hoff方程计算甲烷在页岩上吸附时的等量吸附热和极限吸附热。结果表明:甲烷在页岩上的吸附等温线具有Ⅰ型吸附等温线特征,修正Langmuir吸附模型较好地拟合了吸附数据,拟合的平均相对误差小于4.1%。根据等量吸附线计算的等量吸附热为11.67~16.62 kJ/mol,平均14.58 kJ/mol,说明页岩对甲烷的吸附为物理吸附,并且等量吸附热随甲烷吸附量的增大而非线性递减,表明页岩表面能量的不均匀性,甲烷分子优先吸附在页岩表面的高能吸附位。由vant Hoff方程计算甲烷在页岩上的极限吸附热为23.91 kJ/mol。     

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。     

煤粉对焦化废水二级出水中有机物的吸附动力学研究

研究了煤粉对模拟焦化废水二级出水中苯酚、喹啉的吸附,考察了pH、煤粉投加量、吸附反应时间等因素对吸附效果的影响。实验表明：煤粉对模拟废水中有机物的吸附去除率焦煤略高于肥煤,煤粉(-0.5 mm)吸附容量为0.109 4～0.154 4 mg/g;焦煤吸附苯酚、肥煤吸附喹啉符合Freundlich吸附等温式,焦煤吸附喹啉则符合Langmuir等温式;不同煤种和不同粒度煤粉吸附有机物的反应动力学特性相似,均较好符合二级反应动力学模型,R²=0.990±0.008;吸附过程以液膜扩散为速率控制步骤;在不同温度下得到了焦煤吸附苯酚的速率常数方程lnk=188.54e^-11.64/(RT),吸附活化能E_a=11.64 kJ/mol。     

1831在蒙脱石上的吸附及其稳定性研究

以潍坊蒙脱石为原料,研究了十八烷基三甲氯化铵(1831)在蒙脱石上的吸附反应,建立了等温吸附模型,探讨了吸附量随时间和介质pH值的变化及机理,通过脱附反应研究了有机蒙脱石的稳定性。结果表明,Lang-muir吸附等温式和Redlich-Peterson等温吸附式能较好地拟合吸附曲线,利用表面活性剂在固液界面上的吸附公式也得到了较好地拟合。pH值较高有利于季铵盐在蒙脱石上的吸附,80℃的条件下得到的有机蒙脱石稳定性好于30℃。