低温氮吸附法与煤中微孔隙特征的研究

对不同矿区24个煤样作了低温氮吸附试验,分析了吸附等温线及吸附回线的形态、类型,划分出L1,L2,L3型3种煤的低温氮吸附回线类型,讨论了共与煤中微孔隙发育特征的关系。试验结果表明,煤中孔隙是从小至分子级（孔径约0．86nm）大至无上限的较连续的孔系统,其中孔形结构可分为：开放型透气性Ⅰ类孔;一端封闭的不透气性Ⅱ类孔;细颈瓶形Ⅲ类孔,煤中孔径约小于3nm的孔大多为一端封闭的Ⅱ类孔;细颈瓶形孔的瓶劲直径也是3nm左右。     

煤的吸附特征及煤中孔隙的分布规律

采用低温氮吸附法实测煤的吸附等温线,对煤的吸附特征进行了总结,并分析了其形成原因;通过实测煤样的累计孔容及孔径分布,指出煤中孔是从小孔(分子级孔)至大孔的连续、完整的孔系统,而<50A°的微孔在其中占有主导地位。     

印尼褐煤的吸附特性及脱水研究

采用低温氮吸附法获得印尼褐煤的吸附-脱附等温线,通过对比分析得到该煤种的内部孔隙特征.实验结果表明,印尼褐煤比表面积很大,尤其是存在大量的一端封闭一端开放的孔隙结构,这是其含水量高、易吸水回潮并不易脱水的主要原因.在一定的温度条件下对其进行轴向冲击挤压处理,褐煤内部的孔径分布特征没有发生较大改变,但对中、大孔的数量影响很大,特别是半封闭孔明显减少,整体比表面积大大降低,这种改质方法将对降低褐煤的含水量和吸水性有一定的意义.     

煤粒的微观孔隙结构特征实验研究

为了进一步深入分析煤体内部的孔隙结构特征,利用美国康塔Autosorb-iQ全自动比表面和孔径分布分析仪,实验研究了煤粒(同种煤不同粒径)的吸附等温线,并对其微观结构特征参数——比表面积、孔容及平均孔径进行了分析。研究表明:不同粒径煤粒吸附等温线呈现出相似的变化趋势;随着煤粒粒径的增大,煤粒的比表面积和总孔容逐渐减小,而平均孔径增大。研究结果为煤体瓦斯的吸附、解吸及渗流等机理的研究提供了一定的理论基础。     

煤粒的微观孔隙结构特征实验研究

为了进一步深入分析煤体内部的孔隙结构特征,利用美国康塔Autosorb-iQ全自动比表面和孔径分布分析仪,实验研究了煤粒(同种煤不同粒径)的吸附等温线,并对其微观结构特征参数---比表面积、孔容及平均孔径进行了分析。研究表明：不同粒径煤粒吸附等温线呈现出相似的变化趋势;随着煤粒粒径的增大,煤粒的比表面积和总孔容逐渐减小,而平均孔径增大。研究结果为煤体瓦斯的吸附、解吸及渗流等机理的研究提供了一定的理论基础。     

热解条件对煤焦比表面积及孔隙分布的影响

在固定床反应器与高温沉降炉中由神木煤和华亭煤制得6组煤焦,考察了升温速率、热解温度对煤焦比表面积和孔隙分布的影响.煤粒在固定床中的升温速率为10 K/min,热解终温900 ℃;在高温沉降炉中升温速率大于1 000 K/s,热解终温为1 100 ℃和1 500 ℃,煤焦的孔隙结构采用低温氮吸附法进行分析.可以发现,快速热解煤焦的比表面积远大于慢速热解煤焦,并随着热解温度的升高而减小.说明挥发分在析出慢时易堵塞孔隙,而热解温度升高使快速热解煤焦的部分微孔转变为中孔和大孔,从而减小比表面积.     

煤焦改性对烟气中不同形态汞的吸附性能

为探究煤焦吸附剂对烟气中单质汞和氯化汞的吸附特性,选取小龙潭褐煤和大同烟煤在管式炉氮气氛围下热解制焦,采用美国Micromeritics公司ASAP2020自动吸附仪测定煤焦比表面积和孔径特性。测试结果表明,低阶煤小龙潭褐煤拥有更大的比表面;制焦过程中的升温速率以及停留时间也会影响煤焦的比表面积。煤焦比表面积主要受挥发分的析出和颗粒的受热变形影响。在实验室固定床台架分别对煤焦的单质汞和氯化汞的吸附性能进行了实验研究。吸附实验表明,煤焦吸附Hg0和HgCl2性能与煤焦的比表面积成显著的正相关关系;孔容积的增加也能够促进煤焦的吸附性能。经过盐酸和氢氧化钠溶液改性后的煤焦对单质汞和氯化汞吸附能力都有所提高,盐酸改性引入的表面官能团促进了改性煤焦对Hg0的氧化和化学吸附;根据相似相容原理,氢氧化钠溶液改性引入的-OH改善了煤焦对氯化汞的吸附。     

配入低阶煤对制得气化焦气化特性的影响

从7种煤样中筛选出3种制焦配煤,利用高温热解实验装置在不同热解温度条件下制备3种煤焦,分析了温度对热解产物分布的影响规律,测定了煤焦的比表面积、孔体积及孔径分布特征,并揭示了煤焦孔隙特性及煤种与煤焦的CO2气化反应活性的相互关系。结果表明,随热解温度的升高,3种煤焦收率下降,同等温度条件下,配煤CY/QM制得的煤焦收率最低;在制焦终温低于1 150℃时,煤焦的比表面积及孔体积随制焦温度的提高而增大,气化活性亦随之增加,不同配煤所制得的煤焦反应性大小顺序为:CY/QMCY/QM/JMCY/GSJM;而在制焦温度达到1 150℃之后,煤焦部分孔结构坍塌,其气化活性不再明显增加,3种配煤所制得煤焦的反应性亦相差不大。     

基于吸附层厚度理论的软硬煤吸附机理解析

针对同一变质程度软/硬煤的比表面积和总孔容积相差数倍,但其对甲烷吸附量却相当这一现象,根据热力学原理及煤对甲烷吸附机理,建立了煤的孔径对甲烷吸附层厚度的方程,数值分析了吸附压力和孔径对吸附层厚度（吸附层数）的影响,同时采用软/硬煤的孔径分布拟合函数,数值计算了软/硬煤的瓦斯等温吸附曲线,并与实测结果进行了对比分析。研究结果表明：基于吸附层厚度理论,在同一吸附平衡压力下,甲烷吸附层厚度随着孔径增大呈负指数变化,即煤体对甲烷的吸附是不同分子层的集合。采用煤体中孔径与其孔体积的分段函数和煤对甲烷的吸附层厚度理论,计算得到的瓦斯吸附等温线无论是变化趋势还是定量上均与实测结果一致,误差小于6.5%。因而,吸附层厚度理论很好地揭示了软/硬煤对甲烷吸附特征。由此,只要测得煤的孔径分布特征,即可采用吸附层厚度理论对其吸附量进行计算,为预测煤层瓦斯含量提供新方法。     

基于液氮吸附法对煤的孔隙特征研究与应用

为了探讨煤微孔隙孔径分布特征和孔结构特征,结合不同变质程度煤及不同煤体结构煤的液氮吸附试验结果,对煤的孔隙特征和液氮吸附—脱附曲线特征进行了分类研究,并将分类结果与煤储层评价结合进行了综合研究。研究结果表明:煤的液氮吸附曲线属于BET分类方案的Ⅱ型吸附等温线。依煤的孔径特征将液氮吸附曲线划分为3类:以微孔为主的A1类;以微孔和小孔为主的A2类;以微孔、小孔、中孔为朱的A3类。同时,据煤的孔隙类型将煤的液氮脱附回线划分为3类:D1型以一端开口的孔为主;D2型以孔径小于4 nm的一端开口孔为主,大于4 nm以两端开口的孔和墨水瓶孔为主,同时含有少量的一端开口的孔;D3型主要为狭窄的缝形孔。在煤层气勘探开发有利区预测时应该首选A2D3型煤储层,在煤层气含量相同的情况下应该首选A3D3型煤储层。     

两淮煤田煤储层孔-裂隙系统与煤层气产出性能研究

借助于光学显微镜显微裂隙分析、压汞孔隙分析及低温氮吸附试验等手段，研究了两淮煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况.研究发现该区煤储层孔、裂隙系统具有如下特征：① 显微裂隙非常发育，且多以宽度小于5 μm且长度小于300 μm的裂隙为主体；② 孔隙度较小，且孔隙类型中吸附孔（0～100 nm）远比渗流孔（大于100 nm）发育；③ 吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔.这种两极、双峰分布的孔裂隙系统结构，有利于煤层气的聚集，但对煤层气的开采不十分有利.     

循环流化床锅炉飞灰微观特性的研究

从微观角度入手,通过氮吸附仪、压汞仪和扫描电子显微镜观测了某循环流化床锅炉中不同粒径段飞灰颗粒的微观特性。结果表明：飞灰的含碳量与其粒径之间具有峰值特征;不同粒径段飞灰的吸附等温线均近似为第Ⅱ类;孔类型主要为锥形孔、平行板狭缝孔和墨水瓶状孔;孔径分布很宽,但未发现2 nm以下的孔;飞灰的孔径分布从几纳米至几万纳米,最可...     

大佛寺煤储层甲烷解吸的传质过程研究

以CH4解吸过程CH4的质点运移过程、能量来源与传递为研究目标,剥离大佛寺4号煤的镜煤与暗煤,进行工业分析、煤岩分析、液氮吸附、压汞实验、润湿性测定、吸附/解吸等对比实验,进行吸附热计算。研究认为:按照传质功能分类,煤的孔隙分半开放孔与连通孔,镜煤吸附量大,以半开放孔为主,暗煤以连通孔为主;降压湍动引起水的蒸汽化,H2O的吸附放热导致CH4的解吸,降压解吸的本质是竞争吸附,表现为置换解吸;煤层气的产出的传质过程是低溶解度的CH4气核空化过程(Cavitition)。煤的吸水、平衡水实验与CT扫描结果初步验证了我们对煤层气产出的传质过程认识。研究结果补充了解吸作用的能量来源问题。     

基于热重的煤热解反应动力学试验研究

采用热重分析法对4种不同粒径范围内的5种不同煤样进行热解特性试验研究,以考察煤化程度和粒径对煤热解过程的影响规律,同时对其热解动力学进行了特性分析。试验结果表明,煤的热解反应活性随着煤化程度的增加而逐渐降低;煤的传质传热受到粒径影响,煤的热解总失重率随着粒径的增大而减少,但当粒径小于一定数值时,蒙东褐煤、河曲2#煤和孙家沟煤的热解总失重率反而随着粒径的减少略有增加。在热重试验的基础上建立热解反应动力学模型并求解模型参数,把握热解特征和规律,以期在一定程度上对煤炭地下气化提供相应的理论指导。     

全尾矿浓密压密区细观结构研究

为对全尾矿浓密压密区的细观结构进行三维表征和定量化研究，使用显微CT对压密区进行了扫描，基于体绘制方法进行了絮团和孔隙结构的三维重构，并对絮团分形维数、絮团面积率、孔隙分支数量、孔隙尺寸、孔隙连通密度等参数的变化规律进行研究。结果表明：①压密区絮团体积所占比重较大，并且絮团连通性较好，絮团面积率与絮团分形维数的变化趋势相反；②绝大部分孔隙的分支数目不超过2个，分支长度大多较短小；③压密区孔隙结构数量众多，但孔隙基本较小，体积小于500 μm³的孔隙占98.6%，表面积小于500 μm²的孔隙占97.6%，孔隙结构的连通性不佳，连通密度最高为0.000 218。通过压密区絮团结构和孔隙结构的三维重构，以及对孔隙与絮团各项结构参数的分析，有利于进一步揭示全尾矿浓密压密区细观结构规律。     

煤粒瓦斯变压吸附数学模型及数值解算

为了验证达西定律是煤粒瓦斯流动的普适性规律,在之前所做的不同形状煤粒的定压吸附解吸及变压解吸实验基础上,设计了封闭空间内煤粒瓦斯变压吸附实验,分别得到42.976,11.600~13.800,3.350~4.000和1.180~1.400 mm四种不同粒径的煤样在0.5,1,2和4 MPa四种初始压力下瓦斯累积吸附量随时间的变化情况。基于达西和菲克定律,分别建立封闭空间内煤粒瓦斯变压吸附数学模型。运用有限差分法计算模型,并编制Visual Basic计算机程序对方程进行解算,得到两种模型在不同时间不同初始瓦斯压力下的瓦斯累积吸附量。通过对比分析实验和数值模拟得到的ln[1-(Q_t/Q_∞)~2]与t关系图,发现封闭空间内煤粒瓦斯吸附过程同样遵循达西定律。这与之前所做的一系列研究所得结论一致,即无论是吸附还是解吸过程,煤粒外部压力变化与否,煤粒形状如何,均可得到达西定律是煤粒瓦斯流动基本规律。     

煤层气吸附与解吸可逆性实验研究

以等温吸附与解吸实验为手段,通过对不同变质程度的煤进行吸附/解吸等温线的测定,探讨煤层气吸附与解吸可逆性.实验结果分析发现:低阶煤煤样吸附/解吸曲线出现了明显的滞后环,吸附和解吸过程所回归a(Langmuir体积)值相差比较大,说明吸附与解吸吻合性差,对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性;中、高级煤吸附与解吸等温线具有很好的重合性,吸附与解吸过程所回归的a(Langmuir体积)值也比较接近,对甲烷的吸附和解吸表现出可逆性.该现象的发现,为煤层气开采参数的确定具有一定的意义.     

低氧快速热解过程中氧气体积分数对活性焦孔隙结构的影响

为研究成本低、性能高的脱硫用活性焦,以烟煤为原料,在沉降炉试验台上研究低氧快速热解条件下活化氛围中氧气体积分数对活性焦孔隙结构的影响。通过氮气吸附、骤冷密度泛函理论研究活性焦的孔隙结构的演化,通过扫描电镜的方法研究活性焦的表面烧蚀特性。结果表明,低氧快速热解为挥发分析出为主的过程。所获得活性焦的低吸附等温线的类型具备Ⅰ型和Ⅳ型等温线的特征,孔隙结构以微孔结构为主。活性焦表面发生不同程度的烧蚀,表面烧蚀缺陷近似圆形,并且随着氧气体积分数的增加,烧蚀从表面逐渐向颗粒内部发展。适当的氧气含量有利于活性焦孔隙结构的发展,氧气体积分数低于6%时,氧气体积分数的增加使微孔结构更加丰富,孔容积和比表面积均有很大程度提高。氧气体积分数增加到一定程度(8%)时,由于孔壁的塌陷,最终导致活性焦的表面积和孔容积有大幅度的降低。     

不同含水条件下黏土孔隙分布特征及甲烷吸附能力

选用常见的页岩黏土矿物伊利石和高岭石,开展了不同湿度平衡样品的N2吸附/脱附实验和高压CH4吸附实验,研究黏土矿物孔隙分布特征的变化,并从微观上量化评价含水饱和度,分析其对甲烷吸附的影响。研究结果表明:水分的存在主要影响黏土矿物微小孔隙的分布,高湿度条件下(RH=98%)的毛细凝聚作用导致微小孔隙(5.15 nm)在孔径分布曲线上消失及比表面积的大幅下降。同时研究表明:黏土吸水能力与微小孔隙发育程度密切相关,当RH=98%时,微孔更为发育的高岭石含水饱和度(S_w=71.43%)高于伊利石(S_w=46.15%),且在此条件下,由于小孔凝聚以及吸附特征的改变(气-固吸附转变为气-液界面吸附),样品甲烷吸附能力下降近85%。因此,干燥条件下的实验结果不能代表实际页岩储集特征。     

莫桑比克某鳞片石墨制备可膨胀石墨工艺条件研究

为了确定莫桑比克某天然鳞片石墨制备可膨胀石墨的工艺条件及其性能，进行了制备工艺条件研究，并对其性能及机理进行了研究。结果表明，+0.5 mm、0.5～0.3 mm粒级鳞片石墨在HAc和HClO₄与石墨的体积质量比分别为1.3 mL/g和5 mL/g，KMnO₄与石墨的质量比为0.13，反应温度为50 ℃，反应时间为60 min条件下的可膨胀石墨在850 ℃的膨胀体积分别为450 mL/g，400 mL/g；0.3～0.18 mm粒级鳞片石墨在HAc和HClO4与石墨的体积质量比分别为1.3 mL/g和5 mL/g，KMnO4与石墨的质量比为0.17，反应温度为50 ℃，反应时间为60 min条件下的可膨胀石墨在850 ℃的膨胀体积为320 mL/g；不同粒级的鳞片石墨的膨胀体积受条件变化的影响大体相近，相对来说，粒度越粗，氧化插层反应的效果越好，制得的可膨胀石墨的膨胀体积也越大；经过氧化插层反应，鳞片石墨层间空隙嵌入了ClO[-4]和Ac^-，制得的可膨胀石墨经过高温膨胀，层间空隙的ClO[-4]和Ac-迅速气化分解，产生的大量气体破坏了石墨层间的分子作用力，撑开了石墨片层，形成了体积大、蠕虫效果良好、具有丰富孔隙的膨胀石墨。