温度对不同变质程度煤吸附CH4/CO2特性的实验研究

摘要

煤层气是一种非常重要的不可再生资源，它的主要成分是CH4。二氧化碳是导致全球变暖的温室气体，将二氧化碳封存在煤层中，不仅能够减少大气中的二氧化碳，还可以置换煤层中的CH4。煤吸附 CH4/CO2的能力受到温度、煤阶、矿物成分、水分含量等因素的影响。其中，温度对煤吸附 CH4/CO2的影响尤为显著。因此，本文选取大兴（DX）、孔庄（KZ）、九里山（JLS）三种不同变质程度煤样，通过实验研究了温度对煤吸附CH4/CO2的影响。 首先，利用粉碎机和煤样筛得到不同粒径的煤样，然后进行工业分析、镜质组反射率和坚固性系数的测定，得到煤样基础物性参数。结合压汞实验和液氮吸附实验，对DX、KZ、JLS三种煤样孔隙结构进行了分析，DX煤样总孔容为0.0607 mL/g，KZ煤样总孔容为0.0388 mL/g，JLS煤样总孔容为0.0475 mL/g。DX煤样比表面积为11.5 m2/g，KZ煤样比表面积为2.5 m2/g，JLS煤样比表面积为3.4 m2/g。DX 煤样微孔较为发育，小孔、中孔、大孔不发育；KZ 煤样微孔、小孔较为发育，中孔、大孔不发育；JLS煤样也是微孔、小孔较为发育，中孔、大孔不发育。 在实验室测定了DX、KZ、JLS三种煤样在283.15 K、293.15 K、303.15 K、313.15 K、323.15 K、333.15 K、343.15 K、353.15 K八个温度点下吸附CH4/CO2含量。根据实验数据，绘制了不同温度下的等温吸附曲线，各曲线符合朗格缪尔方程特征规律。同种煤样在每个温度下，吸附 CH4/CO2气体量随压力增大先快速增加，然后趋于平稳；三种煤样在同温同压条件下，吸附 CH4/CO2能力由大到小依次是DX煤样、JLS煤样、KZ煤样。利用等温吸附曲线，拟合得到朗格缪尔体积和朗格缪尔压力，温度从283.15 K升高到333.15 K的过程中，朗缪尔体积大致呈线性减小的趋势；温度从333.15 K升高到353.15 K的过程中，朗缪尔体积不再有大的变化，基本平稳；朗格缪尔压力的变化趋势整体上随着温度升高呈缓慢上升趋势。 根据实验数据，分别绘制了DX、KZ、JLS三种不同变质程度煤样在0.5 MPa、1 MPa、1.5 MPa、2 MPa、2.5 MPa、3MPa、3.5 MPa、4 MPa吸附CH4/CO2等压吸附曲线。当实验温度低于关键温度 T 时，吸附量随着温度升高而逐渐线性减小；当实验温度高于关键温度T时，吸附量基本平稳，变化不明显。 煤吸附 CH4/CO2过程属于物理吸附过程，煤对 CH4/CO2的吸附这一物理过程是放热的。根据实验数据绘制了DX、KZ、JLS三种煤样吸附CH4/CO2覆盖度随压力变化曲线。DX、KZ、JLS三种煤样吸附CH4/ CO2覆盖度随压力升高，先快速增大，然后趋于稳定。还根据实验数据绘制了DX、KZ、JLS三种煤样吸附CH4/CO2覆盖度随温度变化曲线，三种煤样等温吸附覆盖度变化趋势基本相似， 随着温度升高，吸附覆盖度先缓慢下降，然后趋于平稳。

目录

第一个书签之前