煤孔隙结构和煤对气体吸附特性研究

摘要

本文利用物理化学、界面化学、煤化学、煤岩学等知识，在实验研究的基础上借助计算机作为辅助工具对煤孔隙结构和煤吸附CH4、N2、CO2及CH4/CO2二元混合气体吸附特性进行了系统研究。本研究对于丰富煤孔隙特征、煤层气和瓦斯理论，特别是对注CO2提高煤层采收率和CO2的埋藏具有重要意义。
　　对于煤孔隙结构的研究采用压汞法和低温液氮吸附法，并从孔径分布、孔容分布和比表面积分布来表征煤孔隙特征。压汞法的实验结果表明煤具有发育的大孔和微孔结构，微孔和小孔对于侵入的汞有滞留作用，无烟煤的孔容和比表面积都大于烟煤。液氮法实验结果表明煤对液氮的吸附量具有异常现象，该异常现象是由于煤为非刚性吸附剂，即煤吸附和解吸液氮后可引起煤基质膨胀和收缩。为利用异常吸附数据来表征煤孔隙结构，特采用常规、特殊处理方法和线性、最大值校正法，分别采用圆筒孔和平行板孔等效模型对煤孔隙的孔容和比表面积进行计算，校正结果表明最大值校正法是可行性的。计算结果表明煤的小孔和微孔是煤吸附的主要空间。
　　本文在对晋城和潞安煤对纯CH4、N2、CO2及CH4/CO2二元混合气体吸附/解吸特性研究的基础上，对二煤纯气体吸附数据采用SPSS、线性回归法和EXCEL法对Langmuir、BET、D-A和D-R吸附模型进行拟合，最后利用拟合参数对煤吸附特性、煤孔隙结构进行了初步研究。研究表明：煤对CO2具有优先吸附特性，但特殊情况下出现了CH4优先吸附特性；拟合参数可从一定角度解释煤的吸附特性和煤吸附/解吸过程中煤孔隙结构的变化，但由于拟合过程中各参数间存在相互作用、煤吸附/解吸过程中煤基质的变化、模型中超临界状态下的物理意义的不确定性等问题，因此模拟参数还不能定量地对煤微孔结构及变化情况。

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Contents

1 绪 言

1.1 课题的提出

1.2 研究现状

1.3 主要研究内容和研究方法

2 压汞法对煤孔隙特征的研究

2.1 实验原料特性分析

2.2 压汞法测定原理对煤样孔隙特征的表征

2.3 压汞法测试结果

2.4 压汞法对煤样孔隙特征的表征

2.5 小 结

3 低温氮吸附法对煤孔隙特征的表征

3.1 圆筒和平行板等效模型理论

3.2 压力对液氮吸附量的影响

3.3 煤对氮吸附量的处理方法

3.4 预测软件的编制

3.5 圆筒等效模型用于煤孔容和表面积的表征

3.6 平行板等效模型用于煤孔容和表面积的表征

3.7 煤孔容和孔表面积的表征

3.8 小 结

4 煤对CH4、N2和CO2选择性吸附研究

4.1 实验方法

4.2 煤对纯CH4、N2、CO2吸附和解吸特性

4.3 煤对CH4和CO2的优先性吸附

4.4 小 结

5 煤对纯CH4、N2和CO2气体吸附模型拟合及应用

5.1 吸附模型

5.3 拟合参数应用

5.4 模型拟合中参数的不确定性研究

5.5 小 结

6 结 论

6.1主要结论

6.2 存在问题

6.3 创新点

致谢

参考文献

个人简介和攻读硕士期间主要成果