微波对煤体孔隙结构及瓦斯吸附特性影响的实验研究

摘要

煤层瓦斯开发利用是提高煤炭资源利用率，解决瓦斯灾害及瓦斯污染的重要因素。瓦斯作为一种清洁高效的能源，对于能源需求急剧增长的今天具有极大的影响。随着瓦斯开发利用技术的发展，微波被提出用于煤层增透及瓦斯解吸等瓦斯开发利用领域。为了研究微波作用对于煤体孔隙结构及对气体吸附能力的影响及作用机理，找出其中的内在机理，本文选取不同煤种制成煤粉作为研究对象，率先对微波设备的作用特性及比表面积测定仪的适用性进行分析，然后利用微波设备对实验过程中确定的五种煤样进行不同微波功率及作用时间的微波预处理，利用快速比表面积测定仪测定处理后煤样的比表面积数据，最后在自己搭建的简易吸附平台上进行低压氮气吸附实验。通过对实验数据的对比分析，找出比表面积变化与煤样吸附特性变化之间的联系，综合探讨阐述微波作用对于煤体孔隙结构及吸附能力影响的机理，根据实验分析主要得到了以下结论： （1）针对实验用的微波设备，功率和时间是影响煤在微波设备中升温效果的主要因素。相同时间下，微波功率越大，煤样的升温速度越快；在相同功率条件下，煤样的温度变化随时间皆呈快速升温、缓慢升温、趋于稳定“三阶段”变化趋势，但是温度区间的划分还是与微波功率有极大的关系。 （2）实验所用比表面积测定仪以动态法为原理，测量范围具有局限性。通过重复试验发现该设备对实验煤样的粒径有一定的要求。对褐煤等低阶煤，对60目以下的煤样所测得的数据重复性较好，精度更高；对无烟煤等高阶煤则必须要求在160目以下。 （3）利用比表面积测定仪测定了不同煤样在不同微波功率、作用时间、含水率因素下比表面积变化规律，发现煤样的比表面积随作用条件的不同会有很大的变化，同时不同煤样的比表面积变化规律会有很大的差异性，高阶煤随着微波功率增大及作用时间的延长，比表面积变化率较大，低阶煤的比表面积变化率反而会出现下降趋势，这与不同煤阶组分种类、自身结构等有很大关系。 （4）利用简易的低压氮气吸附设备测定了处理后煤样对于氮气的吸附能力变化，发现微波对于煤样吸附能力的影响会因煤样的不同而有较大差异。实验结果表明：高阶煤随着功率增大会由吸附能力稍有增加，而低阶煤会明显下降；所有煤样吸附能力随作用时间的增加呈不规律性变化，但普遍会有所增加。 （5）微波作用下，煤样的比表面变化与吸附能力的变化有一定的协同性。微波影响煤结构及吸附能力的原因可以归为水分、挥发分的低温溢散、有机物的高温热解、煤基质受热坍塌。

目录

第一个书签之前

摘 要

ABSTRACT

绪论

第二章 课题研究相关基础理论

2.2.1 几种基础吸附模型

2.2.2 影响瓦斯吸附的主要因素

2.3 煤在微波中的响应机理

2.3.1 微波加热原理

2.3.2 煤的介电特性

2.4 本章小结

第三章 试验设备及煤样制取

3.1 实验设备

3.1.3 其他设备

3.2 设备特性分析

3.2.1 快速比表面仪的测量特性

3.2.2 微波设备的作用特性分析

3.3 煤样的制备及相关性质

3.3.1 实验煤样的选取

3.3.2 原煤的工业分析

3.4本章小结

第四章 微波作用下煤体孔裂隙结构变化的实验研究

第五章 微波场下瓦斯吸附规律变化实验研究

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

作者简历及学术成果