煤对N_(2)/CH_(4)/CO_(2)混合气体竞争吸附特征与机理研究

摘要

为研究煤对N_(2),CH4及CO_(2)混合气体的竞争吸附特征及其机理,通过混合气体吸附/解吸装置,结合穿透曲线法,对大柳塔(DLT)、硫磺沟(LHG)、瑞能(RN)、山阳(SY)和屯宝(TB)5种煤样,开展了温度为20℃、注气压力为0.25 MPa条件下N_(2),CH4和CO_(2)等比例混合气体的竞争吸附试验,得到了不同煤样对混合气体竞争吸附的规律;通过低温氮气吸附法,分析了5种煤样的孔隙结构,研究了孔隙对混合气体竞争吸附的影响.结果表明:DLT,LHG和RN煤样中N_(2)和CH4先达到吸附平衡,一段时间后这2种气体在装置出口端的体积分数均超过其初始体积分数,而SY和TB煤样中只有N_(2)的出口端体积分数超过了其初始体积分数.试验结果与Yoon-Nelson模型拟合结果较好,线性相关系数R2基本可达0.9以上;各煤样传质速率常数均有k(N_(2))>k(CH4)>k(CO_(2))的规律,N_(2)和CH4可先被煤样吸附,随后传质速率慢的CO_(2)被吸附,由于煤对CO_(2)吸附量更大、吸附选择性更强,所以CO_(2)会将N_(2)和CH4置换出,导致二者出口端体积分数超过其初始体积分数.DLT,LHG和RN煤样比表面积和孔隙容积大于SY和TB煤样,平均孔径和最可几孔径小于SY和TB煤样;另外DLT,LHG和RN煤样微孔发育程度较高,利于竞争吸附发生,导致N_(2)与CH4皆被CO_(2)置换出,而SY和TB煤样中介孔最为发育,微孔发育程度低,致使仅有N_(2)被置换出.相关结论进一步完善了煤对多元气体的竞争吸附理论,对煤体竞争吸附的研究方法具有一定指导意义.