中高阶烟煤对甲烷的吸附/解吸特征研究

【摘要】： 一直以来,人们都比较重视煤层气吸附特征的研究。随着煤层气工业的形成,煤层气开采遇到了许多问题,人们才逐渐把焦点集中在煤层气解吸特征的研究上。中高阶烟煤变质程度较高、含气量大,是煤层气开发的优选区,所以笔者从我国中高阶烟煤矿区采集了20个煤样,以期获得该变质阶段的煤的吸附/解吸特征。 煤的孔隙结构是煤具有吸附甲烷特性的直接原因,物质成分是孔隙结构的载体,因此它是间接原因;要想弄清楚煤对甲烷的吸附/解吸特征,就要对这两方面的因素进行全面分析。本文对煤样进行了显微煤岩成分构成、工业成分构成等煤样物质成分方面的鉴定;通过液氮吸附实验、压汞实验等方法测量了孔径、孔容、孔比表面积、孔隙度等煤样孔隙结构方面的特征;利用高压容量法对煤样进行了吸附/解吸实验,获得了吸附过程与解吸过程中过剩吸附量的实验数据,并按照质量守恒原理对过剩吸附量进行了校正,得到了校正吸附量(绝对吸附量的近似值)。 笔者将Langmuir吸附式加以改造后,将其命名为Langmuir解吸式。本文用Langmuir吸附式来拟合吸附过程的数据,用Langmuir解吸式来拟合解吸过程的数据,吸附数据与解吸数据拟合结果的相关系数的平方R2都达到99%以上。笔者在Langmuir解吸式的基础上,提出了理论解吸残余量c、理论解吸率η、理论解吸残余率1-η的概念。笔者详细分析了煤样的物质成分和孔隙结构对Langmuir体积VL和理论解吸残余量c的影响,结果发现:在中高阶烟煤中,煤的变质程度、镜质组含量、固定碳含量、微孔孔容是促进甲烷吸附和阻碍甲烷解吸的主要因素;而煤的平衡水分含量、灰分含量、孔隙比表面积以及小孔、中孔、大孔的孔容则与甲烷的吸附/解吸没有明显关系。 【关键词】：中高阶烟煤 Langmuir吸附式 Langmuir解吸式 理论解吸残余量 理论解吸率 理论解吸残余率
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P618.11
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 前言7-17
• 1.1 气固吸附作用研究现状8-12
• 1.1.1 吸附的相关概念8-9
• 1.1.2 吸附理论的发展概况9-12
• 1.2 煤层气吸附/解吸研究发展概况12-14
• 1.3 研究内容14-15
• 1.4 研究方法和技术路线15-16
• 1.4.1 研究方法15
• 1.4.2 技术路线15-16
• 1.5 论文的主要工作量16-17
• 2 煤样物质成分特征17-23
• 2.1 显微煤岩分析17-20
• 2.2 工业分析20-22
• 2.3 小结22-23
• 3 煤样孔隙结构特征23-35
• 3.1 煤孔隙大小分类23-24
• 3.2 煤样孔隙结构表征24-34
• 3.2.1 低温液氮吸附分析25-29
• 3.2.2 压汞分析29-34
• 3.3 小结34-35
• 4 吸附/解吸实验35-51
• 4.1 煤样制备35
• 4.2 水分平衡处理35-36
• 4.3 检验设备密封性36
• 4.4 样品缸自由空间体积测定36-37
• 4.5 吸附实验37
• 4.6 解吸实验37-38
• 4.7 吸附量计算38-43
• 4.7.1 过剩吸附量计算38-40
• 4.7.2 校正吸附量计算40-43
• 4.8 等温吸附/解吸实验结果43-50
• 4.9 小结50-51
• 5 吸附/解吸数据拟合及评价51-58
• 5.1 吸附/解吸数据拟合51-56
• 5.2 拟合结果评价56-57
• 5.3 小结57-58
• 6 吸附/解吸影响因素分析58-64
• 6.1 物质成分因素58-61
• 6.1.1 有机显微煤岩组分59-60
• 6.1.2 无机显微煤岩组分60
• 6.1.3 固定碳60
• 6.1.4 挥发分60
• 6.1.5 平衡水分60-61
• 6.2 孔隙结构因素61-63
• 6.2.1 比表面积62-63
• 6.2.2 孔容63
• 6.2.3 氦孔隙度63
• 6.2.4 汞残余率63
• 6.3 小结63-64
• 7 结论64-65
• 7.1 结论64
• 7.2 建议64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-68
• 附录68-78
• 硕士研究生期间发表的论文78
• 硕士研究生期间参与的科研项目78

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