颗粒煤瓦斯吸附时间与吸附饱和度关系研究

发布时间：2020-05-08 12:06

【摘要】：实验室开展瓦斯扩散、渗流实验前需要进行甲烷吸附,由于设备精度限制,多存在吸附时长选取的随意性和主观性,高甲烷吸附饱和度是准确获取扩散、渗流实验特征参数的重要保证,而不同粒径-初始边界压力条件下颗粒煤达到不同吸附饱和度所需时间存在较大差异。因此掌握实验室常用粒径-压力条件下吸附时间与吸附饱和度关系,对于高效、准确掌握不同条件下甲烷吸附时间具有重要意义。为获取实验室常用粒径-压力条件下吸附时间与吸附饱和度数学模型,开展了下列工作:(1)不同粒径-初始平衡压力颗粒煤瓦斯扩散实验;(2)利用MATLAB软件拟合计算甲烷质量浓度在颗粒煤由边界至内部球心分布规律;(3)考察LangmuirEXT1、LangmuirEXT2、FreundlichEXT、BET 4种吸附模型,及ExpGro1指数模型对吸附时间-吸附饱和度数据拟合情况,优选模型并获取特征值参数。研究发现:(1)经典扩散模型对前10 min各实验条件下扩散率数据拟合效果最好,30 min后拟合精度随着颗粒煤粒径减小误差扩大;扩散系数D值随着实验时间的延长而减小;同粒径扩散系数D值随着初始吸附平衡压力的增大呈现出先减小后增大的规律,拐点均为3.0 MPa。(2)球心处甲烷质量浓度均随着边界甲烷压力的增大呈递增趋势,粒径越小,增长趋势越显著;同边界甲烷压力条件下,球心处甲烷质量浓度均随着粒径的增大呈递减趋势;大粒径颗粒煤24 h吸附饱和度在4.0 MPa条件下最大仅有30.60%,对于大粒径颗粒煤,需根据所需吸附饱和度延长吸附时间。(3)同粒径颗粒煤,随着边界压力的增大,达到同一吸附饱和度所需时间呈递增趋势;吸附饱和度精度越高,随着吸附平衡压力增大,所需时间越长;非必需高精度实验,建议按吸附饱和度达0.9开展实验即可;LangmuirEXT2模型对颗粒煤吸附时间与吸附饱和度关系拟合效果最好,BET模型拟合效果最差;LangmuirEXT2模型对各边界压力-粒径条件下的数据均拟合较好,Adj.R-Square值均在0.96409以上,用LangmuirEXT2模型来描述吸附时间与吸附饱和度关系具有可行性;吸附时间与吸附饱和度关系可根据LangmuirEXT2模型及文中测试的不同条件下模型特征值参数来综合确定,可结合所开展实验吸附饱和度要求,制定合理吸附时间,为合理选取吸附时长提供依据。
【图文】：

原理图,实验系统,原理图,扩散系数

图 1-1 实验系统原理图Fig.1-1 Schematic diagram of experimental system2 22 2 2106 11 exptnQ n DQ n rππ∞=∞ = Σ （：tQ ——累计扩散量，cm3/g；Q∞——极限可解吸量，cm3/g；0r ——煤粒半径，cm；D——甲烷在煤中的扩散系数（经典扩散模型），，cm2/s；t——时间，s。（2）颗粒煤不同吸附时间质量浓度分布规律考察根据多孔介质 Fick 扩散定律，依据质量守恒定律推导出瓦斯在颗粒煤性出扩散方程式，基于较成熟的扩散理论及扩散系数计算模型，采用型拟合精度较高的扩散系数作为基础参数，设置不同粒径-边界质量浓

路线图,路线图,吸附饱和,边界压力

TLAB 软件计算考察不同边界压力-粒径条件下，达到不同吸附饱和度所需时，分析吸附时间随粒径、边界压力、吸附饱和度的变化关系；利用 origin 软件，察 LangmuirEXT1、LangmuirEXT2、FreundlichEXT、BET4 种吸附模型，以及pGro1 指数模型对吸附时间-吸附饱和度关系拟合情况，优选拟合模型，计算获优选拟合模型在各条件下的特征值参数，为实验室开展甲烷吸附实验计算合理附时间提供依据。4.3 技术路线技术路线见图 1-2：
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712

【参考文献】