煤对CO 2 ,N 2 和CH 4 的吸附速率经验公式与异同性研究
发布时间：2021-03-10 09:44
为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题,通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO2,N2,CH4吸附速率的适用性,选取4种不同煤质的煤样在0.5,1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验,分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳;压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性,气体吸附速率与压力符合指数函数关系,与挥发分呈现出二次函数关系,并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样;CH4和N2的吸附速率随压力升高而升高,而CO2的吸附速率因煤样而不同,且在同压下,不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。
【文章来源】：中国安全生产科学技术. 2020,16(09)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
H-Sorb2600高温高压吸附仪
由图2(a)可以看出,时间函数式的数据处理结果与预测一致,吸附量的倒数与时间函数的倒数呈良好的线性关系;由图2(b)可以看出,王佑安式的吸附量倒数与时间倒数在CH4和N2吸附中未呈现出线性关系,与预测结果不符,仅CO2吸附的线性关系良好。此外,时间函数式对拟合的稳定性更强,3种气体的线性相关系数均达到了0.99以上,而王佑安式的线性相关系数较低,CO2,N2和CH4依次为0.981 6,0.860 4和0.886 1。综上,相较于王佑安式,时间函数式对于气体吸附速率的拟合效果更优。3 实验数据处理及分析
3种气体的吸附速率均随着挥发分的升高,变质程度的降低,先减小后增大。二次函数存在对称轴处取最小值的规律。计算可以得到在0.5,1.0,2.0 MPa下,CO2吸附速率在对称轴处的挥发分含量分别为24.747%,24.032%和24.209%;CH4为22.814%,22.497%和22.165%;N2为22.363%,20.667%和20.490%。压力的升高,会使对称轴向低挥发分煤样移动,即最低吸附速率趋向于较高变质程度的煤样;在同压力下,对称轴处的挥发分含量符合CO2>CH4>N2,说明CH4较N2的最低吸附速率更趋向于低变质程度煤样,较CO2更趋向于高变质程度煤样。此外,通过表2可以看出,3种气体的最高吸附速率煤样也存在差异,CH4和CO2的最高吸附速率为4#煤样,而N2的最高吸附速率在0.5 MPa时为4#煤样,在1.0,2.0 MPa时为1#煤样。表2 常数n值、吸附速率B值及线性相关系数R2值Table 2 Constant n,adsorption rate B and correlation coefficient R2 value 煤样编号 压力/MPa CO2 N2 CH4 n B R2 n B R2 n B R2 1# 0.5 0.53 31.714 0.996 9 0.44 9.277 0.994 9 0.42 5.301 0.998 6 1.0 34.111 0.997 5 16.024 0.991 1 5.922 0.997 4 2.0 37.667 0.992 4 16.938 0.992 2 6.848 0.994 7 2# 0.5 0.5 16.169 0.996 9 0.48 3.686 0.996 5 0.45 1.061 0.994 4 1.0 14.955 0.995 4 3.997 0.997 2 1.340 0.997 0 2.0 14.700 0.998 4 4.506 0.997 3 1.451 0.996 5 3# 0.5 0.61 15.893 0.993 8 0.46 2.529 0.993 0 0.44 1.534 0.996 5 1.0 16.256 0.991 3 2.801 0.993 2 1.700 0.997 3 2.0 17.069 0.994 6 2.874 0.996 4 1.848 0.991 4 4# 0.5 0.64 97.500 0.999 1 0.56 13.727 0.995 8 0.66 9.051 0.996 3 1.0 78.333 0.994 6 14.730 0.996 2 9.083 0.993 1 2.0 96.333 0.993 3 14.908 0.997 1 9.511 0.994 0
【参考文献】：
期刊论文
[1]无烟煤及泥岩储层不同压力下气体吸附特征研究[J]. 李长龙,吴世跃,张美红,李元星. 煤炭科学技术. 2016(11)
[2]定压动态瓦斯解吸规律实验[J]. 秦跃平,王健,罗维,王亚茹. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(05)
[3]不同煤级煤对CH4、N2和CO2单组分气体的吸附[J]. 崔永君,张群,张泓,张庆玲. 天然气工业. 2005(01)
[4]煤和瓦斯突出危险煤层的某些特征[J]. 王佑安,杨思敬. 煤炭学报. 1980(01)
博士论文
[1]煤系地层注气和卸压抽采煤层气增产技术基础研究[D]. 张美红.太原理工大学 2017
[2]CH4、CO2、N2及其多元气体在煤层中的吸附-运移机理研究[D]. 周军平.重庆大学 2010
本文编号：3074465
【文章来源】：中国安全生产科学技术. 2020,16(09)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
H-Sorb2600高温高压吸附仪
由图2(a)可以看出,时间函数式的数据处理结果与预测一致,吸附量的倒数与时间函数的倒数呈良好的线性关系;由图2(b)可以看出,王佑安式的吸附量倒数与时间倒数在CH4和N2吸附中未呈现出线性关系,与预测结果不符,仅CO2吸附的线性关系良好。此外,时间函数式对拟合的稳定性更强,3种气体的线性相关系数均达到了0.99以上,而王佑安式的线性相关系数较低,CO2,N2和CH4依次为0.981 6,0.860 4和0.886 1。综上,相较于王佑安式,时间函数式对于气体吸附速率的拟合效果更优。3 实验数据处理及分析
3种气体的吸附速率均随着挥发分的升高,变质程度的降低,先减小后增大。二次函数存在对称轴处取最小值的规律。计算可以得到在0.5,1.0,2.0 MPa下,CO2吸附速率在对称轴处的挥发分含量分别为24.747%,24.032%和24.209%;CH4为22.814%,22.497%和22.165%;N2为22.363%,20.667%和20.490%。压力的升高,会使对称轴向低挥发分煤样移动,即最低吸附速率趋向于较高变质程度的煤样;在同压力下,对称轴处的挥发分含量符合CO2>CH4>N2,说明CH4较N2的最低吸附速率更趋向于低变质程度煤样,较CO2更趋向于高变质程度煤样。此外,通过表2可以看出,3种气体的最高吸附速率煤样也存在差异,CH4和CO2的最高吸附速率为4#煤样,而N2的最高吸附速率在0.5 MPa时为4#煤样,在1.0,2.0 MPa时为1#煤样。表2 常数n值、吸附速率B值及线性相关系数R2值Table 2 Constant n,adsorption rate B and correlation coefficient R2 value 煤样编号 压力/MPa CO2 N2 CH4 n B R2 n B R2 n B R2 1# 0.5 0.53 31.714 0.996 9 0.44 9.277 0.994 9 0.42 5.301 0.998 6 1.0 34.111 0.997 5 16.024 0.991 1 5.922 0.997 4 2.0 37.667 0.992 4 16.938 0.992 2 6.848 0.994 7 2# 0.5 0.5 16.169 0.996 9 0.48 3.686 0.996 5 0.45 1.061 0.994 4 1.0 14.955 0.995 4 3.997 0.997 2 1.340 0.997 0 2.0 14.700 0.998 4 4.506 0.997 3 1.451 0.996 5 3# 0.5 0.61 15.893 0.993 8 0.46 2.529 0.993 0 0.44 1.534 0.996 5 1.0 16.256 0.991 3 2.801 0.993 2 1.700 0.997 3 2.0 17.069 0.994 6 2.874 0.996 4 1.848 0.991 4 4# 0.5 0.64 97.500 0.999 1 0.56 13.727 0.995 8 0.66 9.051 0.996 3 1.0 78.333 0.994 6 14.730 0.996 2 9.083 0.993 1 2.0 96.333 0.993 3 14.908 0.997 1 9.511 0.994 0
【参考文献】：
期刊论文
[1]无烟煤及泥岩储层不同压力下气体吸附特征研究[J]. 李长龙,吴世跃,张美红,李元星. 煤炭科学技术. 2016(11)
[2]定压动态瓦斯解吸规律实验[J]. 秦跃平,王健,罗维,王亚茹. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(05)
[3]不同煤级煤对CH4、N2和CO2单组分气体的吸附[J]. 崔永君,张群,张泓,张庆玲. 天然气工业. 2005(01)
[4]煤和瓦斯突出危险煤层的某些特征[J]. 王佑安,杨思敬. 煤炭学报. 1980(01)
博士论文
[1]煤系地层注气和卸压抽采煤层气增产技术基础研究[D]. 张美红.太原理工大学 2017
[2]CH4、CO2、N2及其多元气体在煤层中的吸附-运移机理研究[D]. 周军平.重庆大学 2010
本文编号：3074465
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