He对煤中CH_4的置换效应研究

发布时间：2017-09-08 19:42

  本文关键词：He对煤中CH_4的置换效应研究

  更多相关文章： CH_4解吸 高压注气 等压扩散 置换效应 机理

【摘要】：基于高压容量法,本文对制备的煤样进行CH4及He的吸附-解吸实验和不同条件下注入He置换煤中甲烷实验,研究了煤对CH4和He的吸附-解吸规律以及验证高压注气过程中压力变化对置换效应的影响。通过阳泉矿区15号煤样对单组分气体CH4和He的吸附-解吸实验表明,煤对He的吸附量可以忽略不计,从分子极性、临界温度及分子直径方面的分析也证实了He为非吸附性气体,仅具有驱替作用;从孔径分布、孔型及吸附势角度解释了煤对CH4吸附曲线的滞后现象。根据高压注气和等压扩散条件下He对煤中CH4的置换效应实验结果,从定性和定量的角度分析了两种条件下He对煤中CH4的置换效应,结果表明:高压下注入He后,吸附过程中压力不变,游离气体量和气体浓度变化很小,但随着注入He压力的增大,置换量和置换率呈现出先增大后减小,平衡压力为0.84MPa时达到最大,分别为0.02cm3/g和0.1%,但数值很小,当吸附平衡压力为2.5MPa时,置换量趋于0;在等压扩散条件下,注入He压力越大,扩散稳定后平衡压力越大,置换量和置换率也随之增大,注气压力为2.5MPa时达到最大值,分别为2.45cm3/g、8.17%。从道尔顿发分压定律及扩展的Langmuir方程对高压注气下He对煤中CH4的置换效应进行分析,高压注入He对煤中CH4的解吸有很弱的置换作用,且这种置换作用并不是因为注入He降低了CH4的分压,而是由于煤对He并非绝对不吸附造成CH4进行微量解吸;从宏观角度及扩展的Langmuir方程对等压扩散下He对煤中CH4的置换效应分析可知,等压下He与CH4通过浓度差进行扩散,稀释了游离CH4的浓度,从而降低了CH4的分压,进而发生解吸,即等压扩散下He对煤中CH4有置换作用,而这种置换作用是由于气体扩散使CH4分压减小造成的。
【关键词】：CH_4解吸 高压注气 等压扩散 置换效应 机理
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究目的和意义11
• 1.2 煤层注气置换/驱替置换CH_4的国内外研究现状11-16
• 1.2.1 煤对单分子气体吸附 解吸特性的研究现状11-12
• 1.2.2 煤对多组分气体吸附 解吸特性的研究现状12-14
• 1.2.3 注气置换煤层CH_4国内外研究现状14
• 1.2.4 注气置换煤层瓦斯技术机理研究现状14-16
• 1.3 主要研究内容及技术路线16-17
• 1.3.1 主要研究内容16
• 1.3.2 技术路线16-17
• 1.4 本文的研究特色与创新17-18
• 2 实验准备18-24
• 2.1 主体实验设备18
• 2.2 实验装置标准体积的测定18-21
• 2.2.1 公用管路标准体积VP测定19-20
• 2.2.2 充气罐标准体积VR1测定20
• 2.2.3 吸附罐标准体积VS的测定20-21
• 2.2.4 实验系统的技术参数21
• 2.3 吸附罐剩余体积测定21
• 2.4 实验样品21-23
• 2.4.1 实验样品制备21-22
• 2.4.2 煤样的工业分析22
• 2.4.3 煤的孔隙特征测试22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 煤对单组分气体吸附 解吸特性实验研究24-38
• 3.1 煤对单组分气体吸附 解吸实验24-27
• 3.1.1 检查实验装置的气密性24
• 3.1.2 等温吸附实验24-26
• 3.1.3 等温解吸实验26-27
• 3.2 实验数据处理27-30
• 3.2.1 压缩因子的确定27-28
• 3.2.2 参数计算28-30
• 3.3 煤对单组分气体的吸附 解吸规律30-32
• 3.3.1 吸附 解吸实验结果30
• 3.3.2 煤对CH_4的吸附 解吸规律30-31
• 3.3.3 煤对HE的吸附 解吸规律31-32
• 3.4 煤对单组分气体的吸附 解吸规律分析32-35
• 3.4.1 煤对CH_4的吸附、解吸等温线差异性的分析32-35
• 3.4.2 煤对HE的吸附、解吸等温线规律分析35
• 3.5 本章小结35-38
• 4 高压注气下HE对煤中CH_4的置换效应38-52
• 4.1 定义解释38
• 4.2 高压注气下HE对煤中甲烷置换效应实验38-41
• 4.2.1 实验条件38-39
• 4.2.2 设备气密性检查39
• 4.2.3 实验步骤39-41
• 4.3 实验数据处理41-45
• 4.3.1 压缩因子的确定41-42
• 4.3.2 混合气体的组分42
• 4.3.3 实验数据各参数计算42-45
• 4.4 高压注气下HE对煤中甲烷的置换实验结果45-49
• 4.4.1 高压注气后吸附过程中压力、气体游离量及浓度变化45-47
• 4.4.2 高压注气下的置换量及置换率47-49
• 4.5 本章小结49-52
• 5 等压扩散下He对煤中CH_4置换效应52-60
• 5.1 等压扩散下HE对煤中甲烷置换效应实验52-53
• 5.1.1 实验条件52
• 5.1.2 设备气密性检查52
• 5.1.3 实验步骤52-53
• 5.2 实验数据处理53-54
• 5.2.1 压缩因子的确定53-54
• 5.2.2 混合气体的组分54
• 5.2.3 参数计算54
• 5.3 等压扩散下HE对煤中甲烷置换实验结果54-59
• 5.3.1 等压扩散后平衡压力、气体游离量及气体浓度变化54-56
• 5.3.2 等压扩散下的置换量及置换率56-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 He对煤中CH_4的置换效应分析60-64
• 6.1 高压注气和等压扩散下置换甲烷的机理分析60-61
• 6.1.1 高压注气下的置换机理60
• 6.1.2 等压扩散下的置换机理60-61
• 6.2 实验结果的意义61-62
• 6.2.1 等压扩散下置换效果好61
• 6.2.2 等压扩散下吸附压力越高，置换出的甲烷量越大61-62
• 6.2.3 为深入研究注气过程中置换和驱替作用的定量贡献奠定基础62
• 6.3 本章小结62-64
• 7 结论与展望64-66
• 7.1 主要结论64-65
• 7.2 展望65-66
• 参考文献66-72
• 作者简历72-74
• 学位论文数据集74

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