含水煤岩超临界等温吸附模型的对比分析

作     者：韩文成 李爱芬 方齐 ASADULLAH Memon HAN Wencheng;LI Aifen;FANG Qi;ASADULLAH Memon

作者机构：中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2020年第45卷第12期

页      面：4095-4103页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 081803[工学-地质工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0820[工学-石油与天然气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0827[工学-核科学与技术] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51234007,51490654) 国家科技重大专项资助项目(2016ZX05014-003-002) 

主　　题：水分 煤岩 超临界等温吸附 吸附模型 饱和吸附量 

摘      要：甲烷在煤层中的吸附多为含水条件下的超临界吸附。为了对比分析含水和超临界条件下经典吸附模型的适用性和准确性,开展了不同温度和不同含水率下煤层气的吸附实验,并分别采用Langmuir模型、Dubinin-Radushkevich(D-R)模型、Dubinin-Astakhov(D-A)模型,以及考虑了煤层气溶解及煤岩膨胀的改进Langmuir+k模型、Dubinin-Radushkevich+k(D-R+k)模型、Dubinin-Astakhov+k(D-A+k)模型对含水煤岩的吸附数据进行了拟合及对比分析,并讨论了水分和温度对煤岩超临界吸附的综合影响。结果表明:Langmuir模型、D-R模型和D-A模型在中压和高压下与实测结果偏差较大,均方根误差介于0.01~0.06。而考虑溶解气及煤岩膨胀等因素的改进吸附模型具有更高的拟合精度,其中D-A+k模型最适用于描述含水煤岩的超临界吸附,拟合误差最小,拟合精度最高,其均方根误差介于0.002~0.009。不同温度下含水煤岩的饱和吸附量均随含水率的增加出现不同程度的降低,当含水率增加至某一值后甲烷吸附量趋于稳定。在30和60℃下当煤岩含水率由0增至6%时,甲烷饱和吸附量分别降低7.92%和2.49%。不同含水率的煤岩其饱和吸附量随温度的增加出现不同程度的降低,当温度由30℃升高至60℃时,干煤样的饱和吸附量降低9.05%,而含水率为2.5%的湿煤样其饱和吸附量降低4.61%,含水率为6.0%的湿煤样其饱和吸附量降低3.68%。可见甲烷在煤岩中的吸附受水分和温度的综合影响,含水煤岩的饱和吸附量随温度和含水率的升高而降低,温度越高时煤岩的饱和吸附量受水分的影响越小,含水率越高的煤岩其饱和吸附量受温度影响越小。