超临界状态下颗粒煤对甲烷的吸附特性研究

作     者：刘浩 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾天让;张明杰;张冠军

授予年度：2021年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：颗粒煤 超临界甲烷 吸附相密度 过剩吸附量 绝对吸附量 吸附热 

摘      要：甲烷主要以吸附态赋存于煤层之中,如何准确描述甲烷在煤中的吸附能力是煤层气储量估算与开发利用需要解决的关键问题之一。随着煤炭开采深度的增加,部分煤层中的甲烷已达到超临界状态,煤吸附甲烷的等温线会出现先上升后下降的超临界吸附现象。仪器测得的是过剩吸附量,若直接运用将会导致甲烷的吸附量偏小,实验测得的数据需要经过校正才能使用,而目前国内外的校正方法尚未达成统一。针对此问题,本文选用安阳-鹤壁煤田鹤壁六矿与龙山矿制成的颗粒煤样,利用磁悬浮天平精确测量温度为308K、313K和318K,压力为1～24MPa共12个压力点的等温吸附曲线,通过运用相关吸附模型进行吸附相密度和绝对吸附量的计算,探讨了超临界态甲烷吸附相密度和绝对吸附量的影响因素,并运用吸附热理论进行等温吸附线的预测,取得如下成果:(1)超临界态甲烷吸附相密度随着压力的增加而变大并逐渐趋于稳定,且大小受温度、压力和煤变质程度的影响,温度越低、压力越高、煤变质程度越高,超临界态甲烷的吸附相密度越大;(2)利用截距法、Langmuir三元模型法、L-F四元模型法和液相密度法计算的吸附相密度,代入Gibbs过剩吸附模型,将过剩吸附量校正为绝对吸附量,通过模型的拟合度,校正结果的合理性以及随吸附热的变化规律作为判断依据,对比发现采用Langmuir三元模型法描述临界态甲烷在煤中的吸附最为恰当;(3)绝对吸附量的校正结果表明,超临界条件下颗粒煤样的甲烷吸附特征仍然可以用Langmuir吸附模型表征,测量范围内低温度越低、压力越高、煤的变质程度越高,煤对甲烷的吸附能力越强,相同温度和同变质程度下,随着压力的增加,甲烷吸附量趋于饱和;(4)通过煤表面自由能的计算,揭示了变质程度更高的煤甲烷吸附量更多的原因;并利用等量吸附热理论进行不同温度下吸附量的预测,误差在5%以内,该方法具有较大的实际运用价值。图19幅,表15个,参考文献63篇。