软煤层瓦斯恒温吸附特性实验研究

煤层瓦斯吸附特性的研究是掌握煤层瓦斯涌出规律的前提,也是防治煤矿瓦斯事故灾害的基础。为了能够准确掌握软煤层对瓦斯的吸附特性,文中采用HCA型高压容量吸附法,对软煤体瓦斯恒温吸附过程进行实验研究,并与硬煤体进行对比,从而得出软煤层瓦斯吸附特性规律。结果表明:软煤的吸附常数a和b均稍大于硬煤,软煤对温度的变化较硬煤更为敏感,软、硬煤的吸附常数a,b值均与温度T成二次函数关系,且软、硬煤的等量吸附热均随吸附量的增大而增大,软煤的增加幅度要远大于硬煤的增加幅度。该研究结果为研究软煤层瓦斯赋存规律、优化煤矿瓦斯治理技术、保障煤矿安全生产提供理论依据。     

磷化氢在改性活性炭纤维上的吸附等温过程

为净化密闭电石炉尾气,采用浸渍法制备CoCl2改性活性炭纤维(ACF)吸附剂,通过容积法测试浸渍液浓度对PH3饱和吸附量的影响,研究不同温度下PH3气体在改性ACF上的等温吸附行为。研究结果表明:浸渍液浓度最佳值为0.2mol/L,此改性ACF对PH3的饱和吸附量为19.674mg/g;PH3在CoCl2改性ACF上的吸附量随温度升高而迅速降低,在298,313和328K时PH3的饱和吸附量分别为19.674,13.537和11.087mg/g;Freundlich吸附等温方程较好地模拟了PH3在改性ACF上的等温吸附;PH3气体在改性ACF上的等量吸附热随吸附量的增大而减小,表明改性ACF吸附剂表面能量的不均匀性;吸附热在16～24kJ/mol范围内,过程为物理吸附,有利于密闭电石炉尾气的净化。     

甲烷在页岩上吸附的热力学

为了研究页岩吸附甲烷的机理,通过容积法测定35,50和65℃时页岩甲烷吸附等温线,计算甲烷在页岩上的等量吸附热和极限吸附热,从热力学角度分析甲烷在页岩上的吸附行为。研究结果表明:甲烷在页岩上的吸附等温线具有Ⅰ型等温线特征,Langmuir吸附模型较好地拟合了吸附数据;根据吸附等温线计算的等量吸附热为15.50~17.65 kJ/mol,平均为16.88 kJ/mol,说明页岩对甲烷的吸附为物理吸附;等量吸附热随甲烷吸附量的变化而变化,是页岩表面的不均匀性和吸附分子间作用力综合作用的结果;极限吸附热定量地反映了页岩表面与甲烷气体作用力;在页岩气藏开发时,除了采用降压解吸开采外,对于极限吸附热较大的页岩气藏,可通过注入吸附能力更强的CO2等促使甲烷解吸。     

煤对CO_2的解吸实验及热力学参数研究

为研究煤对CO_2的解吸过程及其热力学特性,采用吸附常数测定仪在303~343 K,解吸平衡压力从5 MPa到0. 1 MPa情况下进行煤对CO_2的解吸实验,得到了4种煤样对CO_2的解吸等温曲线。研究4种煤样在不同温度时对CO_2解吸等温线变化规律以及对应的吸附模型,并计算得到煤对CO_2解吸过程中的等量吸附热。结果表明:随解吸体系温度升高,CO_2对煤表面不均匀程度的敏感性逐渐降低。因此,温度在303~323 K之间时,4种煤样对CO_2的解吸过程符合Freundlich模型;在333~343 K时,煤样对CO_2的解吸等温线符合Langmuir模型。煤对CO_2解吸的特征温度分别为:270 K(LHG)、277 K(WW)、278 K(LG)和298 K(WJL),解吸特征温度随煤变质程度的升高而升高。煤对CO_2的解吸过程中等量吸附热在吸附量为0. 1 mmol/g时在-60~-90 kJ/mol之间变化; CO_2气体在煤表面解吸过程中的等量吸附热随吸附量的增加呈Qst=cln(N)+d的对数降低规律,煤对CO_2的解吸能力随吸附量的增加而逐渐增强。研究结果对CO_2在煤表面的吸附解吸机理的研究以及利用CO_2在增产煤层气方面的应用提供一定的参考。     

低温环境对煤的瓦斯解吸抑制效应试验

针对当前煤样取芯过程瓦斯漏失严重的问题,冷冻取样法成为未来瓦斯含量准确测定的一个新方向,而低温环境（0℃及以下）煤的瓦斯解吸特性研究是关键。为此,笔者采用自制高低温吸附／解吸装置,对低温环境煤的瓦斯解吸规律开展了试验研究。研究结果表明,温度对煤的解吸量影响明显,随温度的降低,煤的瓦斯吸附量有增大的趋势,而随着温度的降低,煤的瓦斯解吸量却有减小的趋势,即降低温度抑制了瓦斯解吸,而且温度越低,抑制解吸效果越明显。瓦斯压力增大,将会消弱低温环境煤的瓦斯解吸抑制效果。     

GH-O型椰子壳活性炭低温吸放气特性研究

本文通过低温(18～22K),低压(10~(-5)～10~(-2)Pa)下,H_2在 GH-O型椰子壳活性炭上吸附等温线、吸附动办学特性和常温放气特性的实验研究,着重讨论了在实验条件下,GH-O 活性炭对 H_2的吸附容量、吸附热、吸附平衡时间和扩散系数 D 与活性炭的表面温度、表面覆盖度、空间压强等的变化关系.结果发现,H_2在 GH-O 活性炭上的吸附等温线符合弗洛德利胥方程;对 H_2的最大吸附量为170cm~3(STP)/g;吸附热由吸附量的10cm~3(STP)/g 的344J/mol(1440cal/mol)降到170cm~3(STP)/g 的238.8J/mol(1000cal/mol);吸附平衡时间 t_∞为2～5h;在(18～22K)时,扩散系数 D 约为10~(-7)cm~2/s 数量级.     

氢型丝光沸石的NH_3吸附特性研究(Ⅱ)——吸附热力学量的计算

前文已报导氢型絲光沸石HM(DFC-1)对NH_3存在着可逆和不可逆吸附。本文利用脉冲色谱法测定了HH_3于240℃,200℃,160℃时,在HM(DFC-1)上的不可逆吸附量分别为1.077×10~(-3),1.405×10~(-3),1.702×10~(-3)mol/g。不可逆吸附量随温度升高而减小,表明HM表面对NH_3吸附较强的一类酸中心随温度升高而减少。测定了240℃,200℃,160℃下NH_3在HM(DFC-1)上可逆吸附等温线,结果发现这些吸附等温线符合弗朗德利希吸附等温式。据吸附等温线和Clausius-Clapeyon方程计算了不同复盖度下的吸附热,吸附热随吸附量的增大而减小。由吸附热随吸附量的变化曲线外推得零复盖度时的吸附热与脉冲色谱法实测值相吻合。另外还计算了微分吸附自由能、微分吸附熵变,这些数据为研究NH_3吸附热力学提供了信息。     

混煤孔隙分布规律及其瓦斯吸附特性

针对混煤孔隙分布规律及其瓦斯吸附问题,运用WY-98B瓦斯吸附常数测定仪及ASAP 2020型比表面积及孔隙分析仪,对所选择的典型高瓦斯煤矿的原生结构煤及构造煤制作的混合煤样开展吸附特性测试及孔隙分布测试实验.结果表明:构造煤中的孔隙比表面积较原生结构煤体中的孔隙比表面积增大了82.29%,其中孔隙比表面积随构造煤质量变化呈先增高后降低的变化趋势,并且在构造煤与原生结构煤质量相等的条件下达到最大,同时受混合煤样中构造煤存在的影响导致混合煤样等温吸附量及Langmuir吸附常数的变化随构造煤质量的变化呈现开口向下的二次曲线的变化规律,Langmuir吸附常数随构造煤质量的变化呈现出开口向上的二次曲线的变化规律.实验结果为进一步研究不同条件下煤体的吸附特性提供了理论基础.     

在超高真空下,氢在过渡金属(铬、铁、镍)薄膜上的吸附热和吸附熵测定

本文是在超高真空下,蒸发沉积金属膜,在不同温度下用BA规测量氢的平衡压力。实验温度范围从200℃到-30℃,最低复盖度到θ=0.003(Fe)和0.008(Cr、Ni)。从等量吸附线算出了等量吸附热和25℃的积分吸附熵。从实验值与理论值比较中发现:Ni:θ<0.4,Fe:θ<0.8,Cr一直到θ=1,是定位吸附;Ni:θ>0.4,Fe:θ>0.8时,吸附在这二种金属上的氢有二维移动和垂直于表面的振动。考虑吸附分子间的相互排斥后,认为除了每种金属都有小量高吸附势的吸附位外(少于10％),表面大致是均匀(即不同晶面对吸附热差异不大)的观点能解释吸附熵和吸附热随θ的变化。     

煤体基质吸附(解吸)变形规律试验研究

为了更好的掌握煤体吸附(解吸)过程中变形规律,以晋城天地王坡煤矿为例,利用实验室模拟方法,在恒压、环境温度(室温20℃)一定的条件下,研究煤岩基质吸附(解吸)变形规律。实测了不同有效应力及加压方式下煤体的变形量,分析了煤基质吸附(解吸)后的变形规律,得到了弹性阶段煤体变形值与吸附(解吸)量的变化关系,并拟合得出了两者之间的函数关系。通过分析得出以下基本规律:①吸附(解吸)量与煤样应变(解吸过程为收缩变形)随时间的增加而增大,并逐渐趋于稳定,呈现指数分布规律;②吸附(解吸)变形可大致分为三个阶段,即第一阶段吸附(解吸)速度较快,变形量也较大,曲线斜率较大;第二阶段,随解吸量的增加,两者变化幅度相当,曲线斜率接近为1.0;第三阶段,当煤体收缩变形接近原始孔隙体积时,变形量不再增加,曲线斜率接近于零。试验结果为煤矿瓦斯合理抽采及防止煤与瓦斯突出提供了一定的理论依据。     

地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响

研究含瓦斯煤层所处的地球物理场对煤瓦斯吸附特性的影响,对煤矿安全开采、煤瓦斯的抽放利用以及煤瓦斯突出的预测预报具有重要意义。笔者总结了地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响,认为地电磁场对煤瓦斯吸附作用机理还有待进一步的研究。并重点探讨了在交变电场作用下煤的吸附特性。利用容量法对3种不同煤样在交变电场作用下的吸附特性进行了实验研究。结果表明：交变电场的作用,并没有改变煤表面的化学性质和物质成分,煤地吸附和解吸仍很好地遵从Langmuir方程和二常数经验公式,并且由于交变电场作用使煤的表面势能增大和焦耳热效应使煤体温度增高,从而减弱了煤的吸附能力,减缓了解吸过程。     

Thermodynamic analysis of adsorption process at a non-equilibrium steady state

By using the non-equilibrium thermodynamic approach, the possibility of the existence of a steady state for non-equilibrium ad-sorption with a temperature difference between body gas and adsorbed gas was confirmed and the steady state was determined. The chemical potential difference between body gas and adsorbed gas was obtained and equations for evaluating the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption were derived. The changes of the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption at the non-equilibrium steady state relative to those at the equilibrium state were calculated and the results were compared with those obtained using the traditional equilibrium thermodynamic method. The comparison suggests that the changes of the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption obtained using the non-equilibrium thermodynamic approach are related with not only temperature but also adsorptive state, while those obtained using the equilibrium thermodynamic method are only a function of temperature. The main reason is that the present study treats the adsorption and gas temperature change as an integrated process and considers their interaction, whereas the equilibrium thermodynamic approach separates the adsorption and gas temperature change as two independent processes and neglects their interaction.     

青豆种子等温线及平衡含水率模型

为研究青豆种子的热动力学特性,深入理解青豆吸附过程的水分特性和所需能量变化,利用饱和盐溶液,采用静态称重法测定了青豆种子在20～40,℃和水分活度在0.112～0.946范围的等温线;采用非线性回归方法确定了BET多分子层吸附理论模型的系数,并判定了青豆的吸附与解吸模型的拟合优度;应用Clausius-Clapeyron方程计算了青豆的净等量吸附热.结果表明：吸附与解吸相比存在明显的滞后现象;解吸时单分子层饱和吸附量大于吸附时的数值,随着温度升高青豆的单分子层饱和吸附量下降;吸附层数的变化趋势与单分子层饱和吸附量的相反;在Henderson、修正的Henderson、修正的Chung-Pfost、Halsey、修正的Halsey、修正的Oswin、修正的GAB模型中,Halsey模型拟合优度最佳;净等量吸附热随平衡含水率的增加而减少.     

水分及温度对煤吸附甲烷的影响

采用煤吸附甲烷参数测定装置,研究了水分及温度对煤吸附甲烷的影响,对完善间接法测定煤层瓦斯含量具有重要意义.对不同变质系列的4种煤样,进行了干燥和不同水分条件下的等温吸附实验.结果表明Langmuir吸附模型拟合精度最高,并得到水分对吸附影响的校正公式.不同温度下的等温吸附实验表明,随着温度的升高,煤吸附甲烷量减小,但变化趋势并不明显.研究得到了实验测定甲烷含量的校正公式及其相对误差.     

甲烷在石墨烯与活性炭上的吸附平衡

］为研制ANG新型碳基吸附剂,分别选用比表面积为2074 m2·g-1的椰壳活性炭SAC-02和345 m2·g-1的石墨烯,在温度区间263~313 K、压力范围0~6 MPa,依据容积法的原理测试了甲烷在其上的吸附平衡数据,并由吸附等温线和等量吸附热的比较,分析了甲烷在两吸附剂上吸附平衡.结果表明:甲烷在活性炭上的过剩吸附等温线为典型的Ⅰ型,而石墨烯上在压力2 MPa以下为Ⅰ型,2~6 MPa之间吸附量与压力接近线性关系.在273 K和6 MPa时,甲烷在石墨烯上吸附量为4.6 mmol·g-1,活性炭的吸附量为11.2 mmol·g-1;甲烷在石墨烯和活性炭上的等量吸附热分别为14.32 kJ·mol-1~2.66 kJ·mol-1和13.99 kJ·mol-1~17.57 kJ·mol-1,石墨烯表面对甲烷分子作用能强     

H_2和CO_2在金属-有机架构(MOFs)材料中的吸附性质

使用巨正则系综蒙特·卡洛(GCMC)方法以及TEAM力场参数考察了H2和CO2分子在IRMOF-1和IRMOF-16两种晶体材料中的吸附性质,用统计涨落理论计算了客体分子的吸附热,并分析了柔性骨架和刚性骨架对客体分子吸附性质的影响.计算表明,柔性和刚性骨架对吸附量和吸附热影响可以忽略.客体分子的体积吸附量在IRMOF-1中更大,重量吸附量在IRMOF-16中更大.IRMOF-16的吸附热小于IRMOF-1.这些结论都与前人的实验及理论研究相吻合.     

页岩气超临界吸附研究进展

 超临界吸附是指在临界温度以上时气体在固体表面上发生的吸附,在地层温度条件下,甲烷在页岩中的吸附为超临界吸附。吸附气是页岩气的重要组成部分,研究页岩气的超临界吸附对于页岩气储量评价和开发方案编制等具有重要意义。本文综述了国内外在页岩气超临界吸附研究方面的进展,从页岩等温吸附实验方法、超临界吸附特征及模型建立3方面进行分析。结果表明：1）页岩的甲烷吸附量与煤相比小很多,为满足页岩吸附量测试的要求,对于容量法吸附仪,应配置更高精度的压力传感器;对于重量法吸附仪,应配置更高精度的磁悬浮天平;2）等温吸附实验测试的吸附量为过剩吸附量,过剩吸附量在达到一定压力后会下降,在评价页岩的吸附能力时,不能将过剩吸附量和绝对吸附量混淆,这样将严重低估地层条件下页岩的吸附能力;3）页岩气的吸附面临着理论与实践相矛盾和脱节的问题,页岩气超临界吸附的研究应从理论和实验两方面入手,深化对页岩气超临界吸附特征的认识,建立具有普遍适用性的页岩气超临界吸附理论。     

电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响

为了探讨地电场对包含在煤层中的瓦斯气体的储存、运移的作用以及如何利用电场采促进煤层气的渗流从而达到提高中国低压低渗煤层的煤层气抽放率等问题，研究了电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响．研究表明：静电场对煤瓦斯吸附特性的影响关键在于静电场的焦耳热效应使煤瓦斯系统温度升高和静电场增加煤表面吸附势阱的深度2种因素竞争的结果，当静电场增加煤表面吸附势阱深度占主导地位时，静电场使煤对瓦斯的吸附量增加，当静电场的焦耳热效应逐渐占主导地位时，静电场使煤对瓦斯的吸附量减少；外加静电场促使煤中瓦斯的渗流；交变电场作用使煤对瓦斯的吸附量减少；交变电场作用促使煤中瓦斯的渗流．     

章村煤矿坑口煤基废弃物资源化循环利用模式

为实现煤矿资源利用最大化及节能环保,根据章村矿实际情况,提出章村煤矿坑口煤基废弃物资源化循环利用模式.研究坑口电厂双高粉煤灰利用技术及高效烟气脱硫技术,解决双高煤粉灰的利用难题;开发水泥厂窑炉余热的低温发电技术及矿井废热低品位热能回收技术,用于井筒防冻和建筑空调.该研究为煤基废弃物资源化循环利用提供了有效方法,具有推广应用价值.     

基于吸附势理论的煤一甲烷吸附等温线预测

将吸附势理论应用于煤一甲烷固气吸附体系,介绍了吸附特征曲线的获取方法;根据不同温度下的等温吸附实验数据,由40℃的等温吸附数据建立了吸附特征曲线及其数学表达式,并预测了30％、50℃的吸附等温线;结果表明,预测的平均相对误差仅为1．72％和0．92％,预测效果较好。