基于吸附势理论的页岩对甲烷吸附特性

 页岩气藏的甲烷吸附性能是页岩气藏开发的前提和基础,对页岩气资源预测、产能评价等有重要影响。根据不同温度下实测的页岩等温吸附数据,以吸附势理论为基础,对等温吸附数据进行处理分析得到ε-ω吸附特性曲线及其数学表达式。研究结果表明,页岩吸附甲烷的ε-ω吸附特性曲线是唯一的且与温度无关,可预测不同温度下甲烷吸附量,得到页岩吸附甲烷的吸附等温线;吸附相密度计算对ε-ω吸附特性曲线预测甲烷吸附量有重要的影响,吸附相密度经验公式与预测甲烷吸附量准确度有关,需进一步研究甲烷吸附相密度计算方法。     

柴东石炭系页岩微观孔隙结构与页岩气等温吸附研究

基于柴达木盆地东部石炭系泥页岩的孔隙结构分析,结合甲烷和二氧化碳在泥页岩中的高压等温吸附实验,对超临界条件下页岩气等温吸附特征进行研究,探讨页岩气的吸附机制。结果表明:柴达木盆地东部石炭系泥页岩具有多尺度孔隙结构,微孔比较发育,微孔比表面积对BET比表面积有较大的贡献;甲烷Langmuir吸附量随微孔比表面积或微孔体积的增加而增加,两者呈正相关性,同时受到微孔大小分布的影响;在超临界条件下,简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附的实验数据,而修改的微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R+K)超临界吸附模型对甲烷和二氧化碳吸附数据的拟合效果最好;吸附气可能主要以微孔充填的方式存在,而微孔为吸附气的主要储集空间。     

甲烷氧化菌对煤吸附甲烷的氧化特性

在煤样中加入甲烷氧化菌AEM1235菌悬液,充入CH4或CH4与O2的混合气体进行等温吸附实验以测定甲烷氧化菌对CH4的氧化能力.在两种充气条件下的吸附与脱吸附实验结果均显示出气体中CH4量显著减少和CO2增加的变化.在充气5.0 MPa、添加菌液量为18.75%条件下,充CH4气体、CH4与O2的混合气体时的CH4减少量分别可达其饱和吸附量的121.18%和244.39%,表明在高压、缺氧或充氧的条件下甲烷氧化菌对煤样中吸附的CH4均具有吸收和氧化的作用,这种作用随菌量增加或压力升高而加强,并且有O2存在可以促进甲烷氧化细菌对CH4的吸收和利用.该结果表明在地下煤层的高压和缺氧的条件下甲烷氧化细菌仍然具有较强的吸收和氧化煤层中结合态CH4的能力.     

氧化铁凝胶对稀土离子的吸附研究

用氧化铁凝胶在溶液中进行对稀土离子的吸附实验，得到的数据符合Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ等温式，计算了标准摩尔吸附吉布斯函数、标准摩尔吸附熵和标准摩尔吸附焓。零电荷点和等电点的测量结果表明发生了特性吸附。氧化铁凝胶骨架上的ＯＨ基团是产生特性吸附的内在原因     

混酸改性粉煤灰对砷的吸附研究

研究了混酸改性粉煤灰对水中砷的吸附.表明去除砷酸根离子的最佳pH值范围是5～7.吸附动力学数据完全符合Lagergren 二级速度方程.在所研究的砷浓度范围内,使用Freundlich型吸附等温式能很好地描述吸附平衡数据,并计算出吸附热力学参数△G0,△H0,△S0.在柱吸附实验中,运用Thomas模型预测了本实验的穿透曲线,计算出改性粉煤灰对砷的柱吸附量为14.8 mg/g.     

非稳态非等温操作的CSTR的计算

理想的连续流动搅拌釜（ＣＳＴＲ）由于没有空间变化，非稳态非等温操作的计算只须将全釜作整体考虑。将反应器的瞬时能量衡算通式用于ＣＳＴＲ，得到一组描述ＣＳＴＲ的非稳态非等温操作的方程。只要使其与摩尔衡算式、速率定律和化学计量关系联合，就能数值解算ＣＳＴＲ；若将其施加限制，也可计算稳态的等温或绝热过程。     

内电解法处理印染废水中炉渣吸附床设计参数的确定

对废水通过固定吸附床的过程进行了物料衡算,确定了穿透曲线方程.通过对传质过程的分析,结合实验得出炉渣吸附床吸附厚度、吸附区下移速度及穿透时间等设计、运行参数.该参数符合运行过程,其理论分析为吸附床的设计提供了一定的理论基础.     

基于Langmuir理论的平衡吸附量预测模型

为了实现对吸附反应的平衡吸附量的预测,建立了平衡吸附量预测模型.以高岭土、蒙脱土这两种黏土矿物吸附Ca2+为例,验证其等温吸附曲线符合Langmuir吸附方程.在Langmuir吸附等温式的基础上,建立了平衡吸附量预测模型,该模型应用于单组分吸附反应的平衡吸附量的预测.通过实验对该模型进行了验证,模型的计算结果与实验结果可以较好地吻合,证明该模型的可靠性较高.     

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.     

纯粘土矿物甲烷吸附研究及吸附模型评价

粘土矿物在页岩储层无机矿物中占有重要的比例,其是页岩气吸附的重要场所。由于不同页岩储层成藏条件差异,粘土矿物相对含量有较大差异,因此也影响页岩气的吸附能力。以XRD,低压氮气吸附实验以及甲烷等温吸附实验为主要研究手段。XRD结果表明四种样品(伊利石,蒙脱石,绿泥石,高岭石)纯度较高,均大于94%。低压氮气吸附结果表明：蒙脱石以微孔与中孔为主,孔隙形态主要为四边都开口的平行板状、狭缝状等,含有墨水瓶状的孔;伊利石主要发育有中孔与大孔,绿泥石主要发育有微孔和大孔,高岭石主要发育有中孔和大孔,它们的孔隙形态同样都平行板状、狭缝状等为主;比表面积与孔隙体积的大小顺序为：高岭石>伊利石>蒙脱石>绿泥石,两者呈正相关。在61 ℃,压力为0~25 MPa条件下进行五组甲烷等温吸附试验,包括四组纯粘土矿物及一组由四种纯矿物等质量混合的矿物。纯粘土矿物甲烷吸附量大小顺序为：高岭石>伊利石>蒙脱石>绿泥石,粘土矿物的比表面积越大,其甲烷吸附量也越大。对等温吸附实验数据进行拟合发现：Langmuir, Toth以及Langmuir-Freundlich吸附模型对于不同矿物总体拟合效果都极好,对粘土矿物吸附模型精确选择具有一定意义。     

纯黏土矿物甲烷吸附研究及吸附模型评价

黏土矿物在页岩储层无机矿物中占有重要的比例,其是页岩气吸附的重要场所。由于不同页岩储层成藏条件不同,黏土矿物相对含量存在较大差异,因此也影响页岩气的吸附能力。以X射线衍射(XRD)、低压氮气吸附实验及甲烷等温吸附实验为主要研究手段,XRD结果表明:4种样品(伊利石,蒙脱石,绿泥石,高岭石)纯度较高,均大于94%。低压氮气吸附结果表明:蒙脱石以微孔与中孔为主,孔隙形态主要为四边都开口的平行板状、狭缝状等,含有墨水瓶状的孔;伊利石主要发育有中孔与大孔,绿泥石主要发育有微孔和大孔,高岭石主要发育有中孔和大孔,其的孔隙形态同样都平行板状、狭缝状等为主;比表面积与孔隙体积的依次为高岭石伊利石蒙脱石绿泥石,且两者呈正相关。在61℃,压力为0～25 MPa条件下进行5组甲烷等温吸附试验,包括4组纯黏土矿物及1组由4种纯矿物等质量混合的矿物。纯黏土矿物甲烷吸附量依次为高岭石伊利石蒙脱石绿泥石,黏土矿物的比表面积越大,其甲烷吸附量也越大。对等温吸附实验数据进行拟合发现:Langmuir、Toth及Langmuir-Freundlich吸附模型对于不同矿物总体拟合效果都极好,对黏土矿物吸附模型精确选择具有一定意义。     

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。     

基于吸附势理论的煤—甲烷吸附等温线预测

将吸附势理论应用于煤-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.     

气井全煤层吸附曲线的绘制

考虑到测量煤层等温吸附曲线所伴生的煤储层含气量测量误差以及储层混合排采的影响,提出"气井全煤层吸附曲线"的计算、绘制方法,即根据煤层的镜质组最大反射率计算LI吸附流动方程中的相应参数,根据煤层的埋深确定储层温度和煤层吸附压力上限,计算低于吸附压力上限时各煤层在不同压力下的吸附量,将所有煤层在相同压力下的吸附量加和得气井全煤层吸附曲线。     

页岩气绝对吸附量转化新方法

为了弄清引起基于过剩吸附量的气-固超临界实验吸附等温线表现出极大值后下降现象的原因,在分子动力学原理的基础上,应用分子模拟方法,模拟了超临界甲烷在不同温度下0~50 MPa压力范围的分子密度,并结合单分子吸附理论对"过剩吸附量"和"绝对吸附量"进行了转换,并提出适用于临界前后大压力范围的转化方法。结果表明:分子模拟的密度结果与美国国家标准局(NIST)的数据一致,在甲烷超临界压力以下,"过剩吸附量"与"绝对吸附量"差异不大,但随着压力升高差异逐渐增大,在甲烷储层压力下,两者的差异可达到150%以上。该方法的转化具有较高精度,且突破了现有转化方法的低压条件限制。     

氧化硅纳米多孔材料表面的水蒸气吸附动力学研究

采用称重法对氧化硅纳米多孔材料在温湿环境中的水蒸气吸附规律进行了实验研究.在25℃分别测定了不同孔隙率的材料在水蒸气相对蒸汽压为0.3～0.9范围内的吸附动力学曲线.分别采用不同的多层吸附等温式对材料的吸附等温线进行拟合,提出了一种双指数衰减动力学吸附模型方程,并和准一/二级动力学吸附模型一起对实验结果进行了拟合.结果表明:Redlich-Peterson、Fritz-Schlünder吸附等温式和BET多层吸附模型的拟合相关系数较大;BET多层吸附模型的拟合参数可给出单层饱和吸附量和吸附层数,吸附等温线由单层到多层存在临界点,具有明显的物理意义;氧化硅纳米多孔材料对湿空气中水蒸气的动态吸附过程可由双指数衰减模型来描述,与实验数据的相关系数在0.99以上,在整个吸附过程中均与实验数据拟合良好.     

基于等温吸附实验的页岩吸附气含量计算新方法

为了能更准确地表征页岩等温吸附曲线,研究压力对吸附量的变化范围。通过等温吸附模拟实验,获得页岩等温吸附特征曲线、兰氏体积和兰氏压力,利用兰氏模型计算任意压力下的吸附量。并结合球状模型,拟合压力和吸附量的计算表达式,建立计算吸附量的新方法。用新方法计算结果可知,在不考虑温度的影响下,页岩吸附气体达到饱和时的最大吸附气量要比等温吸附实验条件下页岩饱和吸附量(兰氏体积)大。压力存在一定的变程,不同的压力范围,页岩吸附气量的增加速率不同,随着压力的增大,页岩吸附气量的增加速率由大变小,直至减小为零,吸附气量不再变化。此方法能准确地给出吸附量与压力的变化范围,能给定压力和吸附量的界限值,可评价页岩吸附量饱和值。此研究是一种评价等温条件下页岩吸附量的好方法,对页岩吸附气含量评价具有一定的指导意义。     

常温下煤吸附甲烷的研究

从Gibbs关于吸附的定义出发，结合Langmuir—Freundlich(L—F)方程描述了甲烷吸附的超临界吸附等温线模型，将模型应用于30℃下静态容积法测试的煤吸附甲烷的吸附等温线数据回归，模型对实验数据的拟合的相关系数R在0．9986以上．并分析了煤表面自由能的形成过程和特点，进一步根据表面化学的原理计算了煤的表面自由能。     

修正的页岩气等温吸附模型

针对Langmuir 等温吸附方程及修正的双朗格缪尔模型（D-Langmuir）在研究非均质吸附介质页岩等温吸附 时,对实验数据拟合精度及稳定性不高的问题,展开了新的等温吸附方程研究,研究中将吸附系统内不同吸附介质 的吸附特征转化为系统内压力的实际作用效果,对D-Langmuir 模型进行压力修正,得到新的、适用于多吸附介质的 P-Langmuir 等温吸附模型。将以上模型应用于渝东南渝页1 井共21 个样品的等温吸附实验数据的拟合,结果表明： Langmuir 模型平均误差在-0.012 0～80.021 2 m3/t;D-Langmuir 模型平均误差在-0.003 64～0.021 20 m3/t;P-Langmuir 等温吸附模型相关系数的平方0.992 5≤R2≤0.999 8,平均误差在-0.003 25～0.003 21 m3/t,相比于Langmuir 方程及 D-Langmuir 方程,P-Langmuir 模型拟合精度更高,稳定性更好,对更准确地评价页岩吸附气量具有一定的实际意义。     

精馏塔汽—液负荷焓关联计算

精馏塔汽液负荷的估算多数沿用McCabe-Thiele法,即恒摩尔流假定本文对精溜塔的汽-液负荷,在恒摩尔流基础上,联立物料衡算与焓衡算,导出了常规精馏塔汽-液负荷的焓关联计算式。 通过苯-甲苯与甲醇-水的二个实例计算结果看,常规塔精馏段汽-液负荷由塔顶至加料板以上是略有降低的,而提馏段汽-液负荷由加料板至塔底基本保持常量。