煤的等温吸附试验探讨

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1、煤的等温吸附试验探讨　　摘　要：在煤的地质勘探过程中，运用煤的吸附常数可以间接计算煤的吸附瓦斯储量。吸附常数的测定，目前主要采用煤的甲烷吸附量测定方法(MT/T752-1997)和煤的高压等温吸附试验方法（GB/T19560-2008），对两种测试方法特点、吸附常数表征及影响因素进行探讨。　　关键词：煤的吸附试验　吸附常数　影响因素　　：TD94　　　　：A　　　　　：1007-3973（2012）007-057-02　　煤的形成过程，伴生有丰富的非常规天然气体，俗称瓦斯、煤层气，在煤中主要以游离态、吸附态形式存在。游离态气体容易脱离煤体而释放出

2、来，在煤的解析试验中也称自然解析气；吸附气则与煤的本身性质有关，煤是一种多孔介质，具有发达的孔隙结构，属于天然吸附剂，煤表面及孔隙内表面对甲烷等气体具有很强的吸附能，气体容易在煤表面及孔隙内聚集，形成气体吸附状态。　　煤层气地质勘探中，煤层气储量常采用总含气量进行评估。评价方法有直接法与间接法。直接法也叫解析法，直接测定煤芯煤样气含量，包含自然解析量、损失量及残余气量，一般称为常规含量分析；间接法也叫非常规瓦斯测定法，通过吸附常数计算，吸附常数主要通过试验获取，吸附气量则根据吸附常数进行计算。自然解析量、损失量在常压状态下从煤体自然释放，在封闭空

3、间呈现游离气体特征，试验中可以准确计算；残余气体包括吸附气体与封闭孔隙不可解析气体，封闭不可解析气体在生产中不可获得，一般不予测定；常规试验时，在恒定温度、不同压力条件下测定甲烷吸附量，通过图形拟合间接求取煤的吸附常数。　　1试验原理　　煤的吸附量一般用Langmuir单分子层气体吸附模型来描述，煤的吸附气体与游离气体随着压力、温度的改变可以互相转化，在温度一定的条件下，通过Langmuir方程来计算煤层气吸附量（Q）。即　　　　2试验方法　　2.1干燥煤样试验　　(1)测定方法概要：实验室筛分制样，制取粒度为0.2-0.3mm的煤样。准确称取5

4、0g煤样装入玻璃干燥皿中，80℃真空干燥6小时；将干燥煤样装入煤样杯，于60℃水浴中真空脱气4小时。吸附温度30℃条件下，进行低压吸附，吸附平衡8小时，测定煤样体积；在相同温度条件下，向吸附罐中充入不低于4MPa甲烷，煤样杯内压力达到平衡后，依次测定6组在相同温度、不同压力条件下的甲烷吸附量。用压力-吸附量作图，根据Langmuir吸附理论拟合求解煤的吸附常数a、b值。　　(2)高压吸附Langmuir方程：　　　　2.2含饱和水煤样试验　　(1)测定方法概要：将制取好的粒度为0.2-0.3mm的煤样，准确称取35g置于玻璃器皿中，均匀加入适量蒸

5、馏水使煤样全部淹没为止，并充分搅拌，室温下放置2h；用玻璃漏斗过滤出多余的水分；将装有煤样的玻璃器皿放入相对湿度为96%-97%、温度为30℃的干燥器中，干燥器底部装有适量的硫酸钾过饱和溶液；每隔24h称重煤样一次，直到相邻两次重量之差不超过煤样质量的2%，则为煤样已达到水平衡；将达到平衡水分的煤样装入煤样杯中，在吸附温度30℃条件下，向煤样杯中充入不同压力的甲烷，测定6组煤在相同温度、不同压力条件下的甲烷吸附量。用压力-吸附量作图，根据Langmuir吸附理论拟合求解煤的吸附常数Langmuir体积（VL）、Langmuir压力(PL)。　　(

6、2)高压吸附Langmuir方程：　　　　　　3吸附试验探讨　　(1)实验室测定煤的吸附常数，吸附常数表征为a、b、VL、PL，其中a=VL，b=1/PL。随着煤的变质程度，从烟煤到无烟煤，吸附常数a值会增大。试验过程中呈现两种状态，即吸附和解析，在不同压力、温度下，吸附-解析过程在达到平衡前交替进行。温度一定时，压力增大，煤体处于吸附状态；压力降低，煤体从平衡状态向不平衡状态过度，释放气体，处于解析状态。一般认为，吸附曲线与解析曲线是可逆等同的，但也有研究表明，煤的吸附曲线与解析曲线是不重合的，吸附气体从煤体向自由空间释放，气体需要有摆脱束缚的

7、外部能量，因此解析曲线呈现出明显的滞后性。　　(2)目前对煤的吸附研究，主要通过理论模型指导和试验研究相结合，但计算吸附量都存在一定程度的不完善之处。赵继展等人提出直接考虑煤样空气干燥基来计算煤的瓦斯吸附含量，采用气体状态方程计算煤层游离瓦斯含量新计算公式，使结果计算准确。　　吸附常数的准确性，在煤层气地质评　　摘　要：在煤的地质勘探过程中，运用煤的吸附常数可以间接计算煤的吸附瓦斯储量。吸附常数的测定，目前主要采用煤的甲烷吸附量测定方法(MT/T752-1997)和煤的高压等温吸附试验方法（GB/T19560-2008），对两种测试方法特点、吸附

8、常数表征及影响因素进行探讨。　　关键词：煤的吸附试验　吸附常数　影响因素　　：TD94　　　　：A　　　　　：1007-3973（201