煤的等温吸附试验探讨.docx

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1、【煤的等温吸附试验探讨】煤的等温吸附实验报告　　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和煤的高压等温吸附试验方法，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　　中图分类号：TD94　　文献标识码：A　　文章编号：1007--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来，在煤的解析试验中也称自然解析气；

2、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，在封闭空间呈现游离气体特征，试验中可

3、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。即　　2试验方法　　干燥煤样试验　　测定方法概要：实验室筛分制样，制取粒度为的煤样。准确称取50g煤样装入玻璃干燥皿中，80℃真空干燥6小时；将干燥煤样装

4、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。　　高压吸附Langmuir方程：　　含饱和水煤样试验　　测定方法概要：将制取好的粒度为的煤样，准确称取35g置于玻璃器皿中，均匀加入适量蒸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

5、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、Langmuir压力。　　高压吸附Langmuir方程：　　3吸附试验探讨　　实验室测定煤的吸附常数，吸附常数表征为a、b、VL

6、、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外部能量，因此解析曲线呈现出明显的滞后性。　　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

7、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，在煤层气地质评价及综合利用中，直接影响煤层气评价与开发部署。吸附试验中吸附气体的选择也多局限于一元、二元、三元等气体组份；研究表明，煤中主要的三种气体的吸附能力从大到小依次为：二氧化碳、甲烷、氮气；一元气体与混合气体所测定的吸附常数有显著的差异。煤层气中主要成份包括甲烷、重烃、二氧化碳、一氧化碳、氮气等的多组分混合气体，从目前大量研究来看，针对不同地层条件下煤层气

8、全组分气体所做的吸附试验研究太少，所得到的试验成果尚不足以模拟煤层气藏中气体吸附的实际状态。　　吸附试验中主要影响因素。　　1)试验温度的影响。煤的两种试验方法中，吸附温度设定为30℃。煤的吸