基于Langmuir等温吸附的吸附动力学方程

把吸附剂对溶质的吸附看作是吸附剂和溶质之间的化学反应,参照反应动力学方程提出了相应的吸附动力学方程。基于Langmuir等温吸附定义了吸附剂动力学浓度,并导出了它和固液比、Langmuir等温吸附方程参数的关系。吸附动力学微分方程为(1+a)级,对应于吸附剂动力学质量浓度是1级,对应于溶质质量浓度为a级。通过对动力学微分方程求解,分别得到了a=1和a=2时的动力学方程的解析表达式。在a=2时,用提出的动力学方程对文献的吸附数据进行了回归计算,结果表明该动力学模型和实验数据吻合良好,回归的相关系数R^(2)>0.97。

煤的温压吸附试验方法与等温吸附试验方法比较研究

为了研究煤的温压吸附试验方法在煤层气吸附方面的可行性,本文对煤的温压吸附试验方法与煤的高压等温吸附试验方法进行了比较研究。分别取12个、10个、8个、和6个温压吸附试验点作为四组不同温度和相应不同压力作为温压吸附试验点,记为V_(实测)。使用温度-压力-吸附方程(Temperature-Pressure-AbsobingEquation(TPAE)),将方程转化为二元一次方程后进行线性回归计算其余三个参数,将所得的四个参数记为V_(计算)。通过计算_(实测)与V_(计算)之间的平均相对误差和标准偏差以衡量温压吸附试验方法的可行性。

小麦粉中水分子成簇及其在水分扩散中的作用——基于等温吸附的观察

为研究小麦粉中水分子成簇及其对水分扩散特性的影响,根据小麦粉在20、30、40℃条件下的等温吸湿、解吸平衡水分,采用Park模型、Zimm-Lundberg法和Brown法分析小麦粉中水分成簇特性。结果表明,3种方法均显示在水分活度(a_(w))较高时小麦粉中的水分聚集成簇,不同分析方法得到的成簇临界a_(w)略有差异,分别在0.70~0.75、0.73~0.79、0.56~0.68之间,随温度和水分吸附历程而变化;在a_(w)=0.95时3种方法得到的水分子簇尺寸分别约为3.5、4.5、6.5;a_(w)≥0.90时水分子簇的数量变化不大。在a_(w)高于0.62~0.70时扩散系数快速下降;对热力学因子和自扩散系数的进一步分析结果显示,在a_w≥0.70时,水分子更倾向于与水分子相互作用,形成水分子簇,这可能是导致扩散系数降低的主要原因。但在a_(w)≥0.90时,高水分带来的更强的自扩散性抵消了水分子成簇带来的负面影响,使扩散系数基本维持不变。

生物炭影响地带性土壤等温吸附丁草胺的特征及关键机制

为解析土壤理化性质与生物炭添加效果之间的相关性,明确生物炭影响地带性土壤等温吸附丁草胺的特征及关键机制,本研究采用9种不同理化性质地带性土壤,加入系列用量稻壳生物炭,考察了丁草胺在生物炭-土壤混合体中的等温吸附特征。结果表明:在不同生物炭添加剂量条件下,丁草胺在土壤中的吸附等温线均遵循Freundlich吸附模型,生物炭添加显著增加了9种地带性土壤对丁草胺的吸附能力[模型平衡常数(Kf)增加],降低了线性吸附的程度[模型指数(1/n)降低]。生物炭添加剂量越高,丁草胺吸附容量越大。热力学计算结果显示,在0.5%~2%生物炭添加条件下,丁草胺在地带性土壤中的吉布斯自由能为-16.30~-21.67 kJ·mol^(-1),表明吸附过程是自发且有利的。皮尔森相关性分析结果表明,土壤有机碳与Kf增长率呈显著负相关,说明土壤可溶性有机质抑制生物炭对丁草胺的吸附。多元线性回归方程分析结果显示,当土壤未添加生物炭时,土壤有机碳、pH、黏粒、粉粒4种土壤理化性质对Kf值的解释能力高达99%,而当生物炭添加为0.5%、1%、2%时,土壤有机碳、pH、黏粒、粉粒4种土壤理化性质对Kf值的解释能力分别下降至83%、70%、90%。通径系数研究表明,生物炭添加剂量从0上升至1%时,土壤黏粒和土壤粉粒对丁草胺吸附的直接作用系数增大,而有机碳和pH对丁草胺吸附的直接作用系数减小。研究表明,生物炭输入改变了丁草胺的吸附特征,土壤黏粒和土壤粉粒等土壤质地因素对丁草胺吸附产生重要影响。

页岩的储层特征以及等温吸附特征

页岩的储层特征以及吸附特征是评价页岩气是否具有开采价值的一个重要标准,为此,以某页岩气藏为例,测量其岩心的孔隙度与渗透率,并进行X射线衍射全岩分析和黏土矿物测定,以分析其储层特征。结果表明:该页岩的孔隙度主要分布在0.01%～5%,渗透率主要分布在0.000 01～10mD,孔隙直径主要分布在4～6nm;页岩的孔隙度与渗透率没有明显的相关关系,黏土矿物主要为绿泥石、伊利石、蒙皂石以及伊蒙混层。挑选了6块岩心进行等温吸附试验,以确定TOC以及Ro对页岩吸附能力的影响,结果表明:①页岩的气体吸附遵循Langmuir等温吸附曲线,其总解析气量与页岩的TOC成正相关,但与孔隙度没有明显的关系;②不同成熟度、不同TOC页岩的吸附特征研究表明,页岩的吸附能力与页岩的TOC和Ro密切相关,随着页岩TOC以及Ro的提高,页岩的吸附能力增加;当页岩的TOC相近时,页岩的Ro越高,吸附能力越强;当页岩的Ro相近时,页岩的TOC越高,页岩的吸附能力越强。

不同粒度的煤样等温吸附研究

根据不同粒度的干燥煤样、含平衡水煤样的等温吸附实验,结合压汞法对煤样孔隙结构的测试实验,分析了粒度变化对孔隙结构的影响,探讨了粒度和孔隙结构变化对干燥煤样和含平衡水煤样吸附甲烷的影响及其作用机理.研究结果表明:实验范围内的粒度对干燥煤样吸附甲烷气体的影响只是在吸附时间上,而对含平衡水煤样的同等压力下吸附的甲烷量、Langmuir压力参数(pL)和吸附时间都有明显影响,但对Langmuir体积参数(VL)影响不大.并根据实验中出现的到了某一压力之后随着压力增大煤样吸附量下降的现象,研究认为Langmuir等温吸附模型已不适用,需要建立一种新的等温吸附理论模型.

河口潮滩沉积物对氨氮的等温吸附特性

以长江河口滨岸潮滩为研究对象 ,运用模拟实验的方法 ,研究了潮滩沉积物对氨氮的等温吸附特征 .结果表明 ,在模拟实验上覆水中氨氮的浓度 ( <1 40 μg·ml- 1 )范围内 ,沉积物对氨氮的吸附呈线性特征 .长江河口潮滩沉积物对氨氮的吸附系数在 3 81— 9 0 0之间 ,且与沉积物中有机碳 (TOC)的含量有良好的相关关系 (相关系数r =0 779,α =0 0 5 /) ,揭示了有机质控制着长江河口潮滩沉积物中氨氮的吸附行为 .模拟实验结果还发现 ,在淡水控制区域内 ,潮滩沉积物中固定态氨氮的含量处在 1 6 68— 33 73μg·g- 1 (dw)之间 ,而在海水所控制的潮滩沉积物中固定态氨氮的含量在 0 5 7— 6 36μg·g- 1 (dw)之间 。

富有机质页岩高温高压重量法等温吸附实验

借助重量法开展了下志留统龙马溪组富有机质页岩干燥样品在高温高压下的等温吸附实验,实验最高压力25 MPa,最高温度为80℃,观察到高温高压下由于吸附相密度和游离相密度不断变化所导致的过剩吸附量显著下降,并出现高温反转现象。二元Langmuir模型需要通过吸附相密度将过剩吸附量校正为绝对吸附量后才可使用。将吸附相密度作为变量,采用Langmuir三元模型直接对不同温度下的过剩吸附量进行非线性拟合来获取Langmuir参数。研究表明,随着温度升高,Langmuir体积逐渐降低,而Langmuir压力逐渐升高,基于不同温度下的拟合结果建立了温度与Langmuir参数间的关系,可进一步推算埋藏条件下吸附气的变化规律。

页岩高压等温吸附曲线及气井生产动态特征实验

选取四川盆地长宁—威远地区龙马溪组页岩储集层样品,采用高压等温吸附仪开展高压等温吸附曲线测试,运用自主研发页岩气流固耦合实验系统开展了单岩心对比和多岩心串联气井衰竭开发物理模拟实验;在总结吸附、解吸规律基础上,建立了高压等温吸附模型,修正了含气量计算方法,明确吸附气动用规律。研究表明,页岩高压条件下的等温吸附规律与常规低压下吸附规律不同,高压等温吸附曲线随压力变化存在最大过剩吸附量,对应压力为临界解吸压力。高压等温吸附曲线可用于评价页岩吸附气量及吸附气动用程度;高压等温吸附模型能够拟合和表征页岩高压等温吸附规律;修正后的含气量计算方法,可以更客观评估含气量与吸附气比例,是储量评估和产量递减分析的理论基础;吸附气动用程度与压力密切相关,储集层压力低于临界解吸压力,吸附气才能有效动用;气井生产过程中,近井地带压力下降幅度大,吸附气动用程度高,远离井筒,吸附气动用程度低或不动用。

我国煤储层等温吸附常数分布规律及其意义

对我国煤储层的等温吸附资料进行了全面系统分析和总结 ,得出了干燥煤样等温吸附曲线校正为储层温度和平衡水条件的回归经验公式。在此基础上 ,探讨了我国各时代、各煤类等温吸附常数 a、b值的地域和层域分布规律及其对煤层气地面开发的影响。

湘中拗陷泥盆-石炭系海相泥页岩地球化学特征及等温吸附性能

利用湘中地区泥盆-石炭系野外剖面泥页岩有机地球化学参数及泥页岩等温吸附特征参数,评价页岩气富集的关键地质参数特征。海相泥页岩有机地球化学参数表明,其有机碳含量高,泥盆系泥页岩有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型,石炭系大塘阶测水段为Ⅱ1—Ⅲ型;泥盆—石炭系有机质的成熟度高,基本都达到高成熟—过成熟阶段。泥页岩等温吸附曲线表明,泥页岩吸附容量较大。这些参数表明,湘中拗陷页岩气的基础地质条件好,具备页岩气富集成藏的地化条件,泥盆系棋梓桥组、佘田桥组及石炭系大塘阶测水段3套海相泥页岩厚度大、分布范围广、有机质丰度高。

页岩气超临界吸附机理分析及等温吸附模型的建立

为认识页岩气吸附机理,抓住页岩气所处超临界态的特点,同时考虑页岩多尺度孔隙空间和黏土矿物与干酪根吸附能力的差异性,理论分析了页岩气超临界吸附机理,同时建立了DALangmuir等温吸附模型。分析表明:低压阶段,甲烷优先吸附在干酪根超微孔表面,以微孔充填形式吸附;高压阶段,甲烷以单分子层形式吸附在中孔和大孔表面。甲烷脱附优先发生在中孔和大孔表面,表现出"吸附滞后"现象。建立的吸附方程拟合结果的R2大于0.995。页岩气吸附方式因吸附剂吸附能力和孔径而异,吸附方式既有单分子层吸附也有微孔充填吸附。吸附滞后现象是吸附剂吸附能力差异性的集中体现。所建模型可反映黏土矿物与干酪根吸附能力的差异及不同孔径吸附状态的差异,模型参数物理意义明确,数据拟合精度较高。

页岩容量法和重量法等温吸附实验对比研究

页岩吸附气含量是准确评价页岩含气量和资源潜力的关键参数,目前通常采用等温吸附实验来确定。等温吸附实验方法主要分为容量法和重量法,容量法是目前常用的等温吸附实验方法,重量法的应用还较少。本文通过分析两种方法的实验原理,认为容量法和重量法等温吸附实验测得的吸附量均为过剩吸附量,绝对吸附量并不能通过实验直接测得,并建立了过剩吸附量与绝对吸附量的转换关系。为了对比分析两种实验方法的准确性和稳定性,分别进行了相同样品的容量法和重量法等温吸附实验。测试结果表明,低压时甲烷在页岩中的吸附曲线呈Ⅰ型的吸附曲线特征,但是当压力进一步增大后,等温吸附曲线会出现下降。页岩中超临界甲烷的等温吸附曲线在压力较大时,必然存在下降的趋势,这并非异常现象,而是超临界流体过剩吸附量的本质特征。对比分析认为,在传感器精度和天平精度经过校准的情况下,重量法等温吸附实验对实验参数和环境的敏感程度要低于容量法。特别是对于吸附量较低的泥页岩,容量法测试中引起的误差大于重量法。在现有技术水平条件下,认为重量法更适用于页岩的等温吸附实验研究。

二元气体等温吸附实验及其对煤层甲烷开发的意义

分别进行了CH4-CO2 和CH4-N2 二元混合气体的等温吸附实验 ,并且分析了二元气体在吸附过程中各组分浓度的变化规律 .结果表明 ,在CH4-N2 二元气体的吸附过程中 ,吸附相中CH4组分的相对浓度逐渐增加 ,N2 组分的相对浓度逐渐减少 .在CO2 -CH4二元气体的吸附过程中 ,吸附相中CO2 组分的相对浓度逐渐增加 ,CH4组分的相对浓度逐渐减少 .实验结果证实了CO2 在与CH4的竞争吸附中占据优势 ,而N2 在与CH4的竞争吸附中处于劣势 .注入CO2 比注入N2 可以更有效地置换或驱替煤层甲烷 ,提高煤层甲烷的采收率 .

页岩等温吸附气含量负吸附现象初探

中国尚处在页岩气勘探开发的初期,常用等温吸附实验获得吸附气含量来定量评价页岩气藏的品质和资源潜力。实验发现,随压力增加,吸附气含量不是一直增加的,而是呈现减小的趋势,甚至出现负值。对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统—下志留统48块样品的等温吸附实验研究表明,这一现象不是页岩吸附气含量的客观反映,主要和等温吸附实验原理、压力大小、自由空间体积大小、真实吸附气含量大小、微观孔隙结构和吸附剂等因素有关。高有机碳含量页岩由于其较高的吸附能力、且微孔和小孔不发育,自由空间体积增大导致的负吸附现象不明显;低有机碳含量页岩由于其较低的吸附能力、且微孔和小孔较发育,自由空间体积增大导致的负吸附现象明显。无论何种影响因素导致页岩的负吸附现象,均导致视吸附气含量比实际吸附气含量偏小,低估了页岩的赋存能力,页岩的实际吸附能力可能比我们实验获得的数据大得多。文章系统分析了页岩等温吸附曲线负吸附现象的原因,并提出校正建议,为页岩吸附气含量的准确测定和页岩气资源量的客观评价提供了依据。

5种颗粒活性炭对水中卤乙酸的等温吸附试验

通过等温吸附实验,考察了5种不同类颗粒活性炭(GAC)对消毒副产物卤乙酸(HAAs)中致癌风险较高的二氯乙酸、三氯乙酸的吸附行为.结果表明:二氯乙酸、三氯乙酸的吸附行为符合Langmuir等温式;进口活性炭A对二氯乙酸饱和吸附量是3种国产活性炭的4 . 4～5 . 7倍,是另一种进口活性炭B的3 8倍;对三氯乙酸的饱和吸附量是3种国产活性炭的4 . 0～5 . 4倍,是另一种进口活性炭B的2 . 6倍.针对进口活性炭A开展的进一步研究结果表明,二氯乙酸、三氯乙酸2组分的相对吸附量与2组分的相对浓度成正比关系,二氯乙酸吸附容量变化对平衡浓度的敏感程度不如三氯乙酸.

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮等温吸附特征分析

利用美国Micromritcs ASAP 2000自动等温吸附仪,测试了鄂尔多斯盆地煤储层孔隙特征。在测试数据分析的基础上,确定了等温吸附和脱附曲线3种类型:第1类属孔结构是具有平行权构成的狭缝毛细孔型;第2类为发育一端尖灭的不平行的裂隙型;第3类属“墨水瓶”型孔。总结了鄂尔多斯盆地煤储层几种常见的比表面积分布曲线及累计孔体积分布曲线模型。

基于等温吸附的页岩水分传输特征研究

研究页岩的水分传输特征至关重要,不仅有助于认识页岩的物理化学性质,而且也有助于评价页岩气的吸附扩散和流动能力.本文设计了页岩的水分传输实验装置,采用美国伍德福德和中国南方龙马溪组页岩为研究对象,开展了不同温度、不同湿度下页岩的水分传输实验,研究了页岩的水分传输特征和影响因素.结果表明,页岩的水分吸附属于Ⅱ型曲线,包含着单分子层吸附、多分子层吸附和毛细凝聚的过程,GAB模型可用于描述页岩的水分吸附过程;水分吸附随着相对压力的增大而增强,有机碳含量和温度对页岩水分吸附起着增强作用,而方解石会抑制页岩的水分吸附;随着相对压力的增大,页岩的水分扩散系数呈现先增大后减小随后增加的趋势,其系数大约在8.73×10-9~5.95×10-8m2/s之间;伍德福德页岩的等量吸附热均大于龙马溪页岩的等量吸附热,这与其页岩的成熟度有关.研究结果为认识页岩的物理化学性质和力学性能以及评价页岩气的吸附流动能力提供参考依据.

河北开滦矿区晚古生代煤对CH_4/CO_2二元气体等温吸附特性

研究了开滦矿区不同变质程度煤对不同配比CH4/CO2二元气体等温吸附特性,用扩展Langmuir方程的推论计算了CH4/CO2二元气体各组分在吸附相中的浓度,并分析了其变化特征,表明:煤对CH4/CO2二元气体的吸附并不是对纯CH4和纯CO2的独立吸附,而是2种气体的竞争吸附,混合气体中CO2含量越高,总吸附量越大.在开滦矿区煤对CH4/CO2二元气体的吸附过程中,利于CO2吸附的条件是高CO2组分浓度和高压力;中等变质程度煤利于CH4吸附的条件是高CH4组分浓度和高压力,而低变质程度煤是相对的低CH4组分浓度和高压力.研究区低变质程度煤对CH4的竞争吸附大于其对CO2的竞争吸附,并不适合CO2-ECBM技术的实施;中等变质程度煤对CO2的竞争吸附优于对CH4的竞争吸附,适于CO2-ECBM技术的实施.

页岩等温吸附曲线SLD-PR模拟方法及应用

页岩气主要由吸附气和游离气组成,吸附气体的含量直接影响页岩气藏的地质储量和页岩气井的产量。为了准确得到页岩的吸附气含量,以川南地区龙马溪组页岩为研究对象,设计了实验测量了温度在25-45℃,压力在0-8 MPa范围内页岩吸附甲烷的等温吸附曲线,发现页岩的吸附气量随着温度的升高而减少。通过简化局部密度函数（SLD-PR）理论计算了不同温度下页岩的等温吸附曲线并且与实验结果作对比,结果表明该方法可以用来计算页岩等温吸附曲线。利用SLD-PR方法预测了页岩气藏储层温度和压力条件下等温吸附曲线,弥补了高温高压下实验测量页岩等温吸附曲线误差大的不足。同时对比了利用SLD-PR方法和Langmuir方法计算的吸附气量,发现利用Langmuir方程计算得到的吸附气含量偏大,利用SLD-PR方法计算得到的页岩吸附气含量更加可靠。