等温吸附量方程常数的物理含义及无因次吸附量方程

LANGMUIR(兰格苗尔)于1918年发表的等温累积吸附量方程,描述了在等温条件下累积吸附量与吸附压力之间的关系。然而,应当指出,兰氏方程是利用甲烷气、氮气、一氧化碳气、二氧化碳气、氧气和氩气等气体,在由云母片制成的吸附仪上进行了大量等温吸附实验,在实验取得数据的基础上,提出的一个等温累积吸附量经验方程。该方程具有a和b两个常数。陈元千等于2018年发表了等温累积吸附量方程的推导结果。该方程也存在A和B两个常数。研究结果表明,陈氏和兰氏的等温累积吸附量方程的两个常数都具有重要的物理含义。陈氏方程的常数A和兰氏方程的常数a都表示样品的极限累积吸附量;陈氏方程的常数B和兰氏方程的常数b都表示等温瞬压吸附量递减率;陈氏方程的AB和兰氏方程的ab都表示样品的最大初始理论吸附量。同时,建立了陈氏和兰氏的等温无因次累积吸附量方程和等温无因次瞬压吸附量方程,并提出了确定等温饱和吸附压力和等温饱和累积吸附量的方法。通过16个实例应用,发现陈氏方程和兰氏方程评价样品的极限累积吸附量基本一致;对于等温瞬压吸附量递减率和最大初始理论吸附量的评价,兰氏与陈氏的结果相差明显。但应当注意到,兰氏方程是一个经验方程,其可靠程度要比陈氏方程低。

一种计算超临界吸附真实吸附量的方法

为得到超临界条件下高压流体在固体吸附剂中的真实吸附量,本文将磁悬浮天平作为测量工具,通过高压条件下(≥12 MPa)磁悬浮天平读数与主体相密度(即流体密度)间的线性拟合关系得到吸附相体积,并进行换算,得到高压流体在吸附剂中的真实吸附量。此法为得到超临界条件下高压流体在固体吸附剂中的真实吸附量提供了独特解决方案,为在超临界吸附分离、吸附存储等领域的研究和应用提供了支撑。

页岩过剩吸附量与绝对吸附量的差异及页岩气储量计算新方法

页岩吸附气含量的准确测试对于储量评价及开发方案编制等具有重要的意义,但过去在计算地层压力条件下的吸附气含量时,未考虑过剩吸附量和绝对吸附量之间的差异。为此,基于重量法等温吸附实验,得出了以下认识:①当考虑吸附相体积的存在时,等温吸附实验并不能直接测得甲烷的实际吸附量(绝对吸附量),实验测得的应为过剩吸附量;②当压力在10 MPa左右时,过剩吸附量达到最大值,此后随着压力的增大而减小,这一现象是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征。为了将过剩吸附量转换为绝对吸附量,提出了计算甲烷吸附相密度的改进方法。改进后的方法对吸附实验数据的拟合效果更好,吸附相密度的计算结果也更加合理。进而对绝对吸附量进行校正,发现绝对吸附量与过剩吸附量的差值随着压力的增大而增大,如果采用低压条件下的实验吸附曲线直接进行页岩吸附能力的评价,将严重低估页岩气储层的实际吸附能力,由此提出了应用过剩吸附量和游离气量计算页岩气地质储量的新方法。结论认为:过去用老方法计算得到的页岩含气量明显大于新方法,有可能高估了页岩气藏的地质储量。

超临界条件下煤层甲烷视吸附量、真实吸附量的差异及其地质意义

煤层甲烷高压等温实验一般已属于超临界条件,由其吸附数据计算出的视吸附量不能反映真实吸附量,两者存在差异,因而由视吸附量建立的煤层气产能评价及含气性评价需要重新进行厘定。为深入研究这一差异性,基于前人成果并结合一般气体状态方程,给出了甲烷视吸附量和真实吸附量在不同压力点下的关系式,对具体等温吸附数据进行了计算。结果显示:真实吸附量和视吸附量差值随压力增大而增大,煤储层吸附性越强差值越大;同时,以视吸附量代替真实吸附量求取的临界解吸压力和实测饱和度均要大些。据此认为,依据视吸附量预测深部含气量会远远低估深部煤储层的含气性,超临界条件下,深部游离气含量数值可能要远远大于以往的认识。该结论对于重新认识煤储层真实吸附性及含气性具有重要意义。

基于TOC法测定减水剂在水泥表面吸附量的关键影响因素研究

目前,测试减水剂在水泥颗粒表面吸附量的方法大多采用总有机碳法(TOC法),但众多文献对该测试方法的前处理描述不明确且可操作性差。针对上述问题,本文对总有机碳法测试减水剂在水泥颗粒表面吸附试验的预处理条件进行了研究,探讨了搅拌时间、静置时间、静置温度对减水剂在水泥颗粒表面吸附的影响。研究确定了TOC法的前处理和测试条件,为减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为研究提供参考。该方法得到的减水剂标准曲线相关系数均大于0.999,该方法 10次平行实验结果的相对误差小于0.005%,相对标准偏差(RSD)为0.7706%。

活性炭纤维对SO_(2)饱和吸附量的测定方法改进

“绿色化学”是当前化学实验教学中重要的课程思政元素,“活性炭纤维对SO_(2)饱和吸附量的测定”作为综合性实验具有现实意义。而传统的对SO_(2)吸附量的测定方法存在仪器昂贵、操作复杂、危险性等问题,不适合应用于实验教学,同时也不适用于一些硬件设施有限的中小型实验室中进行科学研究。通过参考国家环境保护总局标准HJ/T56-2000《固定污染源排气中二氧化硫的测定.碘量法》并进行方法及装置的改进,可以有效的测定活性炭纤维材料对SO_(2)的饱和吸附量。新方法操作简单、安全、成本较低,为实验室开展相关教学及中小型实验研究具有参考意义。

深部煤层超临界甲烷吸附量预测研究

为了预测深部煤层超临界甲烷吸附量,构建了吸附势模型与等量吸附热模型,探究了这2种模型在预测超临界甲烷吸附量时的误差。根据温度300.5 K和323.0 K条件下的等温吸附数据,分别应用2种模型预测了温度313.0 K条件下的超临界甲烷吸附量,并与实测值进行对比,结果表明:研究超临界吸附时要修正压力;等量吸附热模型可应用在超临界吸附领域,当压力为6.0~7.5 MPa时,吸附量预测值平均相对误差为3.17%,吸附势模型预测值平均相对误差为3.60%;随着压力的增加,吸附势模型预测误差逐渐减小,而等量吸附热模型预测误差呈增大趋势;当压力小于6.99 MPa时,等量吸附热模型预测误差较小;当压力超过6.99 MPa时,吸附势模型预测效果较好。综合分析预测结果,2种模型的预测误差均在工程允许误差范围以内,而吸附势模型计算过程简单、需要的数据较少,在工程应用领域适用性更好。

油气回收装置油气吸附量自动控制技术研究

常规的油气吸附量自动控制技术主要使用原始自动化边缘伴生撬装设施完成油气净化与除油减量,易受大规模冷凝干燥作用冲击影响,导致控制回收抗压率偏低,因此,提出了一种有效的油气回收装置油气吸附量自动控制技术.即计算油气回收装置吸附量,生成油气回收装置油气吸附量自动控制流程,从而实现了油气回收装置油气吸附量自动控制.实验结果表明,设计的油气吸附量自动控制技术的控制回收抗压率较高,控制效果较好,具有可靠性,有一定的应用价值.

计算页岩气等温累积吸附量的称重法

根据质量平衡原理和Avogadro(阿伏伽德罗)定律,经理论推导得到了利用称重吸附仪测试的数据计算页岩气等温累积吸附量的方法。理论分析和实例应用表明,等温累积吸附量与压力之间是一条带峰值的曲线,峰值为等温饱和累积吸附量,峰位为累积饱和吸附压力,峰值之前的曲线符合陈氏的等温累积吸附量方程。本文还提出了确定饱和吸附压力和等温累积饱和吸附量的交会法,并通过应用实例验证了本文方法的正确有效性。

等温吸附量计算方法的推导及应用

等温吸附方程和等温累积吸附方程是描述页岩气和煤层气吸附规律的2个重要理论方程。前者描述的是不同压力下的等温吸附量,后者描述的是不同压力下的等温累积吸附量。应当指出,构成等温吸附量曲线中不同压力下的数据点,不是利用实验测定直接得到的,而是利用理论公式计算得到的。尽管在中外,尤其是中国,目前已有若干计算等温吸附量的方法,但多因在理论推导过程中存在不正确性和不可靠性,而导致计算公式和计算结果的错误,并引出了所谓过剩吸附量的不正确概念,这样也就谈不上为页岩吸附气和煤层吸附气的资源评价提供可靠的饱和累积吸附量数据。为此,基于气体状态方程,利用气体的物质守恒原理,经严格的推导,得到计算等温吸附量的3种方法。同时,提出了判断是否达到饱和吸附状态的判断因子。页岩和煤层吸附实验资料的应用结果表明,新建的计算方法和判断因子是正确、有效的。

称重吸附仪计算等温吸附量方法的推导及应用

当利用称重吸附仪进行吸附实验时,某一测试压力点测试的总质量m_t,是由测试桶的质量m_b、测试桶内装入岩样的质量m_c、岩样吸附甲烷气的质量m_(ag)和测试桶空隙体积内自由甲烷气的质量m_(fg)等四部分组成。而注入甲烷气的质量mi仅包括m_(ag)和m_(fg)两部分。由于测试桶的质量和装入测试桶内的岩样质量都是常数,因此为建立利用称重吸附仪计算等温吸附量的方法提供了方便。根据质量平衡原理和Avogadro定律,经理论推导,得到利用称重吸附仪测试数据计算等温吸附量的方法。同时,还提出了判断甲烷气吸附程度的方法,以及确定饱和吸附压力和饱和累积吸附量的方法。页岩气和煤层气2个实例的应用结果表明,本文提供的方法是正确有效的。

实验室测量甲烷绝对吸附量的误差研究

为了研究实验室测定煤的吸附量的准确性以及存在的误差,依据实验室测定煤对甲烷吸附量的原理,将实验室测得的吸附量设定为超额吸附量,煤对甲烷的绝对吸附量为真实吸附量,采用了理论分析和实验相结合的方法展开分析。通过对比超额吸附量和绝对吸附量之间的关系及修正后的吸附等温线模型,发现吸附等温线在压力较大时出现分离,超额吸附量对应的等温线明显低于真实吸附量。随着压力的增大,甲烷越接近超临界状态,游离相密度增加的更快,该趋势更加明显。经实验测定的超额吸附量和绝对吸附量进行误差分析发现,压力越大,绝对吸附量和超额吸附量的差值和误差越大。

评过剩吸附量和绝对吸附量关系式的不正确性

页岩吸附气和煤层吸附气都是重要的非常规天然气资源。该资源的评价依赖于在不同压力下等温累积吸附量的计算和等温饱和吸附量的确定。不同压力下的等温累积吸附量,需要通过吸附仪的测试资料,利用有关的计算方法求得。基于1976年Adamson(阿达姆森)提出的固相对气相吸附质量的关系式是不确定的,因此,1998年Donohue和Aranovich引用Adamson的吸附关系式,并提出过剩吸附量和绝对吸附量及其关系式也是不正确的。周理等于2000年发表的文章,确认和引用了Donohue和Aranovich过剩吸附量和绝对吸附量及其关系式同样是不正确的。在2015至2018年间,俞凌杰等沿用周理等的过剩吸附量和绝对吸附量关系式,发表了多篇论文。通过本文的研究,认为过剩吸附量和绝对吸附量是两个缺少物理定义和使用价值的伪名词,两者之间的关系式也是不正确的。利用过剩吸附量和绝对吸附量的关系式根本得不到等温吸附量、等温累积吸附量和等温饱和吸附量。

自然水体中生物膜不同化学组分与铅、镉最大吸附量的关系

Adsorption of Cd and Pb to components of surface coatings developed in five natural waters(Jilin Province, China) was carried out. The result indicates that the content of Fe oxides on surface coatings is much higher than that of Mn oxides. Langmuir isotherm is more suitable to describe the adsorption of Cd and Pb onto surface coatings. The maximum adsorption of Pb and Cd to surface coatings is directly proportional to the contents of Mn oxides and Fe oxides on surface coatings with significant correlation( n=5, α =0.01), respectively, and to the content of aluminum oxides with significant correlation (n=5, α =0.05), highlighting the relative importance of metal oxide fraction for Pb and Cd adsorption to the surface coatings developed in the five natural waters. The result agrees with that previously obtained by selective extraction technique for the relative importance of Fe and Mn oxides and organic materials in controlling Cd and Pb adsorption to surface coatings developed in Cayuga Lake(New York, USA)

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.

浸渍法制备Pd／C催化剂过程中Pd前驱体的平衡吸附量与吸附态

使用不同浓度(0～67%)的硝酸对活性炭载体进行预处理,以H2PdCl4为前驱体,用浸渍法制备理论负载量为5%的Pd/C催化剂.浸渍过程中的吸附实验表明,Pd前驱体的平衡吸附量随预处理硝酸浓度的增加而逐渐减小,尤其是浓硝酸预处理的活性炭载体,其上仅有62.54%的Pd前驱体吸附,而37.46%的Pd前驱体仍在水浆液中.分析发现,Pd前驱体的平衡吸附量主要取决于活性炭的零电荷点,表面电荷模型能较好地描述Pd前驱体的吸附规律.当使用浓度≤5%的硝酸进行预处理时,Pd的粒径随硝酸浓度的增加而减小;当硝酸浓度继续增加时,Pd粒径急剧增大.Pd前驱体的平衡吸附量与Pd粒径的大小无直接关系,而Pd前驱体在活性炭表面上吸附物种及数量的不同也对Pd粒径的大小产生影响.活性炭表面基团的增加抑制了PdClyx-吸附物种的生成.当使用≤5%的硝酸处理活性炭时,Pd前驱体的吸附形态主要为PdClxy-和Pd0;当硝酸浓度>5%时,没有检测到PdClyx-的存在.

CO_2吸附量与活性炭孔隙结构线性关系的研究

以太西无烟煤为原料、硝酸钾为添加剂，将煤粉、添加剂和煤焦油经过充分混合后挤压成条状，在600℃下炭化15min，然后用水蒸气分别在920℃和860℃下活化一定时间得到2组活性炭，测定了CO2吸附等温线，探讨了2组不同工艺制备的活性炭的CO2吸附量和孔容的关系．以线性相关度R为指标，对活性炭不同孔径区间的孔容和CO2吸附量进行线性回归分析，并对分析结果进行显著性检验．结果表明：孔径在3．0～3．5nm之间的孔容和CO2吸附量之间存在较好的线性关系，其线性相关度R最大．

煤层气吸附量动态变化模型研究

基于吸附势理论、气体状态方程,建立了煤储层压力与煤体吸附半径、孔隙半径与煤体吸附量、储层压力与煤体吸附量之间的关系模型,得出储层压力、吸附量、孔隙半径等多参数耦合的煤层气吸附量动态变化模型,利用潘庄区块煤体结构测试数据以及等温吸附试验结果对模型进行了验证。结果表明:潘庄区块以孔径小于7.7 nm的微孔为主,以孔径7.7 nm为临界点孔容呈先减小后增大趋势;模型计算的吸附量动态变化结果与煤体空气干燥基等温吸附变化结果在趋势上具有较高的一致性,模型的起始点为枯竭压力以及枯竭吸附量,得出潘庄区块枯竭吸附量为3 m3/t。模型不仅能够计算地层条件下不同温度和压力共同作用下煤体对甲烷气体的吸附量,且能够预测煤层气排采过程煤层气吸附量的动态变化,有助于确定煤层气排采工作制度以及提高煤层气采收率。

页岩气等温吸附量及等量吸附热研究

对甲烷在页岩中的等温物理吸附实验进行分析,表明吸附相气体会使游离相气体体积减小,而数据处理中假设的恒体积会使视吸附量小于真实吸附量。根据Moffat推导的两者之间的关系对页岩吸附甲烷进行计算,结果表明随着平衡压力增加误差增加;3 MPa内误差较小,7 MPa左右误差超过10%;但14 MPa范围内吸附量差值(真实吸附量-视吸附量)小于1 m3/t。相对高压或低温条件下吸附量差值或误差更大,误差斜率与温度相关。TOC相近而R o明显不同时,高R o样品吸附量差值略大。R o相近而TOC明显不同时,高TOC样品吸附量差值明显偏大,表明TOC对真实吸附量及吸附误差的影响更大。根据Clausius-Clapeyron等量吸附热方程计算甲烷在页岩中吸附热的相对大小,吸附热随着吸附量的增加而降低,吸附热的大小代表吸附进行的快慢或吸附位的强弱,甲烷在该页岩上的吸附热大致在10～25 kJ/moL。

煤岩吸附量–变形–渗透系数同时测量方法研究

近年来,随着人们对CO2煤层封存、煤层气注气开采等技术关注程度的不断提高,大量学者开始煤岩吸附量、变形以及渗透系数测量方面的研究,并开发大量测试装置和技术。但是,要在一个试样上同时测量吸附量、变形和渗透系数比较困难,目前还没有相关试验方法和试验装置的报道。提出煤岩吸附量–变形–渗透系数同时测量方法并开发试验装置。采用圆柱形块煤作为试验样品,利用变形传感器测定吸附引起的变形,利用双计量泵测定吸附量和渗透系数。介绍该方法的原理、试验装置及试验流程,并利用该方法和装置进行煤岩对CO2气体的吸附量、变形和渗透系数同时测量试验。试验结果表明,该方法和装置能够同时测量煤岩吸附量、变形和渗透系数,试验效果良好。