吸附势理论在煤层气吸附／解吸中的应用

煤层气的吸附/解吸将导致煤层甲烷碳同位素以及煤层气多组分分馏,使得煤层气富集区预测成为可能;并为揭示注入CO2增强CH4产出提供依据。本文根据Polanyi吸附势理论和实测及收集的等温吸附试验数据,探讨煤层甲烷碳同位素和多组分气体的分馏。通过研究,得到如下两个结论:①13CH4在煤表面的吸附势普遍高于12CH4,也就是说13CH4与12CH4相比具有优先吸附、滞后解吸的特点。这种差异具有随压力增加而增加的特点。②煤层气吸附/解吸过程中CH4和CO2的分馏可归纳为以下3种情形:a.CO2和CH4的吸附/解吸等温线不相交,CO2的吸附势大于等于CH4,在CO2和CH4吸附势接近的中压阶段(1～2.5MPa)不利于注CO2驱CH4,高压、低压阶段均有利;b.因CH4的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5MPa)下利于注CO2驱CH4;c.因CO2的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5MPa)下利于注CO2驱CH4。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法,并揭示了在高压条件(>2.5MPa)下总是有利于向煤层注入CO2强化CH4产出。

吸附势理论在甲烷临界温度以上吸附中的应用

使用吸附势理论对甲烷临界温度以上在微孔活性炭上的吸附平衡进行了研究。针对吸附势理论描述气体临界温度以上吸附所面临的问题,深入考察了各种计算吸附相密度和虚拟饱和蒸汽压的方法对吸附平衡预测结果的影响。研究表明,吸附势理论可以在较宽的范围内描述甲烷临界温度以上的吸附平衡,模型预测结果受吸附相密度计算方法的影响较小,但对于虚拟饱和蒸汽压的计算方法较敏感,其中Reich等采用的经验式更为准确。

基于吸附势理论的页岩吸附甲烷模型及其应用

根据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,推导出页岩吸附甲烷模型,在此基础上建立了地质条件下温度和压力共同影响的页岩吸附气量计算模型,并利用实测等温吸附数据进行了模型验证及应用分析。研究结果表明:页岩吸附气的ε-ω吸附特性曲线是唯一的且与温度无关,特性曲线的形态呈对数形态;文中推导吸附模型的预测结果精度较高,可预测不同温度和不同压力下页岩吸附气量,得到页岩吸附等温线;建立的地质条件下温度和压力共同影响页岩吸附气量计算模型,可预测页岩吸附气量随深度变化的趋势图;温度和压力对页岩吸附气量影响作用相反,在地质条件下的温度与压力对页岩吸附气量影响存在竞争关系,其中当页岩埋深小于页岩最大吸附容量对应埋深时,压力起到主要影响作用,反之温度起到主要影响作用。

应用吸附势理论研究氢在沸石上的超临界吸附

针对吸附势理论描述气体超临界吸附所面临的问题,采用经验方法求取了临界温度以上且较宽的压力范围内氢在微孔沸石上吸附的虚拟饱和蒸汽压和该吸附体系的亲合势系数εi,j,并通过对ln(W/W0)与(εi,j/εi,j)(W,W0分别为吸附相体积及吸附剂的饱和吸附容量,εi,j为吸附势)的相关性分析得到了一般吸附函数的表达式.研究结果表明,εi,j与吸附热qi,j具有线性关系,因此可将吸附热作为一般吸附函数的参数应用于吸附势理论的研究.利用一般吸附函数对本实验条件下的吸附数据的拟合分析证实该函数可较好地表述氢在微孔沸石上的超临界吸附.

基于吸附势理论的SF_6高压电器设备气体绝缘状态预测

SF6气体的相对湿度可以直观地反映SF6高压电器设备的绝缘状态。因为相对湿度值随温度变化,所以不同温度的离线相对湿度要根据在线监测得到的相对湿度换算得到,这一过程必须考虑设备对水分的吸附作用。文中在吸附势理论的基础上,采用吸附势与吸附空间的关系曲线作为描述SF6高压电器设备对水分吸附作用的特性曲线,并给出了曲线的制定方法及流程。在实时在线监测的基础上,利用特性曲线推导了温度变化时SF6气体相对湿度的离线计算算法。以离线相对湿度作为预测气体绝缘状态的依据,并在实验室进行了模拟实验。

吸附势理论在煤层夹矸型黏土矿物吸附甲烷中的应用

通过两种不同方法对实验条件下夹矸型及非煤型黏土矿物甲烷吸附的相关数据进行了推导,通过拟合计算分别推得各样品对应的不同温度下吸附量与压力关系式。结果表明,在吸附量相同时,吸附势大小顺序为:NH4-I>Kao-I>Ill>Phl;表明运用吸附势理论推导出的各样品甲烷吸附能力大小顺序和实测的结果一致,该方法存在一定的可行性,为预测不同埋深温压下的甲烷吸附状态提供了一种方法手段,为探索深部煤储层气体吸附提供了依据。

吸附势理论在10K低温吸附器设计中的应用

以氢气在活性炭中22 K、27 K、32 K、37 K、77.3 K、89 K温度下的吸附数据为基础,根据Polanyi吸附势理论得到了跟温度无关的吸附特征曲线,并利用特征曲线反推对应温度下的吸附等温线;发现吸附势理论对氢气在活性炭中临界温度以下温区较低压力下(小于0.01 MPa)吸附量的预测跟实验数据吻合较好;并根据吸附势理论得到了10 K下氢气在活性炭上较低压力下(小于0.01MPa)的吸附等温线,并设计了250 W@4.5 K氦制冷机工作于10 K温度下的吸附器。

吸附势理论在煤层甲烷吸附中的应用

本文根据不同温度下实测的等温吸附数据,以吸附势理论为指导,首先建立吸附特性曲线及其数学表达式,在已知一组等温吸附数据时计算任一温度下的吸附等温数据,为储层条件下的含气量预测提供了方法。柳林、阜新和沁水盆地东南部煤的等温吸附实验数据说明吸附势理论完全可以运用到描述煤这种特殊的非极性碳质材料对甲烷的吸附。

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。

基于吸附势理论的煤吸附CO超临界模型构建

受火成岩入侵以及埋深的影响,处于高温高压状态下的煤对CO吸附能力变化较大,处于远超过临界温度和压力条件下的CO以超临界状态附着在煤体表面,导致该环境条件下的煤层常常出现CO涌出现异常的现象,进而影响通过CO体积分数变化对煤层自燃进行预测的准确性。为研究环境压力超过CO临界压力时,煤体对超临界状态CO吸附能力的变化,并对不同温度压力下煤层对超临界状态CO吸附能力进行预测,基于Polanyi吸附势理论,从势能变化的角度,通过结合等温吸附实验数据,构建出压力,温度以及CO吸附量之间的关系模型,从而得以预测对不同温度不同压力煤体对CO气体的吸附量,进而为完善通过CO体积分数对煤层自燃进行预测的指标气体预测法提供有效的理论依据。

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。

吸附势理论中饱和蒸汽压参数k探讨

吸附势理论可预测不同温度下煤吸附甲烷的等温吸附曲线,但往往由于饱和蒸汽压参数k和吸附相密度ρ（ad）选取的不当,导致预测出现较大偏差。鉴于此,选取粒径180-250μm的煤样分别开展30、40、50℃的等温吸附实验,并利用30℃单一温度吸附特性曲线和30、40、50℃多个温度综合吸附曲线预测40、50℃的等温吸附曲线。结果表明,k对获得单一温度的吸附特性曲线影响甚微,但对获得多温度下的综合吸附特性曲线影响较大,存在最优k值为3;单一温度下吸附特性曲线预测结果的偏差大于多个温度下综合吸附特性曲线预测的,在40、50℃的预测结果中,后者的预测精度分别为前者的2倍和2.5倍。多温度下的综合吸附特性曲线对吸附相密度的选择较敏感,预测40、50℃的等温吸附曲线时,应分别使用吸附相密度ρ（ad2）和ρ（ad1）。

基于吸附势理论的煤吸附超临界甲烷研究

为了探究超临界甲烷吸附特征,提出超临界甲烷等温吸附线,并以此为研究基础。根据吸附势理论,计算并绘制了不同温度下吸附相体积随吸附势变化的吸附特性曲线,结果表明不同温度等温吸附特性曲线可用1条曲线或统一方程式表示,这从理论上验证了超临界甲烷在煤表面上的吸附也主要取决于与温度无关的色散力作用。由这种特性建立了超临界甲烷吸附模型,实现了根据已知等温吸附试验数据预测不同温度、压力下的超临界甲烷吸附量,克服现有的等温预测的局限性。但是当温度超过一定范围,吸附相密度不能由极限密度代替,由于分子重排作用,吸附相密度改变,造成预测误差。

应用Polanyi吸附势理论描述超高交联树脂对多环芳烃的吸附

研究了萘、苊、芴三种多环芳烃类化合物在超高交联吸附树脂HC-1上的静态吸附平衡行为,分别采用Langmuir、Freundlich和Poanyi-Dubinin-Manes模型方程对吸附平衡数据进行了拟合分析,并探讨了吸附机理.实验结果表明,基于微孔填充机理的Polanyi-Dubinin-Manes方程能较好地拟合吸附平衡数据,表明树脂的微孔区对吸附起着重要作用.实验结果也表明,吸附质分子尺寸是影响吸附效果的重要因素,吸附质分子越大则吸附量越小;采用吸附质分子尺寸对Polanyi-Dubinin-Manes方程中吸附势密度进行修正,以体积吸附量对修正后吸附势密度作图,可得到一条与吸附质无关的特性曲线,根据该曲线方程可有效预测二、三环的多环芳烃化合物在HC-1上的吸附性能.

基于吸附势理论的低温环境煤甲烷吸附等温线预测

为了准确预测低温条件下煤对甲烷的吸附等温线,选用平顶山己15-17煤层煤样,并以高低温变频实验装置为依托,对煤样进行高/低温环境(-20、-10、0、10、20℃)下的甲烷吸附试验。基于吸附势理论,利用吸附特性曲线的唯一性,根据20、10、0℃的甲烷吸附数据,预测-10、-20℃时甲烷的吸附等温线。结果表明:预测的吸附等温线与实测的吸附等温线吻合良好,平均相对误差分别为2.47%和2.64%。

储层条件下煤吸附甲烷能力预测

煤的吸附能力受煤的性质(煤阶、煤岩组分、煤体变形)和环境条件(温度、压力)的控制。探讨储层温度、压力下的煤吸附能力是含气量预测的前提和基础。根据Polanyi的吸附势理论,结合实测等温吸附数据,首先绘制了煤吸附甲烷的吸附势特性曲线,然后建立反映吸附量、温度和压力三者之间关系的数学模型。此模型可在已知某一温度下的吸附等温线时,计算任一温度、压力下煤的吸附能力,也就是储层条件下的理论最大含气量。该模型的建立使得定量评价地质历史时期煤层气的聚集与散失成为可能,并且在沁水盆地东南部得到了成功应用。

空气湿度对低浓度有机蒸气在活性炭上吸附平衡的影响

采用吸附柱穿透曲线法测定了 30℃不同相对湿度 (RH)下 4种低浓度有机蒸气 (VOC)在活性炭上的等温吸附量 .结果表明 ,水蒸汽对VOC吸附平衡的抑制作用 ,随着RH的增大、VOC浓度的降低而增大 ,且随着VOC分子极性的增强而有所增大 ;VOC对水蒸汽吸附平衡的抑制作用 ,随着VOC分子极性的增强而有所减弱 .提出一个基于竞争吸附机理的Polanyi Dubi nin方程 。

用修正的Polanyi-Dubinin方程描述有机蒸气-水蒸气在活性炭上的吸附平衡

Long-column method was used to determine the adsorption isotherms of 4 VOCs (benzene, toluene, chloroform and acetone) in concentration range of 250～5000?mg·m -3 on a commercial activated-carbon under different humidity levels at 30?℃.A modified Polanyi-Dubinin equation was proposed to correlate the adsorption equilibrium of different VOC-water vapor systems. Among 3 methods of calculating the Relative Affinity Coefficient β used,the Molar Volume method and the Molecular Parachor method proved to be suitable for the calculation with better precision than the Electronic Polarization method. Calculation results were satisfactory for the benzene-, toluene-, and chloroform-water vapor/activated carbon systems, but poor for acetone possibly because of its strong polarity.The equation could be used to estimate the detaining effect of atmospheric humidity on the adsorption equilibrium of VOCs on activated carbon.

不同水分煤样吸附甲烷的极限吸附量预测

以大佛寺4#不粘煤样为研究对象,进行4#不粘煤空气干燥基样和平衡水分样等温吸附实验,计算吸附势和吸附空间,得出吸附特征曲线,以期预测大佛寺4#不粘煤层中煤层气资源/储量,验证吸附理论的可靠性。实验结果显示:对于同1种煤样,吸附势与环境温度无关系,煤中水分大小对吸附势影响较大;实验进一步证明煤-甲烷分子之间作用力主要为色散力,吸附过程为物理吸附;根据吸附特征曲线计算所得极限吸附量与常规Langmuir方程拟合所得结果十分相近,初步证明吸附特征曲线所得极限吸附量预测煤吸附甲烷最大能力、预测煤层气资源/储量是可行的方法。

酸化作用前后煤样吸附甲烷特性研究

为了研究酸化前后煤样的吸附特性,以宜宾白胶煤矿煤为研究对象,通过研磨筛选部分煤粒进行酸化脱灰处理,对煤孔隙进行了表征,并进行了等温吸附试验,探究储层温度下甲烷吸附特性。试验结果表明:酸化脱灰后,煤样比表面积、孔体积增加;由于酸化处理,使得煤样内部的矿物或杂质被移除,孔径增大,孔的面积以及孔的数量增多,等温吸附试验中,酸化处理煤样YB2的平衡时吸附量明显大于没有经过处理的YB1煤样;运用吸附势理论探究得到在一定的储层温度下孔隙结构的改变对煤吸附瓦斯有较大的影响。