温度—压力—吸附方程回归样本集的建立与计算——以陕西焦坪崔家沟煤为例

由于我国煤层气资源丰富,因此煤层气的开发有巨大的前景。煤层气主要以吸附状态赋存于煤层之中。针对当前对煤层气排采所用吸附计算主要以等温变压吸附方程为主,而实际吸附是一种变温变压的过程的这一现状,本文结合作者研究所得变温变压吸附方程,以陕西焦坪崔家沟7号煤的系列等温吸附数据作为例子,说明如何通过Langmuir参数建立回归样本集,并计算在指定条件下的计算样本集,以及计算回归样本集与计算样本集之间的相对平均偏差;比较偏差以得到最佳的变温变压吸附方程,并以作图法来验证此方程。此方法可简化得到温度—压力—吸附方程的过程,从而提高在指定条件下的煤层气吸附量的计算精度,以便于排采工作制度的制定。

温度-压力-吸附方程在计算煤岩等量吸附焓的应用

用鄂尔多斯盆地的长焰煤、肥煤、瘦煤和贫煤4个煤样的系列等温吸附实验数据来验证一个温度-压力-吸附方程,并探讨等量吸附时吸附平衡压力与温度之间的函数关系。用克劳修斯-克拉佩龙方程求等量吸附焓。提出单位等量吸附焓的概念及计算方法。结果表明:煤样等量吸附焓为负值,证实吸附过程是个放热过程;对于同一煤样,单位等量吸附焓随吸附量的增加而下降是由于吸附介质表面的能量不均匀性所造成。正因为吸附过程是个放热过程,所以吸附先发生在能量较高的位置上,以便放出更多能量;在相等吸附温度和压力条件下,高阶煤有较大的单位等量吸附焓,必有较大的吸附量。同时高阶煤吸附量随着吸附温度的升高而快速衰减,而中低阶煤吸附量衰减却没有那么明显。

无机膜气体分离的温度-压力-渗透率方程及其在吸附问题上的应用

综合考虑努尔森(Knudsen)扩散和表面扩散,理论上推导出适用于无机膜气体分离的温度-压力-气体渗透率方程.方程包含4个有物理意义的参数A、B、Δ和β.A和B是气体流动系数.Δ显示温度影响.β显示压力影响.基于无机膜气体分离与煤层气吸附的相似性,将该方程演变成仍然有4个参数(A′、B″、Δ和β)和相同的数学形式的温度-压力-气体吸附方程,并以松藻煤电公司8#煤层煤样的系列Langmuir等温吸附实验数据,分别用平均相对偏差计算法和作图法验证了其适用性.

温度-压力-吸附的数学方程及其应用

温度-压力-吸附方程(TPAE)除了压力以外,还包含温度为自变量。可以对煤层气或页岩气的系列等温吸附实验或变温变压吸附实验数据进行处理。

煤层气的温度-压力-吸附方程的数学分析和诠释

本文建立温度、压力、吸附介质(自变量)与吸附量(应变量)的数学方程TPAE。并通过对鄂尔多斯盆地东部4种煤的系列等温吸附实验的兰格缪尔吸附体积和兰格缪尔吸附压力进行回归,得到TPAE的4个参数。四种煤样的平均相对偏差在8.73%~12.6%之间,和TPAE曲面与吸附量点吻合很好都说明TPAE适用于处理系列等温吸附实验数据。通过例子证实吸附量对温度偏导、吸附量对压力偏导、和吸附量对温度和压力的全微分是可以精确计算的。当煤样表征温度影响Δ和表示压力影响β已定,如满足一定的温度和压力,吸附量会出现极大值;吸附量极大值出现的温度和压力与煤样的变质程度(镜质组最大反射率)有关。

煤在温度和压力综合影响下的吸附性能及气含量预测

通过对有代表性煤样的副样进行不同温度等温吸附试验,在进行等温吸附实验前对煤样进行平衡水分处理,使煤样的水分含量接近原地煤的水分含量.研究发现,在等压条件下,煤吸附甲烷量随着温度的增加呈线性减少,相同温度,不同压力、不同煤样吸附量的减少量不相同.在温度和压力的综合作用下,在较低温度和压力区,压力对煤吸附能力的影响大于温度的影响,随着温度和压力的增加煤吸附甲烷量增大;在较高温度和压力区,温度对煤吸附能力的影响大于压力的影响,煤吸附甲烷量减少;煤变质不同,吸附量增大到吸附量减少的转折点不相同.建立了接近原地煤层气储集条件(包括温度、压力、水分、灰分、煤变质)综合影响下煤层气含量预测方法.该方法已被全国煤层气资源量计算应用.

考虑吸附和扩散的页岩视渗透率及其与温度、压力之关系

页岩纳米级孔隙中气体渗流存在吸附、扩散和滑脱效应,为了表征其渗流能力,并分析温度和压力对它的影响,利用Polanyi吸附理论和Langmuir等温吸附方程并结合纳米孔中气体扩散和渗流方程得到了考虑吸附、扩散和滑脱效应的页岩视渗透率的计算模型.计算发现:甲烷吸附层厚度随压力的降低而减小,随温度的降低而增加,并且压力越低温度的影响越大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率虽然同仅考虑扩散和滑脱的视渗透率一样都随温度的下降而减小,但整体要低于后者,且下降幅度更大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率与仅考虑扩散和滑脱时的视渗透率之间的差异随着压力的降低而逐渐减小;考虑吸附、扩散和滑脱的视渗透率与达西渗透率的比值随压力的降低先减小后增加,最终趋近于仅考虑扩散和滑脱时的情况.

煤体温度压力变化对瓦斯吸附性能影响的实验研究

从微观上分析研究了煤吸附瓦斯的本质,进而根据等温吸附实验结果研究了不同温度、不同瓦斯压力情况下煤的吸附性能变化规律,并讨论了Langmuir常数随温度的变化关系式,为研究瓦斯在煤层中赋存规律提供了理论基础。

考虑吸附和毛管压力影响的凝析气藏物质平衡方程研究

由于储层多孔介质界面现象的存在,采用类似干气的传统物质平衡方法来计算凝析气藏的储量并预测其产量必然与实际的储量和产量存在差异。基于相平衡计算模型建立了考虑吸附和毛管压力影响的凝析气藏物质平衡方程,利用该方程可以准确计算凝析气藏的储量并预测其产量。将该方法运用于实际凝析气藏中,结果表明该方法所计算的储量和预测的产量均小于传统物质平衡方法和不考虑吸附和毛管压力影响的物质平衡方法所计算的结果,且与现场实际结果更为匹配。该研究对于凝析气藏的开发具有指导意义。

温度-压力-吸附和煤与瓦斯突出的关系探讨

利用沁水盆地大宁煤矿的原生煤和构造煤系列等温吸附实验数据求各自温度-压力-吸附之间的相互关系。结果证实吸附过程是放热过程。定义了等量吸附焓、单位等量吸附焓和单位等量解吸焓。计算出在吸附量均为45 cm^3/g时,构造煤的单位等量解吸吸热比原生煤要少吸热0.158 kJ/(mol·cm^3·g)。相较于原生煤,构造煤优先解吸;相较于放热过程,埋深强化解吸;相较于原生煤,构造煤更容易从环境中吸入解吸所需的能量;相较于原生煤,构造煤自身的低渗透率和低坚固性系数更容易导致煤与瓦斯突出的发生。

温度和压力对煤层气在煤层中的吸附和流动的影响

介绍用于定量衡量温度和压力对煤层气在煤层中的吸附和流动的共同影响的LI吸附-流动方程。由于Freundlich吸附等温线方程简单的数学形式和处理在异构的表面上多层吸附而被采用。LI吸附-流动方程有四个参数:A是对于一个固定的多孔介质的微孔几何形体常数;B是吸附流量系数,都与吸附站点区域相关。Δ是在吸附质流中的一个吸附分子的最低势能和活化能之间的能量差;β是Freundlich吸附等温线方程中的常数。

努尔森扩散对崔家沟煤温度压力吸附所作贡献的数值分析

针对陕西焦坪崔家沟7号煤进行由努尔森扩散吸附与表面扩散吸附构成的吸附验证,其中努尔森扩散的大小由气体分子的平均自由程与多孔固体的孔径之比的大小所决定,任何可增加气体分子的平均自由程的方法均可增加努尔森扩散吸附对总的吸附贡献。在所测的温度(20℃~50℃)及压力(0.5MPa^8MPa)范围内,努尔森扩散吸附对焦坪崔家沟7号煤总的吸附贡献很小,其相对平均误差仅为0.03%,可忽略。忽略努尔森扩散吸附后可得到简化的温度-压力-气体吸附方程(TPAE)。在恒温条件下,简化TPAE是含有二常数项的指数方程,但其系数项是温度的函数,而指数项却不是温度的函数。

温度和压力对泥页岩吸附性能的影响

为了研究不同温度和压力共同对泥页岩吸附性能的影响,本文通过选取鄂尔多斯盆地上古生界太原组富有机质泥页岩样品进行了不同温度下的等温吸附实验,得到不同温度点的等温吸附曲线。研究发现,在等压条件下,泥页岩吸附甲烷气量随着温度的增加呈线性减少,在温度和压力的综合作用下,在较低温度和压力区,压力对泥页岩吸附能力的影响大于温度的影响,随着温度和压力的增加泥页岩吸附甲烷气量增大;在较高温度和压力区,温度对泥页岩吸附能力的影响大于压力的影响,泥页岩吸附甲烷气量减少。

煤在压力和温度共同影响下的吸附曲面表征

用LI吸附-流动方程定量表征煤在压力和温度共同影响下的吸附曲面,并用张天军等发表在《煤炭学报》上＂温度对煤吸附性能的影响＂文章中的兰氏体积和兰氏方程参数加以验证;用文献中的兰氏体积和兰氏方程参数计算出在不同实测温度（20℃~50℃）和不同压力下的吸附体积的＂兰氏计算值＂作为基准,与根据LI吸附-流动方程计算出的吸附体积作为＂李氏计算值＂进行比较,计算两者之间的平均相对误差。比较结果显示：在所有考虑温度（20℃~50℃）和压力下,＂李氏计算值＂与＂兰氏计算值＂吻合很好。根据LI吸附-流动方程做出的三维视图直观地表征了温度和压力对煤层气吸附量的影响。

成型压力与炭化温度对吸附材料性能的影响

本研究选用太西煤和灵武煤为主要原料，系统探讨成型压力与炭化温度对吸附材料性能的影响，结果表明，成型压力及炭化温度对不同的煤种所制备的吸附剂的性能有一定影响。对比两种煤所制备样品的性能，煤种的不同，其吸附性能及其它指标都有较大的差距。

过热水蒸汽流量测量温度压力补偿系统用的最佳密度方程式程序

为加强能源管理,过热水蒸汽流量测量的温度、压力补偿日益为人们所重视,国外目前已有为此用途的专用微处理器,国内有不少单位在研制使用单板机实现补偿,本文根据某厂过热水蒸汽要进行补偿的需要,编制了一个BASIC Ⅱ程序,利用这个程序,可以输入设计条件,预定的温度,压力波动范围以及对应的密度数据,打印出一个最佳密度方程式以及预定范围内各点的相对误差。具有较高的精度。

飞秒脉冲激光冲击强化中等离子体压力时空演化规律

为研究飞秒脉冲激光冲击强化中等离子体压力时空演化规律,利用考虑电子态密度(DOS)效应的模型计算了电子热容和电声耦合系数随电子温度的演化规律,并与采用QEOS(quotidian equation of state)模型计算结果进行了对比;提出DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型,计算得到电子温度、晶格温度、等离子体羽位置时间演化规律和等离子体压力时空演化规律,并与QEOS飞秒脉冲激光冲击强化模型结果进行了对比。结果表明:DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型计算得到的等离子体羽位置随时间的演化规律与实验结果吻合程度更好;增加激光能量或功率密度、考虑电子DOS效应会增加电子、晶格温度和等离子体压力。

单轴应力–温度作用下煤中吸附瓦斯解吸特征

利用自主研发的深部煤岩温度–压力耦合瓦斯解吸试验系统,对鹤岗南山矿煤样进行单轴应力–温度作用下吸附瓦斯运移过程。该试验系统通过对煤样施加不同应力和温度,促使煤中原生吸附瓦斯解吸,模拟煤体变形中吸附瓦斯解吸–释放过程。试验中分别在恒温和升温条件下对煤样依次进行单轴破坏和施加围压,实时监测逸出气体压力、流量,抽样检测气体成分和浓度。研究结果表明煤体在单轴压缩破坏过程中出现气体逸出压力降低导致气体回流现象;对破裂煤样施加围压后短时间内排出大量高浓度气体。试验结果证实温度升高是诱发煤样中吸附瓦斯大量解吸因素之一,而煤体内是否存在大量贯通裂隙是影响瓦斯运移的重要因素。

高压蒸汽灭菌器中温度与压力的关系

应用Clausius Clapeyron方程、波义耳定律和道尔顿分压定律 ,分析高压蒸汽灭菌器中混合气体温度和压力的关系。以文献数据建立了灭菌器中残留不同量空气时的Antoine方程 ,导出以压力表读数计算温度的方法。

温度及含水率对切削原煤吸附瓦斯特性的影响

为了测定温度、含水率对切削原煤吸附特性的影响,针对之前煤对瓦斯吸附性研究的不足,采用屯兰矿的焦煤、屯留矿的贫煤并经煤岩钻样机切削加工成100 mm×150 mm的圆柱形块状原煤,根据实验结果及相关理论采用Langmuir单分子层吸附模型进行结果分析。实验从等温条件下测定两种煤的吸附常数入手,之后调节至不同的温度和不同的含水率,测得吸附常数a、b分别随温度、含水率变化的关系式。结果表明:温度对吸附性的影响只取决于吸附常数a的变化,而含水率与b有关;在实验所研究的温度梯度内,得到吸附常数a随温度的变化呈线性衰减的趋势;在干燥到饱和含水的范围内,得出吸附常数b随含水率的变化呈指数衰减的趋势,并说明切削原煤的含水吸附性质与粉煤粒煤是存在差异的。