LI吸附-流动方程对二元混合气体在煤储层温度与压力影响下吸附的表征

用LI吸附-流动方程对唐书恒教授"二元混合气体等温吸附实验结果与扩展Langmuir方程预测值的比较"中的数据重新进行计算,定义了总物料衡算和甲烷物料衡算,根据等温条件下纯气体和二元混合气体的吸附实验数据计算的理论总吸附量与实测总吸附量较为吻合,相对误差绝对值在2.48%~12.15%之间,二元混合气体(甲烷与氮气)在吸附相中甲烷的摩尔分数xA在测定压力范围内变化量很小,并与混合气体进入吸附釜中甲烷的摩尔分数x_M很接近。

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。

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。

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。

SF_6气体压力-温度曲线在现场的应用

针对东北地区SF6断路器运行时SF6气体压力监视问题,分析以绝对压力表示和以表压力表示的"SF6气体压力-温度曲线"两种曲线的应用方法及注意事项,以及在充注SF6气体时"SF6气体压力-温度曲线"的应用,指出在实际工程中,对配置密度表的断路器充SF6气体时,根据密度表的读数调整SF6气体的压力(或密度),使密度表的指针对准额定压力(或密度)值。

介质温度对Zn-MOF薄膜光学气体吸附性能的影响

合成温度会影响金属有机骨架(Metal organic frameworks,MOFs)的结构、孔径和产率等诸多特性。为制备高性能气体吸附MOFs薄膜,在不同介质温度(30~45℃)下采用原位生长法,在锡掺杂玻璃光波导表面制备[Zn_(2)-(bdc)_(2)-(dpNDI)]_(n)(Zn-MOF)薄膜;利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、分光光度计、椭圆偏振仪和光波导(OWG)测试系统等研究了介质温度对Zn-MOF薄膜表面形貌、光学特性(吸光度、折射率、光传播损失)及气体吸附性能的影响。结果表明:介质温度的升高有利于薄膜生长,且有效地缩短了薄膜的生长时间。介质温度在30~45℃范围内,薄膜表面形貌由球形结构转变为蜂窝状和层状结构;薄膜均透明,折射率高,光传播损失小,且对二甲苯气体表现出较大的吸附响应。40℃下生长10 h的Zn-MOF薄膜的性能最优。

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。

变温变压对LI吸附-流动方程的影响

LI吸附-流动方程可准确地度量压力和温度对煤的吸附能力的影响。在恒压条件下,LI吸附-流动方程求温度偏导(V/T)_p小于零,即温度变化对煤的吸附能力起着明显影响,随着温度的增减可使煤的吸附能力降低或增高。在恒温条件下,LI吸附-流动方程求压力偏导(V/p)_T大于零,即压力变化对煤的吸附能力同样也起着影响,随着吸附压力的增减可使煤的吸附能力增加或降低。将LI吸附-流动方程进行全微分,即变温变压的综合作用下导致吸附温度、吸附压力对煤的吸附能力的共同影响。最后采用了煤在温度和压力综合影响下的吸附性能及气含量预测数据进行验证。

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。

LI吸附-流动方程对变温变压下煤层气吸附-解吸的表征

用LI吸附-流动方程对马东民等发表在2012年英文版《煤炭学报》的文章中的吸附-解吸数据进行了计算与回归分析,分别得到了LI吸附-解吸方程的4个常量A、B、Δ和β,计算了变温变压下煤层气吸附-解吸量并用三维视图表征。通过对马东民吸附-解吸数据的处理,证实了理论计算临界解吸压力与实际排采压力不一致,即实际产气压力比计算的理论值高或实际产气压力比计算的理论值低。为定量描述这一现象,定义了一个特殊的比值,吸附量与解吸量之比,该值小于1,气井的操作处于过饱和区;该值大于1,气井的操作处于欠饱和区。

基于西门子S7-400H系统架构变压吸附制氢控制系统设计

文章首先分析了变压吸附制氢工艺流程,对系统的设计原则进行解读,基于西门子S7-400H构建了一套变压吸附制氢控制系统,对硬件、PLC编程软件和HMI编程软件进行设计选型,提出了系统控制要点,构建了温度和压力控制的模糊-PID控制器,实现对变压吸附制氢控制系统的自动化改进。

高阶煤变温变压吸附性能的数学分析-YQ4-15为例

在恒压条件下,因LI温-压-吸附方程的温度偏导(V/T)_P数值小于零,高阶煤的吸附能力随着温度增加而降低。在恒温条件下,因LI温-压-吸附方程的压力偏导(V/P)_T数值大于零,高阶煤的吸附能力随着吸附压力增加而增加。LI温-压-吸附方程的全微分可以计算变温变压条件下,来至吸附温度对高阶煤的吸附能力的负面影响和来至吸附压力对煤的吸附能力的正面影响如何参与竞争。

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。

范氏气体状态方程与焦耳——汤姆逊效应的转换温度

本文分析了传统的热学理论中理想气体状态方程和范德瓦尔斯方程所对应的焦—汤效应的转换温度,提出并建立了一个更符合实际气体特点的状态方程。并针对这个实际气体方程,依据焦—汤效应的等焓性质推导出该方程对应的焦—汤效应的转换温度,得到的理论值与实验值相差较小,说明此方程更加接近实际气体的性质,是一个更加优化的实际气体状态方程。

基于一维气体单流体模型的天然气-凝析液管道流体流动预测

基于一维瞬态非等温可压缩气体单流体模型,采用SIMPLE压力修正算法,考虑焦-汤效应对温度的影响,开展了低持液率天然气-凝析液管道的流动预测研究。将模拟管道五个不同持液率组分(0~20%)的计算结果与OLGA预测结果进行对比,结果表明:对气速、温度的预测与OLGA预测结果相接近,持液率为10%时压力预测的相对偏差为4.65%,证明了一维瞬态非等温可压缩气体单流体模型对低持液率天然气-凝析液管道流动预测具有适用性;随持液率继续增加至20%,压力预测的相对偏差逐渐增大。

应力-渗流作用下煤体变形特性试验研究

为探究瓦斯压力、围岩应力变化引起煤体变形规律,利用自行研制的应力-渗流-解吸煤体变形试验装置,以铁新煤矿9号煤为研究对象,开展应力、渗流作用下煤体变形试验,根据试验结果分析围压和孔隙压力对煤体变形影响的显著程度。结果表明:围压自15 MPa起,在以2 MPa/次梯度递减至5 MPa的过程中,煤体的径向应变呈线性减小,纵向应变呈线性增加趋势;围压为定值时,煤体变形与孔隙压力的关系满足二次函数;煤体径向变形和孔隙压力、围压的关系满足二元二次函数,且围压对煤体变形的影响比孔隙压力更显著。

主动测压法测定煤层瓦斯压力中补偿气体的选择

为选择合适的气体作为主动测压法测定钻孔煤层瓦斯压力中的补偿气体,从煤对CH4、CO2和N2的吸附性研究入手,证实了煤层对CH4和N2的吸附-解吸是可逆的,而对CO2的吸附解吸是不可逆的,并分析了CO2作为补偿气体对CH4的吸附-解吸平衡产生的影响,最终提出了N2更适合作为补偿气体。通过现场实践表明:CO2作为补偿气体测得的瓦斯压力存在一定的误差,误差可达0.05～0.20 MPa,而N2作为补偿气体时误差较小,能够较准确测得煤层原始瓦斯压力。

基于Langmuir模型温度对煤吸附解吸甲烷影响研究

为研究热对煤体吸附/解吸瓦斯的作用效果及影响程度,在高压气体吸附仪的基础上,使用外接的恒温水浴装置,对潘三煤矿11-2煤层煤样进行不同温度下的甲烷吸附/解吸试验研究。结果表明:相同温度条件下,甲烷气体吸附量随着压力的增加而增大,但增加幅度逐渐降低;相同气体压力条件下,甲烷气体吸附量与温度之间呈非线性负相关关系,而且降低幅度逐渐增大;将气体压力修正系数引入到Langmuir方程之后,对不同温度条件下煤样吸附数据拟合,发现与传统的Langmuir方程相比,修正后的Langmuir方程拟合曲线的相关系数更高,而且拟合回归得到的吸附常数a、b的标准误差更小;在Langmuir方程修正模型基础上对不同温度条件下的吸附常数a、b及修正系数c进行了多项式拟合,得到煤吸附甲烷含量与温度、压力之间的耦合方程;试验得到的同一温度条件下煤样对甲烷的吸附和解吸曲线不重合,说明煤样对甲烷的解吸过程滞后于吸附过程,随着试验温度升高,吸附和解吸2条曲线间距越小,表明煤对甲烷的解吸滞后性越弱;利用吸附/解吸滞后评价模型定量计算了不同温度下的吸附/解吸滞后量,通过曲线拟合得到解吸滞后量与温度呈现负指数关系;从吸附热角度进一步揭示了解吸滞后于吸附的原因是吸附热小于解吸热,而且随着温度升高,煤对甲烷吸附/解吸热差值越小,从而导致煤解吸甲烷滞后量也越小。

基于吸附验证的煤层气含量测定的可行性研究

为了准确测量煤层含气量,建议将残余气量测试结束后的煤样作为吸附法的煤样进行"12点变温变压吸附",所得吸附数据用温度-压力-吸附方程回归处理以求得温度-压力-吸附方程的相应参数。用温度-压力-吸附方程计算完全符合煤样储层条件(温度、压力、平衡水分)的煤层气含量,并与地勘解吸法所得的煤层气含量进行比较验证,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。