基于低场核磁共振原位监测的煤岩甲烷吸附解吸动力学研究

吸附态甲烷在深部煤岩储层微纳米孔隙中占主导地位,研究其在吸附解吸中的扩散特征对于煤层气开发的预测与现场实施具有重要指导意义。基于自主研发搭建的体积法吸附原位低场核磁试验系统,研究了沁水盆地无烟煤样品的吸附解吸动力学特性,实现了吸附态甲烷在扩散过程中的原位动态监测。结果表明:核磁法所测吸附态有效扩散系数与体积法所测微孔扩散系数呈现相同演化规律:即在吸附过程中,吸附态甲烷的扩散系数随压力的增加呈现先增加后减小的规律;在解吸过程中,其随压力的减小而单调递减。该演化规律表明微孔填充过程中气体扩散分为两个阶段:气体压力小于6 MPa时,分子扩散及努森扩散占主导地位;当气体压力超过6 MPa时,吸附相表面扩散占主导地位。该实验设计为煤层气高效开发提供了重要的实验方法及数据,对实验室核磁共振分析设备的教学以及针对特定科学问题进行的设备升级改造具有重要指导意义。

穿透曲线法获取固定床吸附器的传质扩散系数

研究了煤质活性炭对不同浓度苯酚溶液的吸附，应用固定床吸附动力学模型、非线性回归固定床吸附流出曲线数据，获得了酚类在活性炭上的扩散传质系数。结果发现，酚类的表面扩散系数ＤＳ强烈地依赖于入口酚的浓度，随着酚浓度的升高，表面扩散系数增大。采用上述扩散系数理论预测了其他操作条件下的流出曲线，结果表明实验曲线与预测曲线相符甚好，穿透曲线法能可靠地获取液固吸附过程的吸附扩散系数。

色谱法测沸石分子筛上的吸附和传递系数

本文用脉冲色谱法研究了氧和氮在沸石分子筛上的吸附和扩散性能,用矩量分析法计算了氧和氮的吸附平衡常数和扩散系数。实验结果表明,沸石分子筛吸附剂优先吸附氮。

水在13X/CaCl_2复合吸附剂上的吸附平衡和扩散

用浸渍法将易吸湿的CaCl2引入到13X分子筛中,制备了一系列13X分子筛基CaCl2复合吸附剂。在多功能物理吸附仪(IGA-100)上进行了水蒸汽的吸附平衡测试,通过对吸附动力学数据拟合得到了有效扩散系数。采用Freundlich、Langmuir-Freundlich和Dubinin-Astakhov模型方程对吸附平衡数据拟合。Freundlich和Langmuir-Freundlich模型方程能近似符合水在13X分子筛载体和浸渍量较低的样品上的吸附等温数据,对于浸渍量较高的几个样品拟合结果与实验偏差较大。而Dubinin-Astakhov方程在全部压力范围内对所有样品均能和等温线很好的符合。H2O在复合吸附剂上的平衡吸附量随着浸渍量增大而增大,有效扩散系数呈现先增大后降低的变化规律。

低沸点VOCs净化吸附剂的选用方法研究

石油、化工行业在生产中会产生大量低沸点的挥发性有机物(VOCs)气体,对这类气体的净化回收目前已成为工程技术的热点,其中包括吸附剂的选择。对Abt-30#、Abt-31#、Abt-32#、Abt-33#和Abt-34#5种吸附剂的表面性质、静态平衡吸附能力以及传质动力学等进行了研究,并从孔结构、吸附量和扩散系数等方面分析了低沸点VOCs气体净化回收工艺中所使用吸附剂的评价及选用方法。结果表明,大比孔容积、高平衡吸附量和高扩散系数的吸附剂具有更好的使用效果。