【摘 要】
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温室效应及能源危机是当前国家社会所要面临的严重问题,CO2封存及驱替煤层CH4是解决该问题的有效手段且该方法通常用于高温高压下的深部地层中。因此,为研究高温高压下煤体吸附CH4和CO2的特性,本文利用德国Rubotherm磁悬浮天平,采用重量法,在313.15K的恒定温度下对粒径为0.18-0.25mm的九里山三号无烟煤进行单元气体及混合气体0-15MPa的吸附实验。得到如下结论:无论是单元气还是
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温室效应及能源危机是当前国家社会所要面临的严重问题,CO2封存及驱替煤层CH4是解决该问题的有效手段且该方法通常用于高温高压下的深部地层中。因此,为研究高温高压下煤体吸附CH4和CO2的特性,本文利用德国Rubotherm磁悬浮天平,采用重量法,在313.15K的恒定温度下对粒径为0.18-0.25mm的九里山三号无烟煤进行单元气体及混合气体0-15MPa的吸附实验。得到如下结论:无论是单元气还是混合气体,因实验仪器无法测得吸附相体积,吸附相所受浮力被忽略,导致吸附曲线拐点的出现。煤对CH4与CO2单组分、混合气体过剩吸附量随着压力增大出现一个极大值,之后过剩吸附量逐渐减小;CH4绝对吸附量随吸附压力增加不断增大,接近CH4临界压力4.59MPa时,绝对吸附量增加变缓并趋于稳定。低压状态时煤颗粒对CH4吸附分子为单分子层吸附,并利用其对煤表面进行计算得到该煤样表面积为190.76m2/g。对高压点吸附层数进行计算,接近超临界状态下CH4在煤颗粒表面局部为二层吸附;对CO2单组分吸附1-4MPa低压状态下即表现为二层吸附为主,15MPa压力时局部吸附层可达3层,煤颗粒对CO2有更大的吸附能力,同时从能量角度-表面自由能的计算分析证明了该结论。煤颗粒对CH4与CO2二元组分吸附具有规模效应,CO2组分体积浓度在中浓度时显示明显的竞争优势,具有较好的驱替CH4效果。最后对单元及混合气体扩散系数及吸附速率进行分析,在不同压力及气体比例下,扩散系数均不同,在CO2封存及驱替CH4的过程中需对相关因素进行考虑。
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