【摘 要】
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将火电厂燃煤发电产生的工业废气烟道气注入井下采空区,不仅能有效预防和控制采空区内高瓦斯和煤自燃引起的火灾爆炸问题,还能封存烟气中的CO2,减少因CO2排放而造成的环境影响。但将烟气通入采空区后,采空区遗煤在封存CO2的同时会置换驱替出同为温室气体的CH4,其温室效应是CO2的20多倍;又因煤埋藏深度不同,采空区煤层中瓦斯气体成分也会出现垂直分带现象,自上而下分别为CO2-N2带、N2带、N2-CH
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将火电厂燃煤发电产生的工业废气烟道气注入井下采空区,不仅能有效预防和控制采空区内高瓦斯和煤自燃引起的火灾爆炸问题,还能封存烟气中的CO2,减少因CO2排放而造成的环境影响。但将烟气通入采空区后,采空区遗煤在封存CO2的同时会置换驱替出同为温室气体的CH4,其温室效应是CO2的20多倍;又因煤埋藏深度不同,采空区煤层中瓦斯气体成分也会出现垂直分带现象,自上而下分别为CO2-N2带、N2带、N2-CH4带和CH4带,不同的气体成分对采空区遗煤封存烟气,驱替置换甲烷也会起到不同的效果。如果将烟气通入采空区后,遗煤置换驱替出的CH4造成的温室效应比封存CO2减少的温室效应多,那么将电厂烟气通入采空区将不能很好的实现温室气体的减排效果。本文通过BET比表面积分析仪、BSD-MAB多组分竞争吸附仪、Materials Studio模拟软件,通过测定煤的性质、计算煤在不同瓦斯分带条件下对烟气中各气体的吸附解吸情况,分析了将烟气注入采空区封存CO2的同时解吸出CH4对减缓温室效应的可行性。使用BET比表面积分析仪,通过BET公式和D-A方程计算得到两组样品的比表面积分别为4.32m~2/g和3.40m~2/g,微孔容量为2.23cm~3/g和1.79cm~3/g,相比于其它文献中各种不同变质程度的煤样,本实验所用煤样的比表面积、微孔容量偏大,对气体的吸附能力较强;通过BJH法分析测定孔径,得到实验用煤样的孔径以小于10nm的微孔为主;通过分析吸附/脱附等温线和回滞环,得出实验用煤样属于以微孔为主,含有少量小孔、中孔的低阶煤,该类型煤样吸附能力强,透气能力差,不利于煤层气解吸和扩散。使用BSD-MAB多组分竞争吸附穿透曲线分析仪和在线质谱分析系统,通过质谱信号和MAB软件的百分浓度结果,经搭建数学模型,得到了质谱信号计算百分浓度的转换公式,通过转换公式计算得到了煤对不同分带瓦斯各气体的吸附量和解吸量,得出结论:N2带工作面采空区吸附封存烟气较为理想,遗煤混合吸附CO2和CH4等温室气体达到较佳状态,使得吸附饱和后溢出气体的温室效应最小。其他分带由于吸附的竞争关系,遗煤吸附CO2的同时会解吸较多的CH4,单纯的吸附封存不能更好的实现温室气体的减排,还需要依靠采空区的空间封存。使用Materials Studio模拟软件,进行了常温常压下煤对含有不同甲烷含量的瓦斯(模拟不同瓦斯含量采空区)的吸附模拟,和通入烟气后烟气跟瓦斯发生竞争吸附的吸附模拟。从吸附量和吸附能的结果可以看到N2带的采空区遗煤对电厂烟气的吸附封存效果最好;从吸附热的结果可以看到煤对CO2的吸附能力最强;从能量分布的吸附位上可以看到,注入烟气后,氧气的吸附位会右移,也就是说在注入烟气竞争吸附的情况下,其它气体会优先占据吸附位,使氧气的吸附性变弱,从而减少采空区氧含量,抑制采空区煤自燃。
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