河北开滦矿区晚古生代煤对CO2 和CH4 气体吸附模型探讨

对河北开滦矿区不同变质程度的煤进行了纯CO2和纯CH4气体等温吸附实验,并用Langmuir模型、三参数BET模型和吸附势理论模型（DR,DA）对煤的吸附实验数据进行了拟合,检验了各模型的拟合程度。结果表明：中煤阶烟煤的马家沟矿9号煤（Ro, ran = 1.21%）对CH4和CO2吸附能力比低煤阶烟煤的林南仓矿11号煤（Ro, ran = 0.58%）的吸附能力大;在相同压力下,同一煤样对CO2的吸附能力明显大于对CH4的吸附能力。马家沟矿9号煤对CO2和CH4的等温吸附线具有典型的I型特征,各模型对其吸附行为拟合误差相差很小,可用Langmuir方程描述;林南仓矿煤等温吸附线较复杂,因用Langmuir描述误差较大,应优先选择误差较小的吸附势理论DA模型来描述其吸附行为。9号煤对CH4和11号煤对CO2和CH4的吸附均以单分子层吸附为主。     

页岩中气体的超临界等温吸附研究

页岩气等温吸附实验多为临界温度以上的吸附实验,其得到的吸附量为过剩吸附量。为了研究页岩气超临界等温吸附机理,运用重力法,在临界温度以上,分别进行了甲烷和二氧化碳在页岩中的高压等温吸附实验。在分析经典型吸附和超临界吸附区别的基础上,通过修改的超临界等温吸附模型(Langmuir方程和微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R))对实验数据进行了拟合。结果表明:简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附实验数据,但精度不高,且无法拟合二氧化碳的吸附数据;将吸附相密度作为可优化参数,修改的微孔充填模型和Langmuir模型能很好地拟合甲烷和二氧化碳的吸附数据,其中修改的微孔充填模型拟合效果最好,且回归得到的超临界甲烷吸附相密度同文献报道的一致,表明吸附气可能以微孔充填的形式存在。      

我国不同时代不同煤级煤的吸附特征

通过对采自不同地区,各种煤级近500个煤样平衡水分条件下的等温吸附实验数据的统计分析,研究了我国主要成煤时代、煤级和平衡水分煤的吸附特征,以及其Langmuir体积和Langmuir压力的变化规律,分析了Langmuir常数与煤岩显微组分、矿物质含量、孔隙度的关系,探讨了煤的吸附机理及各因素对煤吸附能力影响的内在原因.     

颗粒煤超临界态甲烷吸附相密度特征研究

查明颗粒煤超临界态甲烷吸附相密度特征是研究温度、压力影响煤样吸附甲烷量的基础。选用安阳–鹤壁煤田鹤壁六矿与龙山矿颗粒煤样,借助磁悬浮天平等温吸附仪测量温度为308、313和318 K,压力为1~24 MPa下的等温吸附线。利用截距法、Langmuir三元模型拟合法与液相密度法分别计算超临界甲烷吸附饱和时的吸附相密度,分析其影响因素,并通过定吸附相体积的方法,一方面计算未吸附饱和时的吸附相密度,对峰值型拐点与过剩吸附量出现负值的实验现象进行解释,另一方面校正出较为理想的绝对吸附量。吸附相密度的计算结果表明,甲烷吸附相密度受温度、压力和煤变质程度的影响:随温度升高而降低,随压力升高先快速增加,后逐渐变缓,测量范围内吸附饱和时,无烟煤吸附相密度为121.60~136.17 kg/m3,贫瘦煤为73.29~76.96 kg/m3;绝对吸附量的计算结果表明,采用液相密度法校正出的绝对吸附量会出现负值,明显与实际不符,用截距法和Langmuir三元模型法校正的绝对吸附量会因实验条件的变化而改变,结合吸附常数b值的变化规律,发现用Langmuir三元模型法描述超临界甲烷的吸附行为最为恰当。      

煤储层等温吸附实验过程中参数敏感性分析

容量法等温吸附实验是测定煤储层吸附性和含气性的常用手段。实验装置中的参考缸体积V₁、装有样品时的自由空间体积V₂和压力表对等温吸附实验有着直接的影响,但是这三者对实验影响的程度目前还没有系统的认识。为了理清实验过程中各参数的影响和提高等温吸附实验的测试精度,基于波义尔定律建立了煤储层容量法等温吸附实验稳定性和精确性分析的数学模型,利用Matlab软件对吸附实验过程进行了数值模拟。研究表明,吸附实验的稳定性和准确性受压力表、参考缸的体积V₁和样品缸装有样品时的自由空间体积V₂的控制,压力表测量精度越高,等温吸附实验的稳定性和精确性就越好;压力表精度一定时,V₁和V₂的体积较小且匹配组合满足一定的条件,吸附实验才能达到较好的稳定性和精确性。利用优化方法得到的结果对鄂尔多斯盆地东缘韩城地区中煤阶煤储层开展等温吸附对比实验,结果表明,经过优化组合的吸附实验测试结果稳定和精度都有所提高,吸附量的最大差值为1.45 cm3/g,远低于未经过优化的实验所测吸附量的差值5.27 cm3/g。      

煤矿瓦斯中H_2S气体的吸附特性及其对治理的影响

基于新疆和山西气煤及瘦煤对H_2S、CH_4和N_2的平衡水条件下的等温吸附实验及Langmuir模型和D-A模型对实验数据的模拟结果,来研究煤矿瓦斯中H_2S气体的吸附特性及其影响因素,并探讨其与H_2S异常矿井的治理关系。结果显示:不同于CH_4和N_2在煤中主要以微孔吸附为主(90%以上),煤中H_2S气体的微孔吸附量仅占Langmuir最大吸附量的36.26%~57.21%,平均为45.99%;气体分子本身的性质是影响煤中H_2S吸附的主要因素,尤其分子直径是影响H_2S气体V_0/V_L远小于CH_4和N2的这种现象的主要原因,也是造成微孔中H_2S气体难以解吸的主要原因;基于H_2S气体在煤中吸附解吸特征,提出应从H_2S气体分子本身入手,结合矿井煤层地质条件来治理煤矿中的硫化氢。     

基于DFT方法的注热蒸汽开采CH4吸附机理

为探究不同煤阶煤吸附CH₄和H₂O吸附机理,采用量子化学方法中的密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-31G基组上计算了不同煤阶煤的大分子稳定构型及煤分别吸附CH₄、H₂O及CH₄与H₂O共存条件下的吸附能和电荷转移情况。研究结果表明:煤吸附CH₄为物理吸附,随着煤阶升高,煤吸附CH₄能力增强;吸附H₂O时以氢键形式作用,其中煤中含氧官能团为氢键供体,H₂O中-OH为氢键受体,随着煤阶升高,吸附H₂O能力减弱;当H₂O与CH₄共存时,H₂O抢占CH₄吸附位,导致煤优先吸附H₂O,使吸附态CH₄减少,游离态CH₄增多。从分子水平完善了煤吸附甲烷和H₂O的吸附机理,为注热蒸汽开发煤层气奠定了吸附理论基础。      

煤的等温吸附实验中各因素影响分析

为完善煤的等温吸附实验方法,本文系统研究了粒度、压力、温度、平衡时间等对不同变质程度煤吸附性能的影响;分析了各因素对等温吸附实验结果的影响原因;确定了实验的最佳条件,并以此为依据建立了煤的等温吸附实验方法的主要技术参数。      

水分和粒度对煤吸附甲烷性能的实验研究

为了研究水分含量和粒度对煤吸附甲烷性能的影响,取山西西山杜儿坪矿2号煤干燥样、平衡水样和注水样进行了等温吸附实验。基于分子间作用力对水含量影响机理进行分析,并运用维里方程拟合等温吸附实验结果来验证。实验结果发现,在未达到平衡水分之前,水含量对高煤级吸附能力影响小且注水煤样中的液态水影响增加了甲烷吸附量;同一种煤的高含水煤样对液态水的亲和能力要远比平衡水煤样对气态水的亲和能力强。     

海带对Pb2+吸附动力学及热力学研究

以海带作为吸附剂,从动力学和热力学角度讨论了海带对水溶液中pb2+的吸附情况以及溶液的pH值对吸附的影响.实验数据利用准一、准二级动力学模型以及Langmuir和Freundlich吸附等温式等进行拟合.实验表明,海带对pb2的吸附反应更符合准二级动力学方程及Langmuir吸附等温线;吸附速率较快,60min内,溶液中pb2+的去除率可达90％.     

彬长矿区低煤级烟煤H2S赋存条件及成因类型

彬长矿区北部雅店煤矿主采4号煤层,建矿期间H₂S含量最高达到0.001 4%左右,回采期间经常发生H₂S超限问题,结合研究区地质特征,分析认为,煤层顶底板致密围岩的封盖作用,导水裂隙带无法导通上覆含水层,煤的变质程度较低不利于H₂S吸附等,是导致研究区H₂S异常超限的主要因素。通过对4号煤层原煤中硫的分布、硫酸盐类型、地下水、地温和不饱和烃等分析,认为研究区H₂S形成的条件是:30~40℃的地温适宜硫酸盐还原菌（SRB）繁殖,硫酸盐提供了物质基础,C₂-C₈不饱和烃提供了能量和物质条件,弱碱性地下水为其提供了生存环境,适宜H₂S气体硫酸盐生物还原（BSR）作用的发生,判断该矿H₂S气体为BSR成因。通过优化通风、喷浆封堵、加强排水及喷洒碱性等措施,可有效防治H₂S超限,保证了工人健康与矿井安全。      

中国含硫化氢的天然气分布特征、分类及其成因探讨

研究天然气中硫化氢,特别是研究高含硫化氢的天然气,一方面不仅是油气钻探安全工作的重要一环,对气井油管与集输管线防止“氢脆”提供依据和采取防腐措施,而且从其中能回收硫磺资源;另一方面在一定条件下,天然气中硫化氢含量多少还可作为气源对比的一个标志。故研究天然气中的硫化氢,在实践上和理论上均有重要意义。     

渭北区块煤层气井抽油杆腐蚀影响因素

为明确鄂尔多斯盆地东缘渭北区块H矿区煤层气井腐蚀影响因素,以抽油杆为研究对象,通过对实际开采过程中产出气、采出水、抽油杆表面腐蚀产物成分和抽油杆质量损失检测分析,总结了抽油杆腐蚀类型和腐蚀强度,并对比分析了不同排采阶段、开发层系和采出液矿化度对抽油杆腐蚀的影响。研究结果表明:渭北区块煤层气井抽油杆主要受到CO₂和H₂S的腐蚀,其来源主要为5号煤和11号煤。在初期排水阶段抽油杆腐蚀程度低,主要是由少量CO₂溶解气引起;憋套压和产气之后,抽油杆受到产出的酸性气体CO₂和H₂S的共同腐蚀作用,且腐蚀不断增强;同时地层水矿化程度对抽油杆腐蚀有明显的促进作用。由于腐蚀影响因素复杂且强度不断变化,因此,对抽油杆表面进行包覆或涂上防腐层是直接有效的防腐手段。      

煤层气─固界面作用与吸附模型

按照毛细管模型与单分子层作用模型, 推导了煤层气-固界面作用与煤层渗透性的关系;根据煤层气吸附实验资料, 运用非线性回归方法, 分别按Langmuir吸附理论和BET吸附理论计算了煤层气吸附规律。实例分析表明:煤层气-固界面作用的强弱与煤层介质的渗透率平方根或煤层介质的孔径大小成反比, 它揭示了低渗透煤层气解吸困难、开采难度较大的机理;BET吸附模型比Langmuir吸附模型能更好地描述煤层气的吸附规律。研究结果为煤层气开发工程提供了科学依据。      

Origin and Distribution Factors of Sour Gases in Natural Gas Reservoirs in the Amu Darya Right Bank Block,Turkmenistan

Through the analysis of original carbon isotopes in the blocks on the right bank of the Amu Darya River, Turkmenistan, it can be firstly concluded that the carbon dioxide (CO₂) in the sour gas reservoirs belongs to the inorganic-origin gas. The origin of hydrogen sulfide (H₂S) in the Amu Darya Right Bank Block is thermochemical sulfate reduction from the detailed analysis of hydrocarbon source rocks data, reservoir characteristics, vitrinite reflectance of organic matter, and sour gas content. Then, the factors affecting the distribution of sour gases in the Amu Darya Right Bank Block were investigated by the analysis of conventional sour gas distribution factors including geological structure, fracture and fault, caprock integrity, sedimentary facies, reservoir types, lithofacies, the source of sulfur and so on. The following basic findings were achieved: ① The basement rift in the study area is conductive to the distribution of CO₂. The caprock integrity contributes to the concentration of CO₂. The gas reservoirs in the biological dike reefs, patch reefs and overthrust zones usually have medium CO₂ content. ② The geological structure and fracture caused the complexity of the distribution of H₂S. The gypsum-salt rock in upper Jurassic-Tithonian is an important sulphur source, and the main hydrocarbon source rocks are also the major sulfur source of H₂S gas reservoirs. Furthermore, the giant gypsum layers in the middle-upper Jurassic Callovian-Oxfordian and the upper Jurassic-Tithonian are conductive to preservation of H₂S, and the small openings and holes in the reservoir is also correlative to the distribution of H₂S. ③ The H₂S in the study area is mostly distributed in the formations with the geothermal temperature of higher than 100 ℃. The open platform deep-water sedimentary facies are harmful to the formation of H₂S. The patch reef and overthrust zones belong to the belts of low H₂S content, however, the biological dike reef zones belong to the belts of medium-high H₂S content. However, the origin and distribution factors of sour gases in natural gas reservoirs were obtained. At the same time, it was pointed out that more necessary and accurately quantitative research is still needed to determine the origin and distribution of acid gases in the Amu Darya Right Bank Block, Turkmenistan.     

纳米铁对地下水中As(III)的吸附动力学

实验室合成制得的纳米铁BET比表面积为49.16 m2/g, 直径范围为20~40 nm.通过批实验考察纳米铁对As(Ⅲ)吸附动力学情况.结果表明, 在20℃、pH为7时, 纳米铁能够快速地去除As(Ⅲ), 在60 min内, 0.1 g纳米铁对起始浓度为910 μg/L溶液As(Ⅲ)去除率大于99%.反应遵循准一级反应动力学方程, 标准化后的As(Ⅲ)速率常数k_SA为2.6 mL/(m2·min).纳米铁对As(Ⅲ)的吸附等温曲线能够很好地满足Langmuir和Freundlich方程, 相关系数R2＞0.95, 由Langmuir模型获得单层纳米铁的最大吸附量为76.3 mg/g.0.1 mol/L NaOH对吸附在纳米零价铁(NZVI)的As(Ⅲ)解吸率为21%.在竞争阴离子中, SiO₃2-和H₂PO₄-对As(Ⅲ)的去除有明显阻碍作用, 而其他离子基本上没有影响.纳米铁对As(Ⅲ)的去除机理主要是吸附和共沉淀.      

煤热解气体主产物及热解动力学分析

为了研究不同煤化程度煤的热解气相产物、热解动力参数,采用热重-红外光谱-质谱（TG-IR-MS）联用技术对4种不同热演化程度的煤进行了热解实验。实时记录了4种煤样在30~1 100℃、10/min℃升温速率、氦气气氛下热解过程中释放的各种气体成分及其释放量的变化趋势。研究结果表明,随煤热演化程度升高,煤的失重率和最大失重速率逐渐降低,与煤的干燥无灰基挥发分呈正相关关系;随着热解温度的升高,煤中逐渐释放出水、甲烷、二氧化碳、氢气和二氧化硫等小分子气体,且随着煤化程度的升高,各种气体的释放峰逐渐向高温处偏移,说明煤的热稳定性逐渐升高。不同变质程度煤的热解动力学分析结果表明,随着煤变质程度增高,其活化能逐渐降低,说明其热效应强度和发生热解反应的能力在逐渐降低。