CO2/N2二元气体对甲烷在煤中吸附影响的分子模拟研究

二元气驱技术(CO₂/N₂-ECBM)已成为煤层气增产的重要手段,明确CO₂/N₂在煤层中的竞争吸附规律以及对煤层物性的影响具有重大意义。利用分子模拟软件Materials Studio建立延川南煤层气实际区块温度、压力条件下的煤分子模型。基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究CO₂/N₂交替驱替煤层气技术中各注入阶段对CH₄吸附的影响,明确CO₂、N₂对煤层孔渗物性的影响规律。结果表明:在CO₂注入阶段,煤层中甲烷迅速解吸;煤中气体吸附总量上升,煤基质膨胀效应增强,导致煤的孔隙体积降低。而转N₂注入后,由于N₂分压作用使得CH₄、CO₂吸附量呈现出不同程度的降低;当ω_N2/ω_CO2≤0.6时煤分子中气体总吸附量迅速降低,而当N₂饱和吸附后气体总吸附量保持稳定。煤层孔渗物性随着气体吸附总量呈现出迅速增大后趋于平缓的趋势。此外,ω_N2/ω_CO2>0.6后N₂吸附率迅速降低,这会使得产出气中CH₄纯度较低,导致后期提纯成本大大增加。因此,当ω_N2/ω_CO2=0.6左右时,CH₄解吸量为最大值,煤孔隙率较高,最有利于煤层气的开发。      

矿物包裹作中H_2、CO、CH_4、CO_2、H_2O的连续测定

前言 用气相色谱法测定矿物包裹体中H_2、CO、CH_4、CO_2、H_2O等气体成分,近来有些报导,但是包括H_2O在内的以上气体成分的分析都是采用两种以上的方法或一个附有两根色谱柱的切换系统才能完成。本法的特点是采用一根1米长的TDX—01色谱柱,用氩为载气,热导池检测器,仅用0.2～0.5g的样品在半小时内就可以同时完成包裹体中H_2、CO、CH_4、CO_2、H_2O的提取,分离和测定。     

铅在高岭石表面的吸附模式

采用表面络合模式,研究了高岭石表面的酸碱性质以及高岭石表面对铅的吸附行为。结果表明,高岭石表面在不同ｐＨ条件下对质子和铅离子的吸附反应可以用单一表面基团、无静电表面络合模式来描述。高岭石表面酸度常数拟合值分别为ｐＫａ１＝２．７５和ｐＫａ２＝５．５２,电荷零点ｐＨｚｐｃ＝４．１铅在高岭石表面的吸附量随ｐＨ值的升高而增加,吸附铅的两种表面化合态〉ＳＯＰｂ＾＋和〉ＳＯＰｂＯＨ的浓度也随ｐＨ值的变化而变化     

长岭凹陷深层天然气藏中CO_2及CH_4充注次序的流体包裹体证据

对长岭凹陷深层天然气藏储层——营城组火山岩中发育的流体包裹体进行了详细研究,结果表明在火山岩发育的石英、方解石细网脉中均存在较多的碳质流体包裹体,单个包裹体激光拉曼光谱分析结果表明其主要为CO2及CH4两种类型的碳质包裹体。其中方解石细网脉体中发育有原生及次生CH4包裹体,而含CO2包裹体多以原生包裹体产于石英细网脉中。很多含CO2包裹体的石英细脉中发现了含CH4包裹体的方解石脉体的角砾,这就表明石英细脉形成晚于方解石细脉。营城组火山岩储层中CO2及CH4包裹体的产状特征研究表明,松辽盆地深层天然气藏的形成系火山岩成岩后CO2及CH4等气体不同期次充注的结果,CH4气的充注时间早于CO2气,火山岩中发育的原生孔隙及次生裂隙为上述气体的充注和聚集提供了重要通道。     

GDX—105在He、H_2、N_2、O_2、CH_4和CO_2气相色谱分析中的应用

天然水中的 He、H_2、N_2、O_2、CH_4和 CO_2等气体成分具有重要的水文地球化学意义。气相色谱法为快速准确地分析这些气体提供了有力的手段。由于 CO_2的极性较强,在5 A 分子筛柱上发生不可逆吸附,故目前多用程序升温或用两根色谱柱(一根充填5 A 分子筛,另一根充填硅胶或活性碳)来完成上述组分的分离测定。这样对测定精度有一定影响,分析周期也较长,或对仪器要求较高(具有程序升温装置或双柱双检测系统)。我们通过试验,用一根 GDX—105柱对 He、H_2、N_2、CH_4和 CO_2进行一次分离测定,取得了满意的效果。     

金矿石内高岭石在焙烧中束缚金的模拟研究

采用在高岭石粉末内加入氯化金水溶液模拟金矿石。由模拟样经不同温度焙烧后再氰化浸金, 探讨高岭石经焙烧后束缚金的变化规律。由焙砂的Ｘ射线衍射和红外光谱相结合探索Ａｕ 浸出率变化与高岭石矿物结构变化关系。研究结果表明,矿石内高岭石经５００℃和更高温度焙烧后, 由于高岭石矿物结构破坏产物对金的束缚而改变金的赋存状态,使金的氰化浸出率降低。为焙烧预氧化新工艺研究提供了矿物学依据。     

金矿石内高岭石在焙烧中束缚多的模拟研究

采用在高岭石粉末内加入氯化金水溶液模拟金矿石。模拟样经不同温度焙烧后再氰化浸金,探讨高岭经攻后束缚金的变化规律,由焙砂的Ｘ射线衍射和红外光谱相结合探索Ａｕ浸 变化与高岭石矿物结构变化关系。研究结果表明,矿石内高岭石经５００℃和更高温国度焙烧后,由于市内生态和物结构破坏产物对金的束缚而改变金的赋存状态,使金的氰化浸出率降低。为焙烧预氧化新工艺研究提供了矿物学依据。     

含金络合离子[Au(Sb_2S_4)]~-在高岭石表面吸附的量子化学研究

用离散变分Xα 量子化学计算方法 ,研究了络合离子 [Au(Sb2 S4) ]-吸附在粘土矿物高岭石晶体边缘时 ,它们之间的化学键性质。根据所选用的络合离子 [Au(Sb2 S4) ]-处于基面及侧面不同位置的 10个模型的计算结果 ,表明当络合离子 [Au(Sb2 S4) ]-位于高岭石晶片的侧面时 ,比其位于基面时更为稳定 ,而且与高岭石晶片侧面中的O形成共价键。     

铜(Ⅱ)在高岭石表面的吸附

在天然水体系中,铜、铅、镉等重金属元素的形态分布、迁移、归宿和生物有效性强烈取决于重金属元素在水体颗粒物表面的分配趋势.本文对铜(Ⅱ)在常见的重要粘土矿物--高岭石表面的吸附进行了实验和模式研究,结果表明,在同时考虑自由水合离子CU2+和羟基金属离子CuOH+与高岭石表面络合的情况下,单一表面基团、无静电表面络合模式能很好地描述铜(Ⅱ)的吸附行为.拟合得到的CuoH+的络合常数比Cu2+的大得多. 铜(Ⅱ)在高岭石表面的吸附量随pH值的升高而增加.吸附铜的两种表面化合态,>SOCu+和>SOCuOH的浓度在实验的pH范围内,也随pH值升高而增加,并且以>SOCu+为主.     

铜（II）在高岭石表面的吸附

在天然天体系中,铜、铅、镉等重金属元素的形态分布、归宿和生物有放性强烈取决于重金属元素在水体颗粒物表面的分配趋势,本文对铜（ＩＩ）在常见的重要粘土矿物－高岭石表面的吸附进行了实难和模式研究,结果表明,在同时考虑自由水合离子Ｃｕ＾２＋和羟基金属郭子ＣｕＯＨ＾＋与高岭石表面络合的情况下,单一表面基团、无静电表面络合模式能很好地描述酮（ＩＩ）的吸附行为。拟合得到的ＣｕＯＨ＾＋的络合常数比Ｃｕ＾２＋的大得     

高压条件下页岩对CH_4、CO_2气体吸附特征及其在二元混合气体中应用:以四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩为例

为了解高压条件下页岩对甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)及二元混合气体吸附行为,以四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组页岩样品为研究对象,通过重量法等温吸附实验,研究了不同温度压力条件下CH4、CO2在页岩中的吸附行为。实验表明,在0.01～50 MPa, 40～100℃条件下,页岩对CH4、CO2过剩吸附量随压力增大而增加,直至达到最大值,然后随压力增大而减小;绝对吸附量随压力增大而增加,在40～43MPa之后,吸附量趋于稳定。在高压条件下,页岩对CO2吸附量大于CH4,约为其5倍。利用CH4、CO2单一气体Langmuir吸附量和Langmuir压力,通过扩展的(Extended) Langmuir模型进行拟合,对不同比例CH4/CO2二元混合气体吸附量进行模拟预测,研究表明,二元气体总吸附量随混合气中CO2比例增大而增加。在高压条件下, Langmuir过剩吸附模型能较好地拟合CH4、CO2在页岩中的吸附,扩展的Langmuir过剩吸附模型也能较好地拟合二元混合气体在页岩中的吸附。     

汶川M_s 8.0地震破裂带CO_2、CH_4、Rn和Hg脱气强度

地震活动断裂带能够向大气释放大量的温室气体、放射性气体和有毒气体(CO_2、CH_4、Rn和Hg),并对大气环境的影响产生复杂的影响。利用静态暗箱法,对汶川M_s8.0地震破裂带CO_2、Rn和Hg脱气强度进行实地测量,并计算了CO_2和Hg脱气对大气的年贡献量。结果表明:(1)破裂带土壤气中CO_2、CH_4、Rn和Hg异常浓度最大值分别可以达到7.98%、2.38%、524.30k Bq/m~3和161.00ng/m~3;破裂带CO_2、Rn和Hg脱气平均通量是34.95g·m~(-2)d~(-1)、36.11m Bq·m~(-2)s~(-1)和26.56ng·m~(-2)h~(-1),最大值分别达到259.23g·m~(-2)d~(-1)、580.35m Bq·m~(-2)s~(-1)和387.67ng·m~(-2)h~(-1);(2)汶川Ms8.0地震破裂带向大气脱气的CO_2年贡献量是0.95Mt,Hg的年贡献量是15.94kg。汶川Ms8.0地震破裂带破裂CO_2、CH_4、Rn和Hg等的脱气强度,不仅与破裂带渗透率有关,还与断裂带浅部存在的气藏、煤层以及磷矿层等气体源有重要的联系。     

A multi-methodological approach to determine CO_2 and CH_4 fluxes and concentrations in solid waste disposal

The municipal solid waste (MSW) landfills are the significant sources of atmospheric contamination, due to biogas production by anaerobic decomposition of organic matter via bacterial activity. Biogas released from landfills is commonly composed of a mixt…     

吸附势理论在煤层气吸附/解吸中的应用

煤层气的吸附/解吸将导致煤层甲烷碳同位素以及煤层气多组分分馏,使得煤层气富集区预测成为可能;并为揭示注入CO2增强CH4产出提供依据。本文根据Polanyi吸附势理论和实测及收集的等温吸附试验数据,探讨煤层甲烷碳同位素和多组分气体的分馏。通过研究,得到如下两个结论：①13CH4在煤表面的吸附势普遍高于12CH4,也就是说13CH4与12CH4相比具有优先吸附、滞后解吸的特点。这种差异具有随压力增加而增加的特点。②煤层气吸附/解吸过程中CH4和CO2的分馏可归纳为以下3种情形： a. CO2和CH4的吸附/解吸等温线不相交,CO2的吸附势大于等于CH4,在CO2和CH4吸附势接近的中压阶段(1~2.5 MPa)不利于注CO2驱CH4,高压、低压阶段均有利; b. 因CH4的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4; c. 因CO2的吸附/解吸等温线相交造成CH4和CO2的吸附特性曲线相交,在高压条件(>2.5 MPa)下利于注CO2驱CH4。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法,并揭示了在高压条件(>2.5 MPa)下总是有利于向煤层注入CO2强化CH4产出。     

含金络合离子[Au（Sb2S4）]^—在高岭石表面吸附的量子化学研究

用离散变分Xa量子化学计算方法，研究了络合离子[Au(Sb2S4)]^-吸附在粘土矿物高岭石晶体边缘时，它们之间的化学键性质。根据所选用的络合离子[Au(Sb2S4)]^-处于基面及侧面不同位置的10个模型的计算结果，表明当络合离子[Au(Sb2S4)]^-位于高岭石晶片的侧面时，比其位于基面时更为稳定，而且与高岭石晶片侧面中的O形成共价键。     

CTMA-蒙脱石吸附苯分子的分子动力学模拟研究

有机粘土对疏水性有机污染物吸附性能良好,在环境有机污染控制中有广阔的应用前景。明确有机污染物在有机粘土上吸附的微观结构特征是探明其吸附机理,提高其污染控制效率的关键。论文以十六烷基三甲基铵阳离子改性蒙脱石(CTMA-Mont)为有机粘土代表,采用分子动力学模拟技术,模拟研究了水环境条件下CTMA-蒙脱石对典型疏水性有机污染物苯的吸附特征,得到了CTMA-Mont层间域内原子尺度微观结构。研究发现苯分子主要吸附在CTMA烷基链聚集体内,而蒙脱石硅氧烷表面由于受到烷基链的竞争而对苯分子的吸附能力较弱。随着CTMA负载量的增加,层间域内烷基链聚集体的体积增大,因而能为苯分子提供更多的吸附位点,CTMA-Mont吸附性能相应增强。     

含金络合离子-在高岭石表面吸附的量子化学研究

用离散变分X-α量子化学计算方法,研究了络合离子-吸附在粘土矿物高岭石晶体边缘时,它们之间的化学键性质.根据所选用的络合离子-处于基面及侧面不同位置的10个模型的计算结果,表明当络合离子-位于高岭石晶片的侧面时,比其位于基面时更为稳定,而且与高岭石晶片侧面中的O形成共价键.     

重金属离子在胡敏酸-高岭石复合体上的吸附

本文研究了胡敏酸存在下高岭石对重金属离子的吸附行为。实验结果表明:①胡敏酸和Cu2 溶液按先后顺序或同时加入高岭石中反应,在Cu2 平衡浓度<10mg/L时,3种加入顺序对Cu2 的吸附量基本相同,当Cu2 平衡浓度>10mg/L时,(K Cu) HA和(K Cu HA)两种加入顺序对Cu2 的吸附量比(K HA) Cu的略大。②在pH=5时,胡敏酸-高岭石复合体对Cu2 的吸附量明显大于纯高岭石。这是由于胡敏酸含有大量的羧基和酚羟基等活性基团,吸附在高岭石上的胡敏酸增加了其表面吸附位,在复合体表面形成了S—HA—Cu三元配合物,且Cu2 的吸附量与复合体中胡敏酸的含量在一定范围内成正相关;③溶液pH值在4～7之间变化可调控复合体对Cu2 的吸附机制。④在Cu2 和Cd2 共存时,随着金属离子初始浓度的增大,Cu2 的吸附量呈直线上升,而Cd2 的吸附量增加缓慢,表明复合体对Cu2 的吸附能力比对Cd2 强。     

砂岩中绿泥石含量对CO_2矿物封存影响的模拟研究

二氧化碳地质储存是实现二氧化碳减排的有效手段,砂岩储层是二氧化碳地质储存的主要储层类型之一。砂岩储层中的绿泥石溶解对二氧化碳地质储存形式和储存量有着重要的影响。依据某砂岩储层的实测资料,采用数值模拟技术,分析了绿泥石作用下CO2矿物封存机理和绿泥石含量对CO2的矿物封存量的影响。研究结果表明,绿泥石体积分数增大,溶解后可以向溶液中提供更多的Mg2+、Fe2+,有利于固碳矿物菱铁矿和铁白云石生成;绿泥石的体积分数与CO2矿物封存量有良好的正相关性,高绿泥石含量有助于砂岩储层的CO2矿物捕获。