煤層氣吸附解吸機(jī)理研究.pdf

1、煤層氣在煤基質(zhì)孔隙表面的解吸機(jī)理是當(dāng)前煤層氣開采工程中面臨的核心問題之一。鑒于當(dāng)前國內(nèi)外對解吸作用理論研究的缺乏，確定研究內(nèi)容： (1) 通過對當(dāng)前煤層氣研究領(lǐng)域、化工、材料等行業(yè)吸附設(shè)備的調(diào)研分析、比較，進(jìn)行AST系列大樣量煤層氣吸附解吸仿真實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用； (2) 通過大樣量煤層氣吸附解吸實(shí)驗(yàn)，獲得我國主要的煤層氣勘探開發(fā)地區(qū)與具有煤層氣勘探開發(fā)前景地區(qū)煤的吸附解吸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； (3) 對實(shí)驗(yàn)數(shù)

2、據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析、擬合，歸納可信度較高的吸附解吸數(shù)學(xué)模型； (4) 對吸附質(zhì)、吸附劑及其界面特征進(jìn)行分析，利用物理化學(xué)界面吸附的基礎(chǔ)理論，推導(dǎo)可以反映煤層氣吸附解吸過程與吸附量解吸量的數(shù)學(xué)模型。對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行檢驗(yàn)分析，對模型中的參數(shù)進(jìn)行分析、物理意義核定，反映煤層氣吸附解吸機(jī)理。 研究結(jié)論： (1) 煤層氣的解吸過程與吸附過程不可逆； (2) 甲烷的吸附曲線、解吸曲線皆屬于Brunauer等溫線的Ⅰ型

3、。利用SPSS軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合效果較好(R2≥10.9)的數(shù)學(xué)式有Langmuir方程、指數(shù)對數(shù)函數(shù)、Weibull函數(shù)，其中Weibull函數(shù)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的可信度最高(R2≥10.99)，誤差較??； (3) 引入覆蓋度θ函數(shù)，進(jìn)行Lenard-Jones介質(zhì)表面勢函數(shù)分布分析。確立多孔型吸附劑(煤)與吸附質(zhì)(CH4)的作用強(qiáng)度由半孔寬度r決定，煤孔隙表面能量分布非對稱，服從Weibull函數(shù)，獲得吸附、解吸作用的

4、數(shù)學(xué)模型：V=V0·[1-exp(-bPq)]； (4) 根據(jù)引起Weibull函數(shù)模型中吸附焓(6)的變化因素，將解吸作用進(jìn)行初步分類：降壓解吸、置換解吸、擴(kuò)散解吸、升溫解吸、電磁場誘發(fā)解吸等； (5) 進(jìn)行煤層氣吸附解吸過程分析，得出煤層氣的解吸量與吸附量無關(guān)的結(jié)論。煤層氣的產(chǎn)出過程由解吸作用的方式?jīng)Q定，解吸作用決定煤層氣井產(chǎn)量，降壓解吸是當(dāng)前煤層氣開采的主要方式，解吸量與壓力關(guān)系可用相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述；