煤孔径结构以及表面特性对煤吸附甲烷性能影响的研究

【摘要】：煤层气是指在煤化过程中生成并以物理吸附形式储集在煤层中的以甲烷为主的自生自储天然气，故亦称煤层甲烷。在我国煤炭工业中称作煤层瓦斯。 煤是一种具有发达孔隙系统的固态物质。煤层中的孔隙和裂隙是煤层气储存的空间和扩散运移的通道。煤层的孔隙性是煤层储集层最根本的特征。煤的孔隙特征不仅决定着煤的吸附、扩散和渗流特性，而且对煤的力学性质也有一定的影响。 本文总结和研究了前人在煤结构方面的理论，这些理论均能够解决与煤结构有关的某一方面的具体的问题。在这些理论中，本文通过比较认为把煤当成是一种固溶体的理论更符合煤的特性，也使得我们能够更全面地研究煤的吸附问题。在煤的这种固溶体结构中，分子组成十分复杂，既有小分子，也有大分子，大、小分子间通过VanderWaals力结合在一起。 本文研究了可以用来处理煤与甲烷吸附的各种计算模型，这些模型基于煤孔径可能的具体的形状而发展成为平板型模型、圆 太原理_l:人学硕十研究生学位论文 筒型模型等。对于我们根据不同的煤种不同的煤结构来进行研究 提供了便利。 本文总结了用来研究煤孔径结构和表面特性的各种实验方 法:NZ吸附法、COZ吸附法、压汞法、比重法、NMR旋转一松弛测 量法、小角散射技术等。每一测量技术都有其局限性，不能完整 概括出煤的物理特征，对煤孔结构特征的描述也很有限。因此， 综合凡种技术的测量结果来获得煤孔隙特性的全面理解很重要。 国内外学者对于煤与甲烷吸附的研究也很多，他们大都采用 通过液氮温度下测量氮气在煤层中的吸附量来分析煤的孔径分 布及其表面特性。这些研究因处理煤与瓦斯所处状态而假设的实 验条件与真实煤层条件相差很远，而且处理数据的方法也很单 调，对于煤层的表面性质的研究更是有所忽略。本文在分析和比 较了各种吸附的模型后，认为L一F方程结合用吸附相密度校正的 方法很适合用来研究煤与甲烷的吸附，并且根据所建立的模型结 合实验数据计算了煤与甲烷气体吸附后表面自由能的降低值，找 到用来反映煤吸附甲烷后表面微观性质变化的宏观反映量。 【关键词】：煤层气 超临界吸附 表面自由能 孔径结构
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TD84
【目录】：

• 第一章 煤与甲烷吸附研究的现状及意义8-15
• 1.1 煤与甲烷吸附研究的现状8-11
• 1.2 煤与甲烷吸附研究的意义11-13
• 1.3 课题的提出13-15
• 第二章 煤的结构及吸附特性15-32
• 2.1 煤的结构15-29
• 2.2 煤的吸附特性29-32
• 第三章 煤吸附的计算模型32-50
• 3.1 液氮温度下的吸附模型32-42
• 3.2 超临界温度下的吸附模型42-48
• 3.3 煤表面自由能的计算48-50
• 第四章 煤吸附的实验研究50-74
• 4.1 煤中气体吸附与放散的实验过程50-56
• 4.2 实验数据的处理方法56-58
• 4.3 实验结果及其分析58-74
• 第五章 结论与建议74-78
• 5.1 全文总结与结论74-76
• 5.2 不足与建议76-78
• 参考文献78-81
• 读研期间发表的论文81-82
• 致谢82

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