煤对N2/CH4/CO2混合气体竞争吸附特征与机理研究
李树刚1
李泽帆2
刘鹏1
白杨1
严敏1
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;中国煤炭工业协会西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心,陕西西安 7100542.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054
摘要：为研究煤对N2,CH4及CO2混合气体的竞争吸附特征及其机理,通过混合气体吸附/解吸装置,结合穿透曲线法,对大柳塔(DLT)、硫磺沟(LHG)、瑞能(RN)、山阳(SY)和屯宝(TB)5种煤样,开展了温度为20℃、注气压力为0.25 MPa条件下N2,CH4和CO2等比例混合气体的竞争吸附试验,得到了不同煤样对混合气体竞争吸附的规律;通过低温氮气吸附法,分析了5种煤样的孔隙结构,研究了孔隙对混合气体竞争吸附的影响.结果表明:DLT,LHG和RN煤样中N2和CH4先达到吸附平衡,一段时间后这2种气体在装置出口端的体积分数均超过其初始体积分数,而SY和TB煤样中只有N2的出口端体积分数超过了其初始体积分数.试验结果与Yoon-Nelson模型拟合结果较好,线性相关系数R2基本可达0.9以上;各煤样传质速率常数均有k(N2)＞k(CH4)＞k(CO2)的规律,N2和CH4可先被煤样吸附,随后传质速率慢的CO2被吸附,由于煤对CO2吸附量更大、吸附选择性更强,所以CO2会将 N2和CH4置换出,导致二者出口端体积分数超过其初始体积分数.DLT,LHG和RN煤样比表面积和孔隙容积大于SY和TB煤样,平均孔径和最可几孔径小于SY和TB煤样;另外DLT,LHG和RN煤样微孔发育程度较高,利于竞争吸附发生,导致N2与CH4皆被CO2置换出,而SY和TB煤样中介孔最为发育,微孔发育程度低,致使仅有N2被置换出.相关结论进一步完善了煤对多元气体的竞争吸附理论,对煤体竞争吸附的研究方法具有一定指导意义.
关键词：混合气体竞争吸附穿透曲线Yoon-Nelson模型孔隙特征
分类号：X936(安全工程)
资助基金：国家自然科学基金(51734007)国家自然科学基金(52204237)陕西省教育厅科研计划项目(21JK0776)陕煤联合基金项目(2021JLM-26)
论文发表日期：2023-05-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 446-456 )
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