【技術實現步驟摘要】
本申請涉及煤礦，尤其涉及一種co2煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試方法及裝置。
技術介紹
1、礦井瓦斯(煤層氣)集“災害氣體”“溫室氣體”“能源氣體”于一體，不僅是威脅煤礦安全生產的首要災源，也是溫室效應的主要來源，更是一種清潔優質的非常規天然氣資源。高效開發煤層氣對于增加能源儲備非常有利，同時也能消除煤礦瓦斯突出、減少瓦斯事故。
2、瓦斯抽采是礦井瓦斯治理和煤層氣開發的根本性措施。然而，利用地下煤層壓力和大氣壓力之間自然產生的壓力梯度僅僅可以回收20％～60％的ch4，這主要是因為煤表面吸附勢阱具有非均勻性，吸附量越小，吸附態ch4分子占據吸附位的勢阱深度越深，其吸附狀態對吸附壓力的敏感度越弱。為提高煤層ch4采收率，注熱、注co2(液/氣/超臨界狀態)、注n2、聲波、沖擊波等瓦斯強化解吸技術得到快速發展。上述技術存在的共性特征為“瓦斯解吸取決于原始煤層平衡的擾動，需要能量供給”。
3、其中，煤吸附co2能力大于ch4，采用co2置換煤層ch4技術具有提高煤層瓦斯采收率，實現co2地質封存，助力“雙碳”目標的作用而得到較為廣泛應用。如何實現置換效能(置換比)最大化是co2置換煤層ch4技術工程應用的著力點。而實際工況研究置換比受到實際場地等限制有一定局限性，從而通過試驗研究置換比，再將研究結果為實際應用提供理論基礎。
4、co2置換煤層ch4過程中，co2擴散至煤基質內被煤體吸附會釋放熱量，co2內能減小，煤體溫度升高。吸附態ch4吸收煤體熱量轉變為游離態，擴散出煤基質，ch4內能升高，煤體
技術實現思路
1、本申請實施例通過提供一種co2煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試方法及裝置，能夠解決現有測試方法受壓力梯度的影響，置換作用受到擾動，對于co2置換煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試時對置換效果有影響，使測量結果不準確以及未從能量遷移角度對co2置換煤層ch4驅動機制及作用效能進行深入分析的問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術實施例的技術方案是：
3、第一方面，本專利技術實施例提供了一種co2煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試方法，包括：
4、在非接觸式測溫煤樣罐內裝入干燥煤樣，測量所述非接觸式測溫煤樣罐內的自由空間體積v0；
5、設置不同的環境溫度、co2與ch4互逆擴散和競爭吸附達到第二平衡狀態的壓力多次重復第一步驟，獲得多組第一數據組得到η與δt關系曲線，每組所述第一數據組包括co2與ch4氣體競爭吸附置換比η和競爭吸附平衡煤樣熱效應δt；
6、其中，所述第一步驟包括：
7、獲得參考罐一內ch4氣體初始物質的量通過所述參考罐一向所述非接觸式測溫煤樣罐內充裝ch4氣體使ch4氣體吸附干燥煤樣，并實時監測吸附過程中干燥煤樣的溫度變化規律，直至吸附達到第一平衡狀態時獲得第一平衡溫度第一平衡壓力干燥煤樣吸附的ch4氣體物質的量
8、通過高壓緩沖罐二緩慢向參考罐二充裝co2氣體，待所述參考罐二內的壓力至第一平衡狀態的所述非接觸式測溫煤樣罐的壓力一致為時，停止輸入co2氣體，獲得此時所述參考罐二內的co2氣體的物質的量并計算所述非接觸式測溫煤樣罐中ch4氣體物質的量
9、連通所述非接觸式測溫煤樣罐和所述參考罐二，使co2與ch4互逆擴散和競爭吸附并實時監測干燥煤樣的實時溫度t、所述非接觸式測溫煤樣罐的壓力和所述參考罐二的壓力的變化規律，直至達到第二平衡狀態，得到第二平衡狀態下第二平衡溫度第二平衡壓力co2的濃度ch4濃度競爭吸附平衡煤樣熱效應
10、通過第一公式得到ch4氣體分壓和co2氣體分壓其中，所述第一公式為：
11、
12、通過第二公式得到參考罐二和非接觸式測溫煤樣罐中ch4氣體物質的量和co2氣體物質的量其中，所述第二公式為：
13、
14、其中，vr為參考罐一的體積，為第二平衡壓力下ch4氣體壓縮因子，r氣體常數，為第二平衡壓力下co2氣體壓縮因子；
15、計算ch4解吸量co2吸附量
16、計算co2與ch4氣體競爭吸附置換比
17、結合第一方面，在一種可能的實現方式中，測量所述非接觸式測溫煤樣罐內的自由空間體積v0，包括：
18、多次重復第二步驟，獲得多個第二數據組，每組所述第二數據組均包括所述參考罐一的第一初始溫度t1；所述參考罐一內的第一初始壓力值p1；所述非接觸式測溫煤樣罐的第二初始溫度t2；所述非接觸式測溫煤樣罐內的第二初始壓力p2；稀有氣體與干燥煤樣吸附平衡后的溫度tpin；稀有氣體與干燥煤樣吸附平衡后的壓力ppin；
19、根據第三公式和多個所述第二數據組得到多個第一方程，聯立求解多個所述第一方程得到所述非接觸式測溫煤樣罐內的自由空間體積v0，其中，第三公式為：
20、
21、式中，v0為所述非接觸式測溫煤樣罐內的自由空間體積；vr為所述參考罐一的體積；y為體積比；z1為所述參考罐一內第一初始壓力值p1下稀有氣體壓縮因子；zpin為稀有氣體與干燥煤樣吸附平衡后的壓力ppin下稀有氣體壓縮因子；z2為接觸式測溫煤樣罐內第二初始壓力p2下稀有氣體壓縮因子；
22、其中，所述第二步驟包括：
23、對高壓緩沖罐一、所述參考罐一和所述非接觸式測溫煤樣罐抽真空；
24、通過恒溫水浴使所述參考罐一至第一初始溫度t1，使所述非接觸式測溫煤樣罐至第二初始溫度t2；
25、通過稀有氣體氣罐向所述高壓緩沖罐一充裝稀有氣體，至所述高壓緩沖罐一內的壓力達到第一預設壓力，停止輸入稀有氣體；
26、當所述高壓緩沖罐一內腔的壓力穩定時，通過所述高壓緩沖罐一緩慢向所述參考罐一充裝稀有氣體，待所述參考罐一內的壓力至第一初始壓力p1時，停止輸入稀有氣體，測量得所述非接觸式測溫煤樣罐內的壓力為第二初始壓力p2；
27、連通所述參考罐一和所述非接觸式測溫煤樣罐至所述參考罐一內的壓力和所述非接觸式測溫煤樣罐內的壓力穩定且相等時，平衡6h～8h，得到稀有氣體與干燥煤樣吸附平衡后的壓力ppin、稀有氣體與干燥煤樣吸附平衡后的溫度tpin。
28、結合第一方面，在一種可能的實現方式中，所述獲得參考罐一內ch4氣體初始物本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種CO2煤層CH4氣體競爭吸附熱效應測試方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的CO2煤層CH4氣體競爭吸附熱效應測試方法，其特征在于，測量所述非接觸式測溫煤樣罐內的自由空間體積V0，包括：
3.根據權利要求2所述的CO2煤層CH4氣體競爭吸附熱效應測試方法，其特征在于，所述獲得參考罐一內CH4氣體初始物質的量通過所述參考罐一向所述非接觸式測溫煤樣罐內充裝CH4氣體使CH4氣體吸附干燥煤樣，并實時監測吸附過程中干燥煤樣的溫度變化規律，直至吸附達到第一平衡狀態時獲得第一平衡溫度第一平衡壓力干燥煤樣吸附的CH4氣體物質的量包括：
4.根據權利要求1所述的CO2煤層CH4氣體競爭吸附熱效應測試方法，其特征在于，還包括：
5.一種CO2煤層CH4氣體競爭吸附熱效應測試裝置，其特征在于，用于實現權利要求1～4所述的CO2煤層CH4氣體競爭吸附熱效應測試方法，包括：CH4氣罐、稀有氣體氣罐、高壓緩沖罐一、參考罐一、非接觸式測溫煤樣罐、紅外熱成像儀、數據采集存儲機構、參考罐二、高壓緩沖罐二、CO2氣罐、恒溫水浴槽、抽真空機構、壓力
6.根據權利要求5所述的CO2煤層CH4氣體競爭吸附熱效應測試裝置，其特征在于，還包括閥門九和尾氣收集袋；
7.根據權利要求5所述的CO2煤層CH4氣體競爭吸附熱效應測試裝置，其特征在于，所述參考罐一和所述參考罐二、所述閥門五和所述閥門八、所述四通一和所述四通三以所述非接觸式測溫煤樣罐的中軸線為對稱軸呈對稱分布。
...【技術特征摘要】
1.一種co2煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的co2煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試方法，其特征在于，測量所述非接觸式測溫煤樣罐內的自由空間體積v0，包括：
3.根據權利要求2所述的co2煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試方法，其特征在于，所述獲得參考罐一內ch4氣體初始物質的量通過所述參考罐一向所述非接觸式測溫煤樣罐內充裝ch4氣體使ch4氣體吸附干燥煤樣，并實時監測吸附過程中干燥煤樣的溫度變化規律，直至吸附達到第一平衡狀態時獲得第一平衡溫度第一平衡壓力干燥煤樣吸附的ch4氣體物質的量包括：
4.根據權利要求1所述的co2煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試方法，其特征在于，還包括：
5.一種co2煤層ch4氣體競爭吸附熱效應測試裝置，其特征在于，用于實現權利要求1～4所述的co2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程小蛟，文虎，樊世星，劉文永，許延輝，呂雅文，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：
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