CN119438317A 一种co2煤层ch4气体竞争吸附热效应测试方法及装置 （西安科技大学）

一种CO2煤层CH4气体竞争吸附热效应测试本申请公开了一种CO2煤层CH4气体竞争吸测量非接触式测温煤样罐内的自由空间体积V0；吸附置换比η和竞争吸附平衡煤样热效应ΔT。CO2置换煤层CH4驱动机制及作用效能进行深入2在非接触式测温煤样罐内装入干燥煤样，测量所述非接触获得参考罐一内CH4气体初始物质的量nf,通过所述参考罐一向所述非接触式测温煤样罐内充装CH4气体使CH4气体吸附干燥煤样，并实时监测吸附过程中干燥煤样的温度变化规律，直至吸附达到第一平衡状态时获得第一平衡温度第一平衡压力干燥煤考罐二内的CO2气体的物质的量并计算所述非接触式测温煤样罐中CH4气体物质的连通所述非接触式测温煤样罐和所述参考罐二，使CO2与CH4互逆扩散和竞争吸附并实时监测干燥煤样的实时温度T、所述非接触式测温煤样罐的压力和所述参考罐二的压力的CO2的浓度4浓度ccn,竞争吸附平衡煤样热效应通过第二公式得到参考罐二和非接触式测温煤样罐中CH4气体物质的量和CO2为第二平衡压力fn下CH4气体压缩因子，R气体3多次重复第二步骤，获得多个第二数据组，每组所述根据第三公式和多个所述第二数据组得到多个第一方程，联1为所述参考罐一内第一初始压力值P1下稀有气体压缩因子；Zpin为稀有气体与干燥煤样吸附平衡后的压力Ppin下稀有气体压缩因子；Z2为接触式测温煤样罐内第二初始压通过恒温水浴使所述参考罐一至第一初始温度T1，使所述非接触式测温煤样罐至第二通过稀有气体气罐向所述高压缓冲罐一充装稀有气体，至所述高压缓所述非接触式测温煤样罐内的压力为第二初始压连通所述参考罐一和所述非接触式测温煤样罐至所述参考罐一内的压力和所述非接获得参考罐一内CH4气体初始物质的量n,通过所述参考罐一向所述非接触式测温煤样罐直至吸附达到第一平衡状态时获得第一平衡温度第一平衡压力干燥煤样吸附4通过CH4气罐向所述高压缓冲罐一充装CH4气体，至所述高压缓冲罐一内的压力达到第通过第四公式计算获得参考罐一内CH4气体初始物质的量n,所述第四公式为：连通所述参考罐一和所述非接触式测温煤样罐，通过所述参考罐一温煤样罐内充装CH4气体使CH4气体吸附干燥煤样，并实时监测吸附过程中干燥煤样的温度通过第五公式计算参考罐一和非接触式测温煤样罐中CH4气体物质的量所述第五5通过第二管道将所述稀有气体气罐与所述高压缓冲罐一连通，并通过第三管道将所述高压缓冲罐一和四通一连通，并在所述第三管通过第四管道连接所述三通一和所述抽真空机构，并在所通过第五管道将所述四通一和所述四通二连通，并在所述第五管道上设置所述阀门所述参考罐一和所述压力传感器一分别与所述四所述非接触式测温煤样罐和所述压力传感器二分别与所述四通过第六管道将所述四通三和所述高压缓冲罐二连通，并在所述第六通过第八管道将所述四通二和所述四通三连通，并在所述第八管道上设置所述阀门所述高压缓冲罐一底部的输出管道上设置所述阀门所述罐盖设置于所述罐体开口处以封闭所述罐体，所述罐盖中部所述红外热成像仪设置于所述红外光高渗透率单晶所述参考罐二和所述压力传感器三均与所述四所述非接触式测温煤样罐上设置所述CO2浓度传感器、所述参考罐二上设置所述CH4浓通过第九管道连接所述尾气收集袋和所述三通二，并在所6[0001]本申请涉及煤矿技术领域，尤其涉及一种CO2煤层CH4气体竞争和大气压力之间自然产生的压力梯度仅仅可以回收2060％的CH4，这主要是因为煤表注N2[0004]其中，煤吸附CO2能力大于CH4，采用CO2置换煤层CH4技术具有提高煤层瓦斯采收2[0005]CO2置换煤层CH4过程中，CO2扩散至煤基质内被煤体吸附会释放热量，CO2内能减[0006]本申请实施例通过提供一种CO2煤层CH4气体竞争吸附热效应测吸附热效应测试时对置换效果有影响，使测量结果不准确以及未从能量迁移角度对CO2置换煤层CH4驱动机制及作用效能进行深入7[0010]设置不同的环境温度、CO2与CH4互逆扩散和竞争吸附达到第二平衡状态的压力[0012]获得参考罐一内CH4气体初始物质的量通过所述参考罐一向所述非接触式测温煤样罐内充装CH4气体使CH4气体吸附干燥煤样，并实时监测吸附过程中干燥煤样的温度变化规律，直至吸附达到第一平衡状态时获得第一平衡温度第一平衡压力pn干[0013]通过高压缓冲罐二缓慢向参考罐二充装CO2气体，待所述参考罐二内的压力至第所述参考罐二内的CO2气体的物质的量并计算所述非接触式测温煤样罐中CH4气体[0014]连通所述非接触式测温煤样罐和所述参考罐二，使CO2并实时监测干燥煤样的实时温度T、所述非接触式测温煤样罐的压力和所述参考罐二的压压力fn、CO2的浓度cro,CH4浓度ccn,竞争吸附平衡煤样热[0015]通过第一公式得到CH4气体分压和CO2气体分压其中，所述第[0017]通过第二公式得到参考罐二和非接触式测温煤样罐中CH48[0026]式中，V0为所述非接触式测温煤样罐内的自由空间体积；1为所述参考罐一内第一初始压力值P1下稀有气体压缩因子；Zpin为稀有气体与干燥煤样吸附平衡后的压力Ppin下稀有气体压缩因子；Z2为接触式测温煤样罐内第二量得所述非接触式测温煤样罐内的压力为第二初[0032]连通所述参考罐一和所述非接触式测温煤样罐至所述参考罐一内的压力和所述的量通过所述参考罐一向所述非接触式测温煤样罐内充装CH4气体使CH4气体吸附干燥得第一平衡温度第一平衡压力干燥煤样吸附的CH4气体物质的[0034]将所述高压缓冲罐一、所述参考罐一和所述非接触式测温煤样罐中稀有气体排9[0037]通过CH4气罐向所述高压缓冲罐一充装CH4气体，至所述高式测温煤样罐内充装CH4气体使CH4气体吸附干燥煤样，并实时监测吸附过程中干燥煤样的温度变化规律，直至吸附达到第一平衡状态时获得第一平衡温度Tn第一平衡压力pn[0043]通过第五公式计算参考罐一和非接触式测温煤样罐中CH4气体物质的量所述2[0050]通过第一管道将所述CH4气罐与所述高压缓冲罐一连通，并在所述第一管道上设[0060]通过第七管道连接所述CO2气罐和所述高压缓冲罐二，并在所述第七管道上设置[0064]所述罐盖设置于所述罐体开口处以封闭所述罐体，所述[0067]所述非接触式测温煤样罐上设置所述CO2浓度传感器、所述参考罐二上设置所述[0074]本发明实施例提供的CO2煤层CH4气体竞争吸附热效应测接触式测温煤样罐的压力和参考罐二的压力的变化规律，能够从能量迁移角度对CO2置换煤层CH4驱动机制及作用效能进行深入分析，为关键控制参数的合理优选和效能最大化的[0076]图1为本申请实施例提供的CO2煤层CH4气体竞争吸附热效应测试装置的结构示意2气罐仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具[0084]通过第六管道将四通三25和高压缓冲罐二9连通，并在第六管道上从四通三25到[0086]步骤1：在非接触式测温煤样罐5内装入干燥煤样38(称取重量为300g的干燥煤样31为参考罐一4内第一初始压力值P1下稀有气体压缩传感器二34测量得非接触式测温煤样罐5内的压力为第二初器一33测量的参考罐一4内的压力和压力传感器二34测量的非接触式测温煤样罐5内的压[0099]步骤2：设置不同的环境温度(即CH4气体吸附干燥煤样38过程时恒温水浴槽11调一平衡温度第一平衡压力干燥煤样38吸附的CH样罐5设置于恒温水浴槽11内，待稳定后，通过恒温水浴使参考罐一4至第三初使非接触式测温煤样罐5至第四初始温度存在[0108]步骤216：通过第四公式计算获得参考罐一4内CH4气体初始物质的量nf,单位为cm3；为第三初始压力下CH4气体压缩因子，无量纲；R为气体常数，其值为8.314J/罐一4向非接触式测温煤样罐5内充装CH4气体使CH4气体吸附干燥煤样38，并通过红外热成像仪6实时监测吸附过程中干燥煤样38的温度变化规律，直至吸附达到第一平衡状态时获得第一平衡温度第一平衡压力干燥煤样38吸附的CH4气体物质的量即压力传感器一33测量的参考罐一4内的压力和压力传感器二34测量的非接触式测温煤样罐5内V0为非接触式测温煤样罐5内的自由空间向高压缓冲罐二9充装CO2气体，至压力表二14显示高压缓冲罐二9内的压力达到第三预设力至第一平衡状态的非接触式测温煤样罐5的压力一致为phin时，关闭阀门八26和阀门十传感器三35测得的参考罐三内的压力相等，获得此时参考罐二8内的CO2气体的物质的量a-(力传感器二34实时监测非接触式测温煤样罐5的压力和压力传感器三35实时监测参考罐二二平衡压力通过CO2浓度传感器36得到非接触式测温煤样罐5内的CO2的浓度变化规律及第二平衡状态下CO2的浓度CCO,通过CH4浓度传感器37得到参考罐二8内CH4浓度变化规律及第二平衡状态下CH4浓度ccn竞争吸附平衡煤样热效应第二平衡状态即压力传感器二34测量的非接触式测温煤样罐5的压力和压力传感器三35测量的参考罐二[0122]步骤25：通过第二公式得到参考罐二8和非接触式测温煤样罐5中CH4气体物质的V0为非接触式测温煤样罐内的自由空间[0130]本发明实施例提供的CO2煤层CH4气体竞争吸附热效应测附过程中干燥煤样38的温度变化规律，实时监测CO2与CH4互逆扩散和竞争吸附干燥煤样38度对CO2置换煤层CH4驱动机制及作用效能进行深入分析，为关键控制参数的合理优选和效[0131]本发明另一实施例提供了一种CO2煤层CH4气体竞争吸附热效2气罐[0134]通过第六管道将四通三25和高压缓冲罐二9连通，并在第六管道上从四通三25到红外光高渗透率单晶53卡住，之后多个第一套扣56将固定件55固定于罐盖52的安装孔处，[0139]非接触式测温煤样罐5上设置CO2浓度传感器36、参考罐二8上水浴槽11内。通过控制恒温水浴槽11的水温为CO2煤层CH4气体竞争吸附热效应测试装置提[0140]压力传感器一33对参考罐一4的压力进行实时监测，压力传感器二34对非接触式测温煤样罐5的压力进行实时监测，红外热成像仪6对非接触式测温煤样罐5中干燥煤样384浓度传感器37对参考罐二8内气体中CH4浓度进行实时监测，压力传感器三35对参[0141]本发明实施例提供的CO2煤层CH4气体竞争吸附热效应测试装置吸附干燥煤样38的吸附过程中干燥煤样38的温度变化规律，实