不同水分煤样吸附甲烷的极限吸附量预测_马东民

引言

气-固吸附体系中，固相被称为吸附剂，主体相气体分子被称为吸附质。吸附势是由Polanyi 在

1914年提出的，其将固体表面某点的吸附势定义为1mol 气体从引力（固体表面与气体分子间）不起作

用的气相被吸引到吸附相的某点所做的功。朱步瑶等在研究中发现吸附势理论也适用于煤这种碳质吸附剂体系，煤表面的极性官能团与无极性的甲烷分子间作用力主要是色散力。原子或分子中的电子在轨道上运动时产生瞬间偶极矩,它又引起邻近原子或分子的极化,这种极化作用反过来又使瞬间偶极

矩变化幅度增大，在这样的反复作用下就产生了色散力。色散力的大小与温度无关。陈昌国和孙培德从统计热力学与量子化学理论出发计算证实了甲烷在煤粒表面上的吸附属物理过程（表面凝聚）。本文进行大佛寺4#煤（BN ）空干基样和平衡水样不同温度点下吸附实验，获取吸附势按吸附空间（吸附量）分布的特性曲线，求得极限吸附量，作为预测煤层气资源/储量的一种手段。

1实验

（1）样品与加工

实验样品采自彬长矿区大佛寺4#煤（BN ）,将井

不同水分煤样吸附甲烷的极限吸附量预测

马东民，李方晴，刘厚宁，王

杰

（西安科技大学地质与环境学院，西安710054）

摘要：以大佛寺4#不粘煤样为研究对象，进行4#不粘煤空气干燥基样和平衡水分样等温

吸附实验，计算吸附势和吸附空间，得出吸附特征曲线，以期预测大佛寺4#不粘煤层中煤层气资源/储量，验证吸附理论的可靠性。实验结果显示：对于同1种煤样，吸附势与环境温度无关系，煤中水分大小对吸附势影响较大；实验进一步证明煤-甲烷分子之间作用力主要为色散力,吸附过程为物理吸附；根据吸附特征曲线计算所得极限吸附量与常规Langmuir 方程拟合所得结果十分相近，初步证明吸附特征曲线所得极限吸附量预测煤吸附甲烷最大能力、预测煤层气资源/储量是可行的方法。

关键词：水分；Langmuir 方程；吸附势理论；吸附特征曲线；极限吸附量中图分类号：TD712

文献标志码：A

文章编号：1008－8725（2014）10－0248－03

Prediction on Utmost Adsorption Quantity of Methane in Coal Samples

with Different Water Content

MA Dong-min ，LI Fang-qing ，LIU Hou-ning ，WANG Jie

（College of Gedogical and Environment ，Xi ’an University of Science and Technology,Xi ’an 710054,China ）

Abstract:Taking 4#non -caking coal sample in Dafosi as the research object,isothermal adsorption experiment is conducted between the air drying base sample and equilibrium water moisture sample of 4#non -caking coal,also the adsorption potential and adsorption space are calculated,in order to predict the coalbed methane resources or reserves of 4#non-caking coalbed in Dafosi for verifying the reliability of adsorption theory.The experiment result shows that:for the same kind of coal sample,adsorption potential is not associated with environmental temperature,but moisture size does have a great influence on adsorption potential;experiment further proves that the main acting force among the coal-methane molecules is dispersion force,and it is a physical adsorption process;ultimate adsorption quantity based on the adsorption characteristic curve is very close with the result of the general Langmuir equation fitting,which preliminarily testifies that ultimate adsorption quantity from the adsorption characteristic curve can viably predict the maximum adsorption capacity for methane of coal as well as the coalbed methane resources or reserves.

Key words:water content;Langmuir equation;adsorption potential theory;adsorption characteristic curve;utmost absorbed quantity 煤炭技术

Coal Technology

Vol.33No.10Oct.2014

第33卷第10期2014年10月

doi:10.13301/ki.ct.2014.10.098

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