煤中超临界二氧化碳含量测试方法-山东科威数控机床有限公司

专利名称：煤中超临界二氧化碳含量测试方法
技术领域：
本发明涉及二氧化碳含量测试方法，尤其是一种用于煤中超临界二氧化碳含量测试方法。
背景技术：
我国煤层气资源丰富，测算资源量约43万亿m3。随着我国经济对能源需求的日益加剧，国家对天然气的需求不断增加，煤层气资源的开发受到我国政府和有关工业部门的高度重视。但是受到我国煤层气储层渗透率低的条件限制，从常规天然气开采中引进的煤层气开采技术受到一定限制。注气开采煤层气增产技术是开采低渗透煤层煤层气资源的有效手段，受到了国内外研究者的注意。二氧化碳注入煤层增产技术是注气开采煤层气的主要方法之一，对于煤层的二氧化碳储存性能需要有详细的认识。但是煤对高压二氧化碳特别是超临界条件下尚未有公认的吸附理论，需要对我国煤层的二氧化碳储存性能展开更多的测试研究。现阶段，全球变暖成为了世界各国共同关注的环境问题。控制二氧化碳排放量，保护全球气候环境，如何有效处置二氧化碳是亟待解决的问题。在地质处置技术中，二氧化碳注入深部不可开采煤层存储需要对我国煤层的二氧化碳储存性能进行更为广泛的研究。另外，注入二氧化碳后附近煤层的继续开采及自身有高含量二氧化碳的矿区，如我国甘肃窑街矿区，由于煤对二氧化碳吸附能力较强，特别是二氧化碳在超临界条件下气体高度压缩，煤中高含量二氧化碳带来的煤与瓦斯(CO2)突出危险十分严重，测定超临界条件下煤中二氧化碳含量对突出危险性评价及消除突出危险性措施制定和实施有着重要的
眉、O目前现有测试方法主要是侧重于煤的吸附性能的测试，且测试过程复杂，对仪器设备要求较高，这在一定程度上限制了对煤中二氧化碳含量测试研究的广泛开展。因此，一种能够准确简便的测定煤中二氧化碳含量的方法有着重要的意义。

发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种方法简单、测试准确、操作简便的煤中超临界二氧化碳含量的测试方法。技术方案本发明包括采用真空泵、煤样罐、二氧化碳气瓶、加压装置和测定装置，其测试步骤如下(a)预先测定设在煤样罐恒温水浴槽内的煤样罐内部空间体积打开煤样罐与真空泵相连通管路上所有阀门，观察真空泵的真空压力表，当直空压力降至0. 4Pa以下，继续抽真空约30分钟后，关闭煤样罐与真空泵相连管路上的所有阀门；打开煤样罐与内部空间体积测量仪之间的微量截止阀，测量煤样罐的内部空间的体积V ；(b)关闭微量截止阀，在煤样罐内装满待测煤样，密封煤样罐，对煤样罐恒温水浴槽内的水进行加温，使设在恒温水浴槽内的煤样罐恒定温度达35°C以上，同时对与煤样罐相连通的管路进行电辅加热，并保持电辅加热管路的温度恒定约为40°C ；(C)打开煤样罐与真空泵相连管路上的所有阀门，对煤样罐抽真空；(d)观察与真空泵相连接的真空压力表，当真空压力降至0.4Pa以下，继续抽真空 4 6小时后，关闭煤样罐与真空泵相连管路上的所有阀门，将煤样罐从煤样罐恒温水浴槽 (13)中取出进行称重，得到真空状态下的煤样罐质量mQ ；(e)打开煤样罐与二氧化碳储气瓶相连通管路上的所有阀门，开启设在煤样罐与二氧化碳储气瓶相连通管路上的增压泵，增压泵在空气压缩机的作用下将二氧化碳储气瓶输出的二氧化碳气体增压后输入煤样罐中，观测煤样罐入口处与压力传感器相连接的压力数显表(11)，当煤样罐中压力增压至高出所测煤样的平衡压力0. 5 2MPa时，关闭二氧化碳储气瓶进入煤样罐管路的所有阀门；(f)待煤样罐内的煤样吸附平衡4 6小时后，记录此时压力数显表所示的平衡压力P1,将煤样罐从煤样罐恒温水浴槽中取出进行称重，得到平衡压力P1下煤样罐质量Hl1，按下列公式n10 = (IH1-Iii0) /44(1)得到在平衡压力P1下煤样罐内的二氧化碳含量n10 ；V' =V—(2)
P得到煤样罐去除煤样的真实体积后的自由空间体积V'，式中P为煤样的真密度；
权利要求
一种煤中超临界二氧化碳含量的测定方法，包括采用真空泵、煤样罐、二氧化碳气瓶、加压装置和测定装置，其特征在于(a)预先测定设在煤样罐恒温水浴槽(13)内的煤样罐(12)内部空间体积打开煤样罐(12)与真空泵(1)相连通管路上所有阀门，观察真空泵(1)的真空压力表(2)，当真空压力降至0.4Pa以下，继续抽真空约30分钟后，关闭煤样罐(12)与真空泵(1)相连管路上的所有阀门；打开煤样罐(12)与内部空间体积测量仪之间的微量截止阀(F 1、F 2)，测量煤样罐(12)的内部空间的体积V；(b)关闭微量截止阀(F 1)，在煤样罐(12)内装满待测煤样，密封煤样罐(12)，对煤样罐恒温水浴槽(13)内的水进行加温，使设在恒温水浴槽内的煤样罐(12)恒定温度达35℃以上，同时对与煤样罐(12)相连通的管路进行电辅加热，并保持电辅加热管路的温度恒定约为40℃；(c)打开煤样罐(12)与真空泵(1)相连管路上的所有阀门，对煤样罐(12)抽真空；(d)观察与真空泵(1)相连接的真空压力表(2)，当真空压力降至0.4Pa以下，继续抽真空4～6小时后，关闭煤样罐(12)与真空泵(1)相连管路上的所有阀门，将煤样罐(12)从煤样罐恒温水浴槽(13)中取出进行称重，得到真空状态下的煤样罐质量m0；(e)打开煤样罐(12)与二氧化碳储气瓶(3)相连通管路上的所有阀门，开启设在煤样罐(12)与二氧化碳储气瓶(3)相连通管路上的增压泵(5)，增压泵(5)在空气压缩机(7)的作用下将二氧化碳储气瓶(3)输出的二氧化碳气体增压后输入煤样罐(12)中，观测煤样罐(12)入口处与压力传感器(10)相连接的压力数显表(11)当煤样罐(12)中压力增压至高出所测煤样的平衡压力0.5～2MPa时，关闭二氧化碳储气瓶(3)进入煤样罐(12)管路的所有阀门；(f)待煤样罐(12)内的煤样吸附平衡4～6小时后，记录此时压力数显表(11)所示的平衡压力P1，将煤样罐(12)从煤样罐恒温水浴槽(13)中取出进行称重，得到平衡压力P1下煤样罐质量m1，按下列公式n10＝(m1 m0)/44(1)得到在平衡压力P1下煤样罐内的二氧化碳含量n10； <mrow><msup> <mi>V</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mi>V</mi><mo>-</mo><mfrac> <mi>m</mi> <mi>ρ</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>得到煤样罐去除煤样的真实体积后的自由空间体积V′，式中ρ为煤样的真密度； <mrow><msub> <mi>n</mi> <mn>11</mn></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mn>10</mn> </msub> <mo>-</mo> <mfrac><mrow> <msub><mi>P</mi><mn>1</mn> </msub> <msup><mi>V</mi><mo>′</mo> </msup></mrow><mrow> <msub><mi>Z</mi><mn>1</mn> </msub> <mi>RT</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>m</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>得到平衡压力为P1时煤样的过剩吸附量n11，式中Z1为在气体压力为P1时二氧化碳压缩因子；R为摩尔气体常数；T为煤样罐热力学温度； <mrow><msub> <mi>n</mi> <mn>12</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mi>π</mi> <mi>ρ</mi></mfrac><mo>·</mo><mfrac> <msub><mi>P</mi><mn>1</mn> </msub> <mrow><msub> <mi>Z</mi> <mn>1</mn></msub><mi>RT</mi> </mrow></mfrac><mo>·</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>m</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>得到煤中孔隙空间气相二氧化碳含量n12，式中π为煤样的孔隙率；ρ为煤样的假密度；n1＝n11+n12(5)得到煤中二氧化碳含量n1，完成一个平衡压力P1的测试；(g)重复上述步骤(e)、(f)，测定不同平衡压力下煤样中的二氧化碳含量，在煤样罐内的煤样吸附平衡压力逐步增加不超过18MPa的条件下，完成多个平衡压力的测试。
全文摘要
本发明公开的煤中超临界二氧化碳含量测试方法，采用真空泵、煤样罐、二氧化碳气瓶、加压装置和高精度天平构成的测定装置，通过测定吸附罐质量变化来计算充入吸附罐的气体量，减去吸附罐自由空间增加的气相含量即为煤样在此平衡压力下的过剩吸附量，煤孔隙中气相二氧化碳含量根据孔隙压力利用非理想气态方程计算而得。煤中超临界二氧化碳含量为过剩吸附量与煤中孔隙空间的气相含量之和。通过测定不同平衡压力下煤样中的二氧化碳含量，即可完成多个平衡压力的测试。其测试方法简单，对仪器设备要求低，能够准确简便的测定煤中二氧化碳含量，有利于对煤中二氧化碳含量的测试研究。
文档编号G01N7/00GK101936861SQ20101024361
公开日2011年1月5日申请日期2010年7月30日优先权日2010年7月30日
发明者吴冬梅, 安丰华, 程远平申请人:中国矿业大学