專利名稱：煤中超臨界二氧化碳含量測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二氧化碳含量測試方法，尤其是一種用于煤中超臨界二氧化碳含量測 試方法。
背景技術(shù)：
我國煤層氣資源豐富，測算資源量約43萬億m3。隨著我國經(jīng)濟對能源需求的日益 加劇，國家對天然氣的需求不斷增加，煤層氣資源的開發(fā)受到我國政府和有關(guān)工業(yè)部門的 高度重視。但是受到我國煤層氣儲層滲透率低的條件限制，從常規(guī)天然氣開采中引進的煤 層氣開采技術(shù)受到一定限制。注氣開采煤層氣增產(chǎn)技術(shù)是開采低滲透煤層煤層氣資源的有 效手段，受到了國內(nèi)外研究者的注意。二氧化碳注入煤層增產(chǎn)技術(shù)是注氣開采煤層氣的主 要方法之一，對于煤層的二氧化碳儲存性能需要有詳細的認識。但是煤對高壓二氧化碳特 別是超臨界條件下尚未有公認的吸附理論，需要對我國煤層的二氧化碳儲存性能展開更多 的測試研究?，F(xiàn)階段，全球變暖成為了世界各國共同關(guān)注的環(huán)境問題。控制二氧化碳排放量，保 護全球氣候環(huán)境，如何有效處置二氧化碳是亟待解決的問題。在地質(zhì)處置技術(shù)中，二氧化碳 注入深部不可開采煤層存儲需要對我國煤層的二氧化碳儲存性能進行更為廣泛的研究。另外，注入二氧化碳后附近煤層的繼續(xù)開采及自身有高含量二氧化碳的礦區(qū)，如 我國甘肅窯街礦區(qū)，由于煤對二氧化碳吸附能力較強，特別是二氧化碳在超臨界條件下氣 體高度壓縮，煤中高含量二氧化碳帶來的煤與瓦斯(CO2)突出危險十分嚴重，測定超臨界條 件下煤中二氧化碳含量對突出危險性評價及消除突出危險性措施制定和實施有著重要的
眉、O目前現(xiàn)有測試方法主要是側(cè)重于煤的吸附性能的測試，且測試過程復(fù)雜，對儀器 設(shè)備要求較高，這在一定程度上限制了對煤中二氧化碳含量測試研究的廣泛開展。因此，一 種能夠準確簡便的測定煤中二氧化碳含量的方法有著重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種方法簡單、測試準確、操作簡便的煤中超臨界 二氧化碳含量的測試方法。技術(shù)方案本發(fā)明包括采用真空泵、煤樣罐、二氧化碳氣瓶、加壓裝置和測定裝置， 其測試步驟如下(a)預(yù)先測定設(shè)在煤樣罐恒溫水浴槽內(nèi)的煤樣罐內(nèi)部空間體積打開煤樣罐與真 空泵相連通管路上所有閥門，觀察真空泵的真空壓力表，當直空壓力降至0. 4Pa以下，繼續(xù) 抽真空約30分鐘后，關(guān)閉煤樣罐與真空泵相連管路上的所有閥門；打開煤樣罐與內(nèi)部空間 體積測量儀之間的微量截止閥，測量煤樣罐的內(nèi)部空間的體積V ；(b)關(guān)閉微量截止閥，在煤樣罐內(nèi)裝滿待測煤樣，密封煤樣罐，對煤樣罐恒溫水浴 槽內(nèi)的水進行加溫，使設(shè)在恒溫水浴槽內(nèi)的煤樣罐恒定溫度達35°C以上，同時對與煤樣罐相連通的管路進行電輔加熱，并保持電輔加熱管路的溫度恒定約為40°C ；(C)打開煤樣罐與真空泵相連管路上的所有閥門，對煤樣罐抽真空；(d)觀察與真空泵相連接的真空壓力表，當真空壓力降至0.4Pa以下，繼續(xù)抽真空 4 6小時后，關(guān)閉煤樣罐與真空泵相連管路上的所有閥門，將煤樣罐從煤樣罐恒溫水浴槽 (13)中取出進行稱重，得到真空狀態(tài)下的煤樣罐質(zhì)量mQ ；(e)打開煤樣罐與二氧化碳儲氣瓶相連通管路上的所有閥門，開啟設(shè)在煤樣罐與 二氧化碳儲氣瓶相連通管路上的增壓泵，增壓泵在空氣壓縮機的作用下將二氧化碳儲氣瓶 輸出的二氧化碳氣體增壓后輸入煤樣罐中，觀測煤樣罐入口處與壓力傳感器相連接的壓力 數(shù)顯表(11)，當煤樣罐中壓力增壓至高出所測煤樣的平衡壓力0. 5 2MPa時，關(guān)閉二氧化 碳儲氣瓶進入煤樣罐管路的所有閥門；(f)待煤樣罐內(nèi)的煤樣吸附平衡4 6小時后，記錄此時壓力數(shù)顯表所示的平衡壓 力P1,將煤樣罐從煤樣罐恒溫水浴槽中取出進行稱重，得到平衡壓力P1下煤樣罐質(zhì)量Hl1，按 下列公式n10 = (IH1-Iii0) /44(1)得到在平衡壓力P1下煤樣罐內(nèi)的二氧化碳含量n10 ；V' =V—(2)
P得到煤樣罐去除煤樣的真實體積后的自由空間體積V'，式中P為煤樣的真密 度；
權(quán)利要求
一種煤中超臨界二氧化碳含量的測定方法，包括采用真空泵、煤樣罐、二氧化碳氣瓶、加壓裝置和測定裝置，其特征在于(a)預(yù)先測定設(shè)在煤樣罐恒溫水浴槽(13)內(nèi)的煤樣罐(12)內(nèi)部空間體積打開煤樣罐(12)與真空泵(1)相連通管路上所有閥門，觀察真空泵(1)的真空壓力表(2)，當真空壓力降至0.4Pa以下，繼續(xù)抽真空約30分鐘后，關(guān)閉煤樣罐(12)與真空泵(1)相連管路上的所有閥門；打開煤樣罐(12)與內(nèi)部空間體積測量儀之間的微量截止閥(F 1、F 2)，測量煤樣罐(12)的內(nèi)部空間的體積V；(b)關(guān)閉微量截止閥(F 1)，在煤樣罐(12)內(nèi)裝滿待測煤樣，密封煤樣罐(12)，對煤樣罐恒溫水浴槽(13)內(nèi)的水進行加溫，使設(shè)在恒溫水浴槽內(nèi)的煤樣罐(12)恒定溫度達35℃以上，同時對與煤樣罐(12)相連通的管路進行電輔加熱，并保持電輔加熱管路的溫度恒定約為40℃；(c)打開煤樣罐(12)與真空泵(1)相連管路上的所有閥門，對煤樣罐(12)抽真空；(d)觀察與真空泵(1)相連接的真空壓力表(2)，當真空壓力降至0.4Pa以下，繼續(xù)抽真空4～6小時后，關(guān)閉煤樣罐(12)與真空泵(1)相連管路上的所有閥門，將煤樣罐(12)從煤樣罐恒溫水浴槽(13)中取出進行稱重，得到真空狀態(tài)下的煤樣罐質(zhì)量m0；(e)打開煤樣罐(12)與二氧化碳儲氣瓶(3)相連通管路上的所有閥門，開啟設(shè)在煤樣罐(12)與二氧化碳儲氣瓶(3)相連通管路上的增壓泵(5)，增壓泵(5)在空氣壓縮機(7)的作用下將二氧化碳儲氣瓶(3)輸出的二氧化碳氣體增壓后輸入煤樣罐(12)中，觀測煤樣罐(12)入口處與壓力傳感器(10)相連接的壓力數(shù)顯表(11)當煤樣罐(12)中壓力增壓至高出所測煤樣的平衡壓力0.5～2MPa時，關(guān)閉二氧化碳儲氣瓶(3)進入煤樣罐(12)管路的所有閥門；(f)待煤樣罐(12)內(nèi)的煤樣吸附平衡4～6小時后，記錄此時壓力數(shù)顯表(11)所示的平衡壓力P1，將煤樣罐(12)從煤樣罐恒溫水浴槽(13)中取出進行稱重，得到平衡壓力P1下煤樣罐質(zhì)量m1，按下列公式n10＝(m1 m0)/44(1)得到在平衡壓力P1下煤樣罐內(nèi)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>得到煤樣罐去除煤樣的真實體積后的自由空間體積V′，式中ρ為煤樣的真密度； <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>得到平衡壓力為P1時煤樣的過剩吸附量n11，式中Z1為在氣體壓力為P1時二氧化碳壓縮因子；R為摩爾氣體常數(shù)；T為煤樣罐熱力學溫度； <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>得到煤中孔隙空間氣相二氧化碳含量n12，式中π為煤樣的孔隙率；ρ為煤樣的假密度；n1＝n11+n12(5)得到煤中二氧化碳含量n1，完成一個平衡壓力P1的測試；(g)重復(fù)上述步驟(e)、(f)，測定不同平衡壓力下煤樣中的二氧化碳含量，在煤樣罐內(nèi)的煤樣吸附平衡壓力逐步增加不超過18MPa的條件下，完成多個平衡壓力的測試。
全文摘要
本發(fā)明公開的煤中超臨界二氧化碳含量測試方法，采用真空泵、煤樣罐、二氧化碳氣瓶、加壓裝置和高精度天平構(gòu)成的測定裝置，通過測定吸附罐質(zhì)量變化來計算充入吸附罐的氣體量，減去吸附罐自由空間增加的氣相含量即為煤樣在此平衡壓力下的過剩吸附量，煤孔隙中氣相二氧化碳含量根據(jù)孔隙壓力利用非理想氣態(tài)方程計算而得。煤中超臨界二氧化碳含量為過剩吸附量與煤中孔隙空間的氣相含量之和。通過測定不同平衡壓力下煤樣中的二氧化碳含量，即可完成多個平衡壓力的測試。其測試方法簡單，對儀器設(shè)備要求低，能夠準確簡便的測定煤中二氧化碳含量，有利于對煤中二氧化碳含量的測試研究。
文檔編號G01N7/00GK101936861SQ20101024361
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者吳冬梅, 安豐華, 程遠平 申請人:中國礦業(yè)大學