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煤对CO2吸附等温线不仅对估算煤层碳封存潜力至关重要,而且对了解煤的孔隙特性具有指导意义。本文针对注CO2于煤层提高煤层气产量和煤层封存CO2中有关煤对CO2吸附等温线这一事实和解决目前煤对高压超临界CO2吸附问题,自主建立CO2高压超临界CO2吸附装置。 本研究基于超临界CO2性质和相关文献建立超临界吸附/解吸装置的相关知识,结合煤特性建立并调试超临界CO2-煤吸附解吸装置。该装置包括超临界CO2注气装置和吸附装置两大部分。在装置建立的过程中,完成了装置选择、组装和调试,给出了吸附解吸实验的基本操作步骤。 本文采用具有代表性的内蒙烟煤,进行了3次煤对CO2吸附/解吸循环试验研究,并用另一煤样进行2次重复性试验。本实验的主要目的是(1)在恒温40℃和压力最高达20MPa条件下测量烟煤对CO2的吸附行为;(2)计算Gibbs吸附量并绘出吸附等温线;(3)研究影响吸附解吸过程诸多因素,为煤层封存CO2提供理论依据。 试验结果表明,当压力从0MPa升至7MPa时,气体吸附量将逐渐增加,并在7~9MPa范围内时达到峰值,此后吸附量开始下降。该试验方法和设备在0~7MPa压强范围内具有良好的重复性。但压强超过7~9MPa时,吸附等温线出现极大差异。 试验分析的结果与吸附理论表明,原料煤样对气体具有典型的吸附、解吸可逆性和解吸过程滞后性。诸多明显因素如设备(压力,容积和重力)、测量样质量、平衡时间、仪器的维度和煤中水分可以解释实验中数据的明显差异。吸附/解吸过程中造成煤的空隙体积发生变化可能影响到实验结果。