《瓦斯吸附瓦斯解吸》PPT课件

瓦斯吸附和解吸v煤是一种复杂的多孔介质,是天然吸附剂,其中直径在10-6cm以下的微孔,由于其内表面积占表面积的 97.3%,具有很大的比表面积,从而决定了煤的吸附容积甲烷以两种形式(承压游离状态和吸附状态)在于煤层和共生岩层的孔隙裂隙中,对不同状态甲烷相对含量的实验研究表明煤中全部甲烷含量的 90%95%以吸附状态存在。研究煤与瓦斯的吸附和解吸规律,对于煤与瓦斯的突出预测,煤层瓦斯流动机理,煤的瓦斯含量预测及计算采落煤瓦斯涌出,煤层气开发和利用都有现实意义。（深层瓦斯处于超临界状态）瓦斯吸附v瓦斯吸附特性 研究表明煤对瓦斯的吸附作用,在一定瓦斯压力下乃是物理吸附,其吸附热一般小于20k J/mol。煤表面的原子(它们的价力尚未达到完全饱和程度)在其表面产生一种力场。在这种力场的影响下,周围的瓦斯分子比无力场存在时更易凝结。吸附过程是渗流和扩散的过程 瓦斯吸附v煤分子和瓦斯气体分子之间的作用力由德拜(Debye)诱导力和伦敦色散力(Londondispersion force)组成,由此而形成吸引势,即吸附势阱深度 Ea(也称势垒)。自由气体分子必须损失部分所具有的能量才能停留在煤的孔隙表面,因此吸附是放热的;处于吸附状态的瓦斯气体分子只有获得能量 Ea 才能越出吸附势阱成为自由气体分子,因此脱附是吸热的。瓦斯吸附v瓦斯吸附理论1 1.单分子层吸附理论(Langmuir)等温吸附方程式中:V 吸附量,cm 3;pLL angmu ir 压力,Pa;P压力,Pa;V L L angmu ir 体积,cm 3;PPPVVLL瓦斯吸附 2.2.Freundlich（弗伦德利希）方程，等温吸附的表达式为:式中a,n 为常数。该方程由于形式简单,使用方便,而得到较多的应用,但方程系纯经验方程,没有明确的物理意义。napq1瓦斯吸附 3 3.多分子层吸附理论BET方程：是Langmuir单分子层吸附理论的扩展,该理论将Langmuir对单分子层假定的动态平衡状态,用于各不连续的分子层,另外假设第一层中的吸附是靠固体分子与气体分子间的范德华力,而第二层以外的吸附是靠气体分子间的范德华力。吸附是多分子层的,每一层都是不连续的。瓦斯吸附 4.Polomyi吸附势理论：认为在固体吸附剂表面附近存在一个位势场,邻近的气体分子在场的作用下发生吸附。吸附势场的作用力大的足以在吸附剂表面形成许多吸附层,吸附层处于受压状态,内层受压最大,第二层次之;相应地密度依次减小,直至下降到与周围气体密度相同。Polomyi吸附势理论利用物理吸附的假说对极不均匀内表面的吸附给出了定量描述,但没有给出表达吸附等温线的方程式。瓦斯吸附 5.微孔填充理论：认为对有些微孔介质(如煤、活性炭等),其孔径尺寸与被吸附分子的大小相当吸附则可能发生在吸附剂的内部空间,即吸附是对微孔容积的填充而不是表面覆盖。根据微孔填充理论,在吸附膜上任意点的吸附力可用吸附势函数A来衡量。A为一个分子从气相到达吸附膜上那一点作的功,它是吸附量Q的函数,并可由气液平衡状态求得瓦斯吸附v影响因素 煤的吸附能力不仅受煤岩的性质所影响，而且受下列因素影响：v物质组成：有机显微组分、矿物质v煤阶（煤化程度）：微孔容积增大v温度：引起瓦斯气体分子热运动剧烈程度的变化v水分：占据表面积、形成水膜v气体成份：二氧化碳甲烷氮气v粒度：比表面积v外载荷：孔隙率变化v电磁场瓦斯解吸v平衡状态：瓦斯吸附速度=瓦斯解吸速度v过程：应力平衡破坏应力集中产生细微裂缝煤层渗透性变化促使瓦斯流动煤层孔隙瓦斯压力下降瓦斯吸附力下降解：v阶段：a.瓦斯的解吸附作用;b.瓦斯从煤粒微孔向采掘空间扩散（决定扩散速率）瓦斯解吸v扩散类型vFick扩散（煤体中孔隙尺寸瓦斯气体分子平均自由程）vKoundson扩散1.表面扩散（温度、表面吸附势阱深度）瓦斯解吸v煤层瓦斯放散特性与煤的瓦斯含量,吸附平衡压力、放散时间、煤样粒度、煤的破坏类型以及煤的物理化学特性等有关。