[发明专利]常压条件下测定大样量煤样吸附气体量的实验装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于测定煤样吸附气体量技术领域，特别涉及一种常压条件下测定大样量煤样吸附气体量的实验装置和方法。

背景技术

我国是煤炭资源大国，随着煤炭生产效率及煤炭产量的大幅度提高，导致采空区遗留大量浮煤，煤矿火灾频繁发生。另外，在煤的开采、利用和加工转化时，煤燃烧产生了大量的CO₂气体，由于CO₂气体的大量排放，导致全球变暖并引起了各种极端的气候现象，所以，在煤矿开采的同时，研究既能减少矿井灾害的发生又能降低CO₂气体排放量的新方法是目前我国迫切需要解决的问题。

在导致气候变化的各种温室气体中，人类活动排放的CO₂产生的增温效应占所有温室气体产生的总增温效应的63％，CO₂成为对气候变化影响最大的气体。众所周知，煤吸附CO₂的能力强于吸附N₂，近几年，随着煤吸附学科的发展，越来越多的学者致力于采用CO₂替代N₂用于防灭火技术。为适应矿井防灭火的需要，惰气(以N₂和CO₂为主)防灭火技术逐渐成为防治煤层内因火灾的有效技术措施之一。近年来，有学者提出将燃煤产生的烟道气体(主要成分为N₂、CO₂)注入不可采煤层或采空区，该方法不仅能代替注氮且能有效的预防和控制煤炭自燃火灾，节约由于制氮造成的能源浪费，还可以实现CO₂气体的封存，减少CO₂气向大气内排放。

煤对气体的吸附主要为物理吸附，煤对气体的吸附研究多为根据等温吸附实验的结果来得到不同平衡压力下煤对气体的吸附量，所选择的装置有：HCA高压容量法吸附装置、美国Terra Tek公司引进的IS-100型气体等温吸附解吸仪、西安科技大学AST-2000型大样量吸附/解吸仿真实验仪等。等温吸附实验虽建立了等温吸附线的理论模型和数学表达式，但是截至目前为止，研究均采用煤的高压容量法进行等温吸附实验，即选取不同的压力点进行吸附量的测试，因此压力点均在高于大气压的范围内选取，所以，煤在常温常压条件下对气体的吸附特性研究还很少见。

发明内容

本发明的目的是针对于现有技术中煤在常温常压条件下对气体的吸附特性研究还很少见的问题，提供了一种常压条件下测定大样量煤样吸附气体量的实验装置和方法。从而更加方便、准确的模拟矿井采空区的温度及压力，确定采空区遗煤对气体的吸附封存机理。

一种常压条件下测定大样量煤样吸附气体量的实验装置，包括管路、供气装置、密封吸附缸、真空泵和数据采集检测装置；所述供气装置、真空泵和数据采集检测装置分别通过管路与密封吸附缸相连接；

其中，所述的供气装置为高压气瓶，较好的，供气装置还包括气体输送泵，高压气瓶和气体输送泵通过管路连接，并且在高压气瓶的出口装有压力调节器；

所述的密封吸附缸用于装煤样，缸上设有压力表、注气口、脱气口及出样口；供气装置通过管路与密封吸附缸的注气口相连接，真空泵通过管路与吸附缸的脱气口相连接，数据采集检测装置通过管路与吸附缸的出样口相连接；较好的，吸附缸为不锈钢材质；

所述的数据采集检测装置为气相色谱仪和工作站。

利用上述装置在常压条件下测定大样量煤样吸附气体量的实验方法，包括如下步骤：

(1)配制实验气体

按实际待研究气体的组分和体积分数配制出模拟实验气体，并以煤不吸附的气体作为背景气；

(2)脱气

检查密封吸附缸的气密性，然后将干燥的大样量粉煤样品放入密封吸附缸内，密封后，用真空泵对吸附缸脱气；

(3)注气及吸附

脱气完成后，通过供气装置向吸附缸内注入气体至缸内压力达到0.1MPa，然后用气相色谱仪测定缸内各待测气体组分的初始体积分数并记录为吸附前数值；

(4)测定并计算吸附量

由于粉煤样品能够吸附气体，因此游离气体相中的气体量和成分会随时间变化而发生变化；因此，每隔一段时间，较好的为每隔12h，利用气相色谱仪测定吸附缸内游离气体相中各待测组分的体积分数，再通过由理想气体状态方程推导的吸附量计算公式计算粉煤样品对气体的吸附量；

根据理想气体状态方程推导吸附量计算公式过程如下：

P_iV_i＝n_iRT