白建平,张典坤,杨建强,张 辉

(1.国家能源煤与煤层气共采技术重点实验室,山西晋城 048204;2.山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西 晋城 048006;3.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054)

寺河3号煤甲烷吸附解吸热力学特征

白建平1,2,张典坤1,2,杨建强3,张 辉3

(1.国家能源煤与煤层气共采技术重点实验室,山西晋城 048204;2.山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西 晋城 048006;3.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054)

为研究煤层气排采过程CH4解吸内在热力学特征及水蒸汽在排水降压产气过程中的作用机理,在20,25,30,35,40℃五个温度点对寺河3号无烟煤(WY)进行等温吸附解吸实验,利用Clausius-Clapeyron方程计算等量吸附热和极限吸附热。结果表明,升压(吸附)过程和降压(解吸)过程极限吸附热分别为23.31 kJ/mol和24.02 kJ/mol,属于物理吸附,但后者大于前者。从热力学角度看,吸附解吸平衡体系中,降压不足以导致煤层甲烷解吸,但降压促使液态水在煤孔隙中形成局部低压,水分子汽化,水蒸汽分子在煤孔隙表面吸附产生的吸附热约为40 kJ/mol,远大于甲烷吸附热,水蒸汽吸附置换煤孔隙表面吸附的甲烷,最终导致甲烷解吸。

甲烷;吸附;解吸;热力学;寺河矿

煤层气多以吸附状态赋存于煤储层中,目前国内外煤层气地面开采均采用排水降压迫使煤层气解吸的方法。宁夏煤田地质局矿井瓦斯防治中心在山西柳林县沙曲矿采用井上下对接,负压抽采的办法,取得了很好的效果,单井日产气量可达10 000 m3以上。这一发现给煤层气排采理论提出了新思路,也迫使人们对排水降压产气的本质进行探索。……