[发明专利]一种基于煤元素分析的甲烷吸附能力影响机理研究方法

摘要

本发明提供一种基于煤元素分析的甲烷吸附能力影响机理研究方法，包括以下步骤：(1)采集研究区的煤样品，进行煤元素分析和甲烷等温吸附实验；(2)利用空气干燥基煤样的元素分析实验得到煤岩的碳、氢、氮、氧、硫元素含量；(3)利用空气干燥基煤样甲烷等温吸附实验数据计算兰氏体积数值；(4)建立兰氏体积与C含量、H/C原子比、O/C原子比、N/C原子比之间的相关性。本发明的有益之处在于：(1)设计思路清晰，操作步骤简洁，容易实现；(2)可以明确C、H、N、O四种常见煤元素对甲烷吸附性能的影响情况。

主权项

1.一种基于煤元素分析的甲烷吸附能力影响机理研究方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，煤的元素分析(1)空气干燥基碳、氢元素的确定：取0.2g空气干燥煤样放入燃烧管内，连续不断地燃烧；所生成的水分和二氧化碳利用水分和二氧化碳吸收剂；其中碳、氢元素含量可利用水分和二氧化碳吸收剂的增量计算出来，见下列公式(1)、(2)： C a d = 0.2729 m 1 m × 100 % - - - ( 1 ) ]]> H a d = [ 0.1119 ( m 2 - m 3 ) m - 0.1119 M a d ] × 100 % - - - ( 2 ) ]]>式中：Cad空气干燥基煤碳元素含量，Had空气干燥基煤氢元素含量，m为煤样品重量，m1为二氧化碳吸收剂增加的重量，m2位水分吸收剂增加的重量，m3为空白实验中水分吸收剂增加的重量，Mad空气干燥基煤水分含量；(2)空气干燥基氮元素的确定：取0.2g空气干燥煤样放入50ml开氏瓶内，并加入2g催化剂混合物和5ml硫酸溶液0.025mol/l，连续加热，使氮元素全部转化为硫酸氢铵；然后将混合物放入250ml开氏瓶中，加入过量的氢氧化钠溶液，加热使氨气全部被硼酸溶液吸收；最后，氮元素含量可利用硫酸溶液的使用量计算出来，见下列公式(3)： N a d = c ( V 1 - V 2 ) × 0.014 m × 100 % - - - ( 3 ) ]]>式中：Nad为空气干燥基氮元素含量，c为硫酸溶液量，m为煤样品重量，V1为已使用硫酸溶液量，V2为空白实验中使用的硫酸溶液量；(3)空气干燥基全硫元素的确定：取1g空气干燥煤样放入瓷坩埚内，并加入2g混合剂，硫元素全部以硫酸盐的形式存在，最后再使硫酸根离子全部转化为硫酸钡沉淀，硫元素含量便可利用硫酸钡沉淀计算出来，见下列公式(4)： S t , a d = ( m 4 - m 5 ) × 0.1374 m × 100 % - - - ( 4 ) ]]>式中：St,ad为干燥无灰基煤样全硫含量，m4为硫酸钡重量，m5为空白实验硫酸钡重量，m为煤样品重量；(4)干燥无灰基氧含量确定：由于煤中元素主要为碳、氢、氧、氮和硫元素组成，其它元素可以忽略不计，因此，空气干燥基氧元素含量可以用下列公式(5)计算：Oad＝100％-Cad-Had-Nad-St,ad (5)式中：Oad，Cad，Had，Nad，St,ad为空气干燥基氧、碳、氢、氮及全硫元素含量；步骤二、利用步骤一中对应样品在空气干燥基进行甲烷等温吸附实验，甲烷等温吸附实验得到的数据计算兰氏体积VL，见下式(6)：V＝VL*P/(P+PL) (6)式中，V为吸附体积，P为平衡气体压力，PL为兰氏压力，V和VL的单位均为cm3/g，P和PL的单位均为MPa；步骤三、碳元素含量与甲烷吸附能力相关性确定：建立空气干燥基煤样的兰氏体积与碳元素含量的相关性；步骤四、氢元素含量与甲烷吸附能力相关性确定：建立空气干燥基煤样的兰氏体积与H/C原子比的相关性；步骤五、氧元素与甲烷吸附能力相关性确定：建立空气干燥基煤样的兰氏体积与O/C原子比的相关性；步骤六、氮元素含量与甲烷吸附能力相关性确定：建立空气干燥基煤样的兰氏体积与N/C原子比的相关性，即可。