国标煤的高压等温吸附试验方法

ICS 73040D 21园亘中华人民共和国国家标准GBT 1 9560-2008代替GBT 195602004煤的高压等温吸附试验方法Experimental method of high-pressureisothermal adsorption to coal2008-07-29发布 200905-0 1实施丰瞀鹃紫瓣警糌瞥鐾发布中国国家标准化管理委员会仅19GBT 19560-2008刖昌本标准代替GBT 19560一2004煤的高压等温吸附试验方法容量法。 本标准与GBT 19560-2004相比，主要修订内容有：标准名称改为煤的高压等温吸附试验方法；适用范围增加了褐煤；附录A中去掉了“空气干燥基”和“干燥无灰基”中“计算”一列，增加了“平衡水分基”的吸附量。 本标准的附录A为规范性附录。 本标准由中国煤炭工业协会提出。 本标准由全国煤炭标准化技术委员会归口。本标准起草单位：煤炭科学研究总院西安研究院、中联煤层气有限责任公司。 本标准主要起草人：张庆玲、张遂安。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 19560 2004。GBT 19560-2008煤的高压等温吸附试验方法1范围本标准规定了煤的容量法高压等温吸附试验方法， 本标准适用于烟煤和无烟煤对甲烷等气体吸附能力的测定。褐煤对甲烷等气体吸附能力的测定参考执行。2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBT 212煤的工业分析方法(GBT 212-2008，ISO1722：1999，ISO 1171：1997，ISO 562：1998，NEQ)GB 474煤样的制备方法(GB 4741996。eqv ISO 1988：1975)3方法提要首先，将达到平衡水分的一定粒度的煤样样品置于密封容器中，测定其在相同温度、不同压力条件 下达到吸附平衡时所吸附的甲烷等试验气体的体积；然后，根据Langmuir单分子层吸附理论，通过理 论计算求出表征煤对甲烷等试验气体吸附特性的吸附常数Langmuir体积(VL)、Langmuir压力(pL) 以及等温吸附曲线。4仪器设备41平衡水分测定装置干燥器；天平：感量01 mg；恒温系统。42等温吸附装置样品缸；参考缸；恒温控制系统：灵敏度03；温度监测系统：温度传感器灵敏度：03；压力监测系统：压力传感器灵敏度：0001 MPa；数据处理系统：微机及数据处理软件。5试剂51硫酸钾过饱和溶液；52甲烷气体：纯度9999；53氦气：纯度9999；54蒸馏水。1GBT 19560-20086样品的制备61样品质量和制样按照GBT 474制取粒度为025 mmo18 mm(60目80目)的煤样200 g。62工业分析按照GBT 212执行。63煤样的平衡水分测定631称取空气干燥基煤样，样量不少于35 g。632将称量后的煤样置于器皿中，均匀加入适量蒸馏水。633将装有样品的器皿放人湿度平衡的干燥器中，干燥器底部装有足最的硫酸钾过饱和溶液，每隔24 h称量一次，直到相邻两次称量变化不超过试样质量的2。 平衡水分计算公式见式(1)：Me(，一1G2-rGa)Mad+号予oo(1)式中： M。样品的平衡水分含量，G1一平衡前空气干燥基样品质量，单位为克(g)G2平衡后样品质量，单位为克(g)；M。d一样品的空气干燥基水分含量，。7试验步骤71试样装缸 将达到平衡水分的煤样准确称量，迅速装入样品缸内。72气密性检查721调节温度 设置并调节系统温度，使样品缸和参考缸的温度稳定在储层温度。722充气 向系统充入氦气，压力高于等温吸附试验最高压力1 MPa。723采集数据系统采集参考缸和样品缸的压力数据，压力在6 h内保持不变，则视为系统气密性良好。73自由空间体积测定731调节温度 设置并调节系统温度，使样品缸和参考缸的温度稳定在储层温度。732充气打开氮气瓶，向系统充入氦气，调节参考缸压力值达到2 MPa3 MPa，然后关闭参考缸阀门。733采集数据 打开参考缸阀门与样品缸阀门，待压力平衡后采集一组数据。734重复732到733两次。自由空间体积重复测定3次，其中两两之间值差不大于01 cm3。735求得煤样的体积，计算出样品缸内自由空间体积。74等温吸附试验741最高试验压力的确定 最高试验压力通常设置为储层压力的11倍，且最高试验平衡压力不得低于8 MPa。742试验压力点分布2GBT 19560-2008当最高试验平衡压力为8 MPa时，试验压力点不少于6个； 当最高试验平衡压力在8 MPa12 MPa之间，试验压力点不少于7个； 当最高试验平衡压力大于12 MPa，试验压力点不少于8个。743充气打开调节阀门和参考缸阀门，向系统充人甲烷气体或其他试验用气体，调节参考缸压力至目标 压力。744数据采集 达到目标压力，且温度稳定后，启动等温吸附试验程序自动采集样品缸和参考缸内的时间、压力、温Vs：(P2 X Z2)-(p3 XV3)(Z3X Ta)(Pl XVl)(Z1 X T1)f 2 1度等相关数据，并将数据记录为数据文件。745吸附平衡时问确定 根据煤样的变质程度、样品质量等实际情况确定，但不得少于12 h。746重复743到745步骤，自低而高逐个压力点进行试验，直至最后一个压力点试验结束。8数据处理81煤样体积和自由空间体积计算 煤样的体积计算公式见式(2)：XV2)(Z2。声2(Z2Tz)一Pl(Z171)式中： Vs煤样的体积，单位为立方厘米(cm。)； 户1一一平衡后压力，单位为兆帕(MPa)； p2参考缸初始压力，单位为兆帕(MPa)； 加样品缸初始压力，单位为兆帕(MPa)； n平衡后温度，单位为开(K)；T2参考缸初始温度，单位为开(K)； T3样品缸初始温度，单位为开(K)； y1系统总体积，单位为立方厘米(cm3)；参考缸体积，单位为立方厘米(cm3)； U样品缸体积，单位为立方厘米(cm3)； zl平衡条件下气体的压缩因子； Z2参考缸初始气体的压缩因子； Z3样品缸初始气体的压缩因子。求得煤样的体积，计算出样品缸内自由空间体积。 计算公式如式(3)所示：VfVoVs(3)式中： 自由空间体积，单位为立方厘米(cm3)； Vo样品缸总体积，单位为立方厘米(cma)； Vs煤样的体积，单位为立方厘米(cms)。82计算各压力点吸附量 根据参考缸、样品缸的平衡压力及温度，计算不同平衡压力点的吸附量。 利用公式(4)：pVnZRT(4)GBT 19560-2008式中：户气体压力，单位为兆帕(MPa)； V气体体积，单位为立方厘米(cm3)； n气体的摩尔数，单位为摩(m01)； Z气体的压缩因子； R摩尔气体常数，单位为焦每摩开(Jmol。K_1)； T平衡温度，单位为开(K)。分别求出各压力点平衡前样品缸内气体的摩尔数(n-)和平衡后样品缸内气体的摩尔数(nz)，则煤 样吸附气体的摩尔数(m)为：ni：=n1一n2式中： n；气体的摩尔数，单位为摩(m01)； nl平衡前样品缸内气体的摩尔数，单位为摩(t001) nz平衡后样品缸内气体的摩尔数，单位为摩(t001)。 各压力点的吸附气体的总体积(y。)见式(6)：V。一n。2241 000各压力点的吸附量(V嗳附量)见式(7)：V吸附量一ViGc(7)式中：y吸附量吸附量，单位为立方厘米每克(cm3g。)； v。吸附气体的总体积，单位为立方厘米(cm3)； Gc煤样质量，单位为克(g)。83计算VL和PL 根据Langmuir方程：pVpVL+pLVL式中： 户气体压力，单位为兆帕(MPa)； v在压力p条件下吸附量，单位为立方厘米每克(cm3g“)； yL最大吸附容量，又称Langmuir体积，单位为立方厘米每克(cm3g一1)； pLLangmuir压力，单位为兆帕(MPa)。若令A一1vL和B=pt,VL，可以将方程(8)推导为pV与P的函数：pV一声VL+pLVL或tVAp+B(9) 依据方程(9)，可将实测的各压力平衡点的压力与吸附量数据绘制为以P为横坐标、以pV比值为 纵坐标的散点图，利用最小二乘法求出这些散点图的回归直线方程及相关系数(R)，进而求出直线的斜率(A)和截距(B)，根据斜率和截距求出Langmuir体积(VL)和Langmuir压力(pL)，即：VL一1ApL=BA或pt,=VtB(10)84等温吸附曲线 根据各平衡压力点吸附量v和压力P绘制等温吸附曲线。9精密度91重复性限平衡水分、yL、钆的重复性限均为10。4GBT 19560-200892再现性限 平衡水分、yL、pL的再现性限均为15。10试验报告101报告内容应符合附录A(规范性附录)的规定。102试验结果yL、声L修约到小数点后两位有效数字。GBT 19560-2008附录A (规范性附录) 等温吸附试验报告格式等温吸附试验报告试验编号 采样地点 送样号 煤层 样品质量g 灰分A。d 平衡水分M。 水分厶d试验温度氦气浓度甲烷浓度测定日期平衡水分基 空气干燥基 干燥无灰基 记录号 压力MPa 吸附量 吸附量 吸附量pv p|YW(cm3-g一1、 V(cm3g一1、V(cm3g一1)0OO0123456Langmuir方程：V=VLP(PL+声)试验参数 Langmuir体积vL(cm3g一1)Langmuir压力PLMPa R空气干燥基 干燥无灰基等温吸附曲线一一 f ，一一 _一 产g_，_， r，一一 ，一整： 督一性甚，多一，厂，夕一一一一干燥无灰基，压力pMPa试验人 审核人：依据标准GBT 19560-2008