הניסוי דחיסה Uniaxial עם שיתוף₂-הנושאת פחם באמצעות דמיינו ובאופן קבוע נפח גז-מוצק צימוד מערכת בדיקה

הריכוז הגובר של CO₂ באטמוספירה הוא גורם ישיר הגורם לאפקט ההתחממות הגלובלית. בשל היכולת sorption חזקה של פחם, CO₂ קיבוע על בתפר פחם נחשב כאמצעי מעשי וסביבה ידידותית להפחית את פליטת הגלובלית של גז החממה^1,2,3. באותו הזמן, CO מוזרק₂ יכול להחליף CH₄ ותוצאה לקידום ייצור גז ב מתאן התאוששות coalbed (ecbm)^4,5,6. הסיכויים האקולוגיים והכלכליים של CO₂ קיבוע על לאחרונה משכו תשומת לב ברחבי העולם בקרב חוקרים, כמו גם בין קבוצות שונות להגנת הסביבה בינלאומיים סוכנויות ממשלתיות.

פחם הינו סלע אנאיזוטרופי מבנית המורכב מנקבובית, שבר ומטריצת פחם. מבנה נקבובית יש שטח מסוים גדול שטח, אשר יכול ספוח כמות גדולה של גז, משחק תפקיד חיוני קיבוע על גז, והשבר הוא הנתיב העיקרי של זרימת הגז בחינם^7,8. מבנה זה הפיזי הייחודי מוביל קיבולת הספיחה גז גדול עבור CH₄ ו-CO₂. גז שלי מופקד בתוך coalbed בכמה צורות: (1) נספחת על פני השטח של מיקרונקבוביות ונקבוביות גדולות יותר; (2) נספג במבנה המולקולרי של הפחם; (3) כגז חופשי בשברים ונקבוביות גדולות יותר; ו (4) הומס במים ההפקדה. התנהגות sorption של פחם ל CH₄ ו-CO₂ גורם נפיחות מטריקס, ומחקרים נוספים להדגים כי זהו תהליך הטרוגנית והוא קשור ללימטיפוסים פחם^9,10,11. בנוסף, סורזיה גז יכול לגרום נזק ביחס קונסטיטוטיבי של פחם^12,13,14.

דגימת הפחם הגולמי משמשת בדרך כלל ב פחם ו_-2 ניסויים צימוד. במיוחד, חתיכה גדולה של פחם גולמי מפני העבודה במכרה פחם הוא גזור להכין דגימה. עם זאת, תכונות פיזיות ומכניות של פחם גלם בהכרח יש רמת פיזור גבוהה עקב התפלגות מרחבית אקראית של נקבוביות טבעיות ושברים בתפר פחם. יתר על כן, פחם הנושאת גז רך וקשה להיות מעוצב מחדש. על פי עקרונות השיטה הניסיונית האורתוגונלית, הבריקט, אשר מחדש עם אבקת פחם גולמי וצמנט, נחשבת לחומר אידיאלי המשמש במבחן הפחם^15,16. להיות קר לחוץ עם מתכת מת, כוחה יכול להיות מראש ונשאר יציב על ידי התאמת כמות המלט, אשר מועילה ניתוח השוואתי של אפקט משתנה יחיד. בנוסף, למרות הדוגמאות של המדגם לבריקט הוא ~ 4-10 פעמים, זה של דגימת הפחם raw, מאפייני ספיחה דומה ומאפיינים desorption ומתח מתח נמצאו במחקר ניסיוני^{17,18 ,} מיכל ^{בן 19 , 20}. במאמר זה, ערכה של חומר דומה לפחם מנשא גז אומצה כדי להכין את בריקט²¹. הפחם הגולמי נלקח מ4671b6 הפנים הפועלים במכרה הפחם Xinzhuangzi, Huainan, מחוז אנחווי, סין. התפר הפחם הוא כ 450 מ’ מתחת למפלס הקרקע 360 m מתחת לפני הים, וזה מטבלים בערך 15 ° והוא כ 1.6 m עובי. הגובה והקוטר של המדגם הבריקט הם 100 מ”מ ו 50 מ”מ, בהתאמה, שהוא הגודל המומלץ שהוצע על ידי החברה הבינלאומית למכניקה רוק (ISRM)²².

מכשירי מבחן העמסה היוניצירית הקודמים לניסויים בפחם גז בתנאי מעבדה יש כמה מחסורים ומגבלות, שהוצגו כחברים^{23,24,25,26 ,27,28}: (1) במהלך תהליך הטעינה, עוצמת כלי הקיבול יורדת עם הבוכנה נע, גורם לתנודות בלחץ הגז והפרעות של גז מסורזיה; (2) ניטור תמונה בזמן אמת של דגימות, כמו גם מדידות לדפורמציה בסביבת לחץ גז גבוה, קשה לנהל; (3) הם מוגבלים גירוי של הפרעות עומס דינמי על דגימות טעון מראש כדי לנתח את מאפייני התגובה המכנית שלהם. על מנת לשפר את דיוק המכשיר ואת רכישת הנתונים במצב מוצק גז צימוד, מערכת דמיינו ובדיקה קבועה במערכת²⁹ פותחה (איור 1), כולל (1) כלי העמסה דמיינו עם תא אמצעי אחסון קבוע, שהוא רכיב הליבה; (2) מודול מילוי גז עם ערוץ ואקום, שני ערוצי מילוי, וערוץ שחרור; (3) מודול טעינת צירית המורכב ממחשב בדיקה אוניברסלי הידראולי סרוו מחשב ובקרה; (4) מודול רכישת נתונים המורכב ממנגנון מדידה של הזחה בעורק, חיישן לחץ גז, ומצלמה בחלון של כלי הטעינה הדמיינו.

הכלי המרכזי דמיינו (איור 2) הוא תוכנן במיוחד כך שני צילינדרים התאמת קבועים על הלוח העליון ובוכנות להעביר בו זמנית עם הטעינה אחד דרך הקורה, ואת האזור הרציף של הטעינה בוכנה שווה ל סכום של זה של צילינדרים הכוונון. זורם דרך חור פנימי וצינורות רכים, גז בלחץ גבוה בכלי ושני צילינדרים מחובר. לכן, כאשר בוכנה טעינת הספינה נעה כלפי מטה ודוחסת את הגז, מבנה זה יכול לקזז את השינוי בעוצמה ולמנוע הפרעות לחץ. בנוסף, מונעת הפעלת כוח הנגד העצום על הבוכנה במהלך הבחינה ומשפרת באופן משמעותי את בטיחות הכלי. החלונות, המצוידים בזכוכית בורוסיליקט מחוסמת, ממוקמים בשלושה צדדים של כלי הקיבול, מספקים דרך ישירה לצלם את המדגם. זכוכית זו נבדקה בהצלחה והוכיחה להתנגד עד 10 גז MPa עם שיעור הרחבה נמוך, חוזק גבוה, העברה קלה, ויציבות כימית²⁹.

נייר זה מתאר את ההליך לבצע ניסוי דחיסה uniaxial של הפחם CO₂-הנושא עם החדש דמיינו ומתמיד גז-מוצק מערכת הבדיקה צימוד, אשר כולל את התיאור של כל החלקים להכין בריקט לדוגמה באמצעות אבקת פחם raw ו הנתרן humate, כמו גם את הצעדים הרצופים כדי להזריק בלחץ גבוה CO₂ ולבצע דחיסה uniaxial. כל תהליך דפורמציה לדוגמה מנוטר באמצעות מצלמה. הגישה הניסיונית הזאת מציעה דרך חלופית לנתח באופן כולל את הנזק והאבולוציה המושרה ביותר, האופייניים לפחם הנושאת גז.