Een Uniaxiaal compressie-experiment met CO₂-dragende kolen met behulp van een gevisualiseerd en constant volume-Gasmassief koppelings testsysteem

De toenemende concentratie van CO₂ in de atmosfeer is een directe factor die het broeikaseffect veroorzaakt. Vanwege de sterke sorptiecapaciteit van kolen wordt CO₂ -sekwestratie in een steenkool naad beschouwd als een praktisch en milieuvriendelijk middel om de mondiale emissie van broeikasgassen^1,2,3te verminderen. Tegelijkertijd kan de geïnjecteerde co₂ CH₄ vervangen en resulteren in gasproductie promotie in coalbed methaan Recovery (ecbm)^4,5,6. De ecologische en economische vooruitzichten van CO₂ -sekwestratie hebben onlangs wereldwijd aandacht gekregen onder onderzoekers, evenals tussen verschillende internationale milieubeschermings groepen en overheidsinstanties.

Steenkool is een heterogene, structureel anisotrope rots die bestaat uit een porie, breuk en kolen matrix. De poriënstructuur heeft een grote specifieke oppervlakte, die een grote hoeveelheid gas kan adsoreren, die een vitale rol speelt in gassekwestratie, en de breuk is het hoofdpad voor vrije gasstroom^7,8. Deze unieke fysieke structuur leidt tot een grote gasadsorptie capaciteit voor CH₄ en co₂. Mijn gas wordt in een paar vormen in coalbed gestort: (1) geadsorberen op het oppervlak van micro poriën en grotere poriën; (2) geabsorbeerd in de steenkool moleculaire structuur; (3) als vrij gas in fracturen en grotere poriën; en (4) opgelost in stort water. Het sorptie gedrag van steenkool tot en met CH₄ en co₂ veroorzaakt matrix zwelling, en verdere studies tonen aan dat het een heterogeen proces is en gerelateerd is aan de kolen litho’s^9,10,11. Bovendien kan gassorptie leiden tot schade in de constitutieve relatie van kolen^12,13,14.

Het ruwe steenkool monster wordt over het algemeen gebruikt in kolen-en CO₂ -koppelings experimenten. Concreet wordt een groot stukje ruwe kolen van het werkvlak in een kolenmijn gesneden om een monster te bereiden. De fysische en mechanische eigenschappen van ruwe kolen hebben echter onvermijdelijk een hoge dispersiegraad als gevolg van de willekeurige ruimtelijke verdeling van natuurlijke poriën en fracturen in een kolen naad. Bovendien is de gas-dragende kolen zacht en moeilijk te Hervorm. Volgens de principes van de orthogonale experimentele methode wordt de briquette, die wordt gereconstitueerd met ruw kolen poeder en cement, beschouwd als een ideaal materiaal dat wordt gebruikt in de steenkool sorptie test^15,16. Omdat het koudgeperst is met metalen matrijzen, kan de sterkte vooraf worden ingesteld en blijft het stabiel door de hoeveelheid cement aan te passen, wat de vergelijkende analyse van het enkele variabele effect ten voorkomt. Bovendien is, hoewel de porositeit van het Briket monster ~ 4-10 keer is, die van het ruwe steenkool monster, soortgelijke adsorptie-en desorptie-eigenschappen en stress-strain curve gevonden in het experimentele onderzoek^{17,18 , 19 , 20}. voor de bereiding van de Briket²¹is in dit document een regeling van soortgelijk materiaal voor kolen met gas vastgesteld. De ruwe kolen werden genomen uit de 4671B6 werk gezicht in de Xinzhuangzi kolenmijn, Huainan, Anhui Province, China. De kolen naad is ongeveer 450 m onder de grond en 360 m onder zeeniveau, en het dips op ongeveer 15 ° en is ongeveer 1,6 m dik. De hoogte en diameter van het Briket monster zijn respectievelijk 100 mm en 50 mm, wat de aanbevolen maat is die door de International Society for Rock Mechanics (isrm)²²wordt voorgesteld.

De vorige uniaxiale of triaxiaal laadtest instrumenten voor steenkool experimenten met gaslagers onder laboratoriumomstandigheden hebben een aantal tekorten en beperkingen, gepresenteerd als Fellows^{23,24,25,26 ,27,28}: (1) tijdens het laadproces neemt het volume van het vaartuig af naarmate de zuiger beweegt, waardoor schommelingen in de gasdruk en verstoringen in de gassorptie ontstaan; (2) de real-time beeld bewaking van monsters, evenals omtrek vervorming metingen in een hoge gasdruk omgeving, is moeilijk te voeren; (3) ze zijn beperkt tot stimulatie van dynamische last verstoringen op vooraf geladen monsters om hun mechanische reactie kenmerken te analyseren. Om de precisie van het instrument en het verzamelen van gegevens in de gasvaste koppelings toestand te verbeteren, is een gevisualiseerd en constant-volume testsysteem²⁹ ontwikkeld (Figuur 1), inclusief (1) een gevisualiseerd laad schip met een constante volume kamer, de kerncomponent; (2) een gasvulmodule met een vacuüm kanaal, twee vulkanalen en een vrijgave kanaal; (3) een axiale laadmodule bestaande uit een elektrohydraulische servo-universele testmachine en besturings computer; (4) een module voor gegevensverwerving die bestaat uit een meetapparaat voor omtrek verplaatsing, een gasdruk sensor en een camera in het venster van het gevisualiseerde laad schip.

Het kern gevisualiseerde vat (Figuur 2) is speciaal ontworpen zodat twee instel cilinders op de bovenste plaat worden bevestigd en hun zuigers tegelijkertijd met de laad knop worden verplaatst door een straal, en het sectionaalgedeelte van de laad zuiger is gelijk aan de de som van die van de instel cilinders. Stroomt door een binnenste gat en zachte pijpen, het hogedrukgas in het vat en de twee cilinders is aangesloten. Daarom, wanneer de zuiger voor het laden van het vat naar beneden beweegt en het gas comprimeert, kan deze structuur de verandering in volume compenseren en de druk interferentie elimineren. Bovendien wordt de enorme door gas veroorzaakte contra kracht op de zuiger tijdens de test verhinderd, waardoor de veiligheid van het instrument aanzienlijk wordt verbeterd. De ramen, die zijn uitgerust met gehard borosilicaatglas en gelegen aan drie zijden van het vat, bieden een directe manier om een foto van het monster te maken. Dit glas is met succes getest en bewezen tot 10 MPa gas te weerstaan met een lage expansie snelheid, hoge sterkte, lichtdoorlatendheid en chemische stabiliteit²⁹.

Dit artikel beschrijft de procedure voor het uitvoeren van een uniaxiaal compressie experiment van co₂-dragende kolen met het nieuwe gevisualiseerde en constante volume-gasvaste koppelings testsysteem, dat de beschrijving bevat van alle stukken die een Briket bereiden monster met behulp van ruwe kolen poeder en natrium Humate, evenals de opeenvolgende stappen om hogedruk CO₂ te injecteren en uniaxiale compressie uit te voeren. Het hele monster vervormingsproces wordt bewaakt met behulp van een camera. Deze experimentele aanpak biedt een alternatieve manier om de door adsorptie veroorzaakte schade en breuk evolutie die kenmerkend zijn voor koolstofdragende kolen, kwantitatief te analyseren.