A tek eksenli sıkıştırma deney ile CO₂-rulman kömür kullanarak bir Visualized ve Constant-hacim gaz-katı kavrama test sistemi

Atmosferdeki CO₂ ‘ nin artan konsantrasyonu, küresel ısınma efektine neden olan doğrudan bir faktördür. Kömür güçlü sorpsiyon kapasitesi nedeniyle, bir kömür dikiş Co₂ sekestrasyon sera gazı küresel emisyon azaltmak için pratik ve çevre dostu bir araç olarak kabul edilir^1,2,3. Aynı zamanda, enjekte Co₂ , CH₄ ‘ ü değiştirebilir ve Coalbed metan iyileşme (ecbm)^4,5,6‘ da gaz üretim promosyonuna neden olabilir. Co₂ sekestrasyon ekolojik ve ekonomik umutları son zamanlarda araştırmacılar arasında dünya çapında dikkat çekti, yanı sıra farklı uluslararası çevre koruma grupları ve devlet kurumları arasında.

Kömür, bir gözenek, kırık ve kömür matrisinden oluşan heterojen, yapısal anisotropik bir kaya şeklindedir. Gözenek yapısı, gaz sequestration hayati bir rol oynarken, büyük miktarda gaz adsorbe, büyük bir özel yüzey alanı vardır ve kırık ücretsiz gaz akışı için ana yoldur^7,5. Bu benzersiz fiziksel yapı, CH₄ ve Co₂için büyük bir gaz adsorpsiyon kapasitesine yol açar. Maden gazı birkaç formda kömür yatağında yatırılır: (1) Mikrogözenekler ve daha büyük gözenekler yüzeyinde adsorbe; (2) kömür moleküler yapısında absorbe; (3) kırıklar ve daha büyük gözenekler ücretsiz gaz olarak; ve (4) mevduat suyunda çözülür. Ko₄ ve Co₂ için kömür sorpsiyon davranış matris şişme nedenleri ve daha fazla çalışmalar bu heterojen bir süreçtir ve kömür litotypes ile ilgili olduğunu göstermektedir^9,10,11. Buna ek olarak, gaz Sorpsiyonu kömür kurucu ilişkisi hasar neden olabilir^12,13,14.

Ham kömür örneği genellikle kömür ve CO₂ kavrama deneylerinde kullanılır. Özellikle, bir kömür madeninde çalışan yüz ham kömür büyük bir parçası bir örnek hazırlamak için kesilir. Ancak, ham kömür fiziksel ve mekanik özellikleri kaçınılmaz bir kömür dikiş doğal gözenekleri ve kırıklar rasgele uzamsal dağılımı nedeniyle yüksek dağılım derecesi var. Dahası, gaz taşıyan kömür yumuşak ve yeniden şekillendirilmelidir zordur. Ortogonal deneysel yöntemin ilkelerine göre, ham kömür tozu ve çimento ile reconstituted briket, kömür sorpsiyon testi kullanılan ideal bir malzeme olarak kabul edilir^15,16. Metal ile soğuk preslenmiş olmak, gücü önceden ayarlanmış olabilir ve tek değişkenli etkisi karşılaştırmalı analiz faydaları çimento, miktarını ayarlayarak kararlı kalır. Ayrıca, briket numunesi gözenekliliği ~ 4-10 kez ise, ham kömür numunesi, benzer adsorpsiyon ve desorpsiyon özellikleri ve stres-gerinim eğrisi deneysel araştırma bulunmuştur^{17,18 , 19 , 20}. Bu yazıda, gaz taşıyan kömür için benzer bir malzeme şeması briket²¹hazırlamak için benimsenmiştir. Ham kömür, Xinzhuangzi kömür madeni, Huainan, Anhui eyaleti, Çin ‘de 4671B6 çalışma yüzü alınmıştır. Kömür dikiş yaklaşık 450 m zemin seviyesinde ve 360 m deniz seviyesinin altında, ve yaklaşık 15 ° ‘ de dips ve kalınlıkta neredeyse 1,6 m. Briket numunesi yüksekliği ve çapı 100 mm ve 50 mm ‘dir, sırasıyla Uluslararası kaya mekaniği Derneği (ıSRM)²²tarafından önerilen boyuttadır.

Laboratuvar koşullarında gaz taşıyan kömür deneyleri için önceki tek eksenli veya Triaksiyel yükleme test aletleri, arkadaşlar^23,24,25,26 olarak sunulan bazı eksiklik ve sınırlamalar var ^,27,28: (1) yükleme işlemi sırasında, gemi hacmi piston hareket ile azalır, gaz basıncında dalgalanmalara neden ve gaz Sorpsiyonu bozuklukları; (2) numunelerin gerçek zamanlı görüntü izleme yanı sıra yüksek gaz basıncı ortamında çevresel deformasyon ölçümleri, yürütmek zordur; (3) onlar mekanik yanıt özelliklerini analiz etmek için önceden yüklenmiş numunelerde dinamik yük bozuklukları stimülasyon ile sınırlıdır. Gaz-katı bağlama koşulunda enstrüman hassasiyetini ve veri alımını iyileştirmek için, (1) bir görselleştirme ile bir görselleştirilmiş yükleme gemisi de dahil olmak üzere, bir görselleştirilmiş ve sabit hacimli test sistemi²⁹ geliştirilmiştir (Şekil 1) çekirdek bileşeni olan sabit hacim odası; (2) bir vakum kanalı ile bir gaz dolum modülü, iki dolum kanalları, ve bir serbest Kanal; (3) bir elektro-hidrolik servo üniversal test makinesi ve kontrol bilgisayardan oluşan bir Aksiyel yükleme modülü; (4) bir veri edinme modülü bir çevresel Deplasman Ölçüm aparatı oluşan, bir gaz basıncı sensörü, ve görselleştirilmiş yükleme gemisi penceresinde bir kamera.

Çekirdek görselleştirilmiş gemi (Şekil 2), iki ayar silindirinin üst plakaya sabitlenmesine ve pistonların aynı anda bir kiriş üzerinden yükleme ile hareket etmesi ve yükleme pistonunun kesit alanı ile aynı şekilde tasarlanmıştır. ayar silindirlerinin toplamı. Bir iç delik ve yumuşak borulardan akan, gemide yüksek basınçlı gaz ve iki silindir bağlanır. Bu nedenle, gemi yükleme pistonlu aşağı hareket ettiğinde ve gaz sıkıştırır, bu yapı hacim değişikliği ofset ve basınç paraziti ortadan kaldırabilir. Buna ek olarak, piston üzerinde uygulanan devasa gaz kaynaklı karşı kuvvet, test sırasında cihazın güvenliğini önemli ölçüde arttırarak engellenir. Temperli borosilikat cam ile donatılmış ve geminin üç tarafında bulunan pencereler, numunenin bir fotoğrafını çekmek için doğrudan bir yol sağlar. Bu cam başarıyla test edilmiş ve düşük genişleme oranı, yüksek mukavemetli, ışık geçirgenliği ve kimyasal istikrar²⁹Ile 10 MPa gaz kadar direnmeye kanıtlanmıştır.

Bu yazıda, bir briket hazırlamak tüm parçaların açıklamasını içeren yeni görselleştirilmiş ve sabit hacimli gaz-katı bağlantı test sistemi ile CO₂-rulman kömür bir tek eksenli sıkıştırma deneyi gerçekleştirmek için prosedür açıklanır ham kömür tozu ve sodyum humat kullanarak örnek, hem de yüksek basınç CO₂ enjekte ve tek eksenli sıkıştırma davranış ardışık adımlar. Tüm örnek deformasyon işlemi bir kamera kullanılarak izlenir. Bu deneysel yaklaşım, gaz taşıyan kömürün adsorpsiyon kaynaklı hasarı ve kırık evrimini karakteristik olarak analiz etmenin alternatif bir yolunu sunar.