MT T 752-1997 煤的甲烷吸附量测定方法(高压容量法).pdf
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1、MT/T 752-1997 前吉本标准以国内新型结构类型的实验装置为基础,规定了传统的容量法测定煤的郎格缪(Langmuir)吸附等温线和解吸等温线方法,规定了统一的实验条件,保证高压甲:烧吸附量测定结果的可比性和准确性。本标准的附录A、附录B、附录C和附录D都是标准的附录。本标准由煤炭工业部科技教育司提出。本标准由煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会归口。本标准由煤炭科学研究总院抚顺分院负责起草。本标准主要起草人:杨思敬、宁德义、J云生。本标准委托煤炭工业部煤炭科学研究总院抚顺分院负责解释。8 中华人民共和国煤炭行业标准煤的甲皖吸附量测定方法(高压容量法)MT/T 752-1997 Deter
2、mlne method or methane adsorptlon capaclty in c(lal 1 范围本标准规定了用高压容量法测定煤的甲烧吸附量的测定原理、测定装置、测定方法、测定步骤、精密度和结果表述等。本标准适用于测定煤及其他吸附剂.2 51用标准下列标准包含的条文,通过在本标准中引用而构成本标准的条文。本标准出版日才,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T 211-1996 煤的全水分的测定方法GB/T 212-1996 煤的工业分析方法GB/T 217-1996 煤的真相对密度测定方法3 JJ:iE原理煤中大量的微孔
3、内表面具有表面能,当气体与内表面接触时,分子的作用力使甲烧或其他多种气体分子在表面上发生浓集,称为吸附。气体分子浓集的数量渐趋增多,为吸附过程,气体分子复返回自由状态的气相中,表面上气体分子数量渐趋减少,为脱附过程。表面上气体分子维持一定数量,吸附速率和脱附速率相等时,为吸附平衡。煤对甲饶的吸附为物理吸附。当吸附剂和吸附质特定时,吸附量与压力和温度呈函数关系,即X = f(T,户) . . ( 1 ) 当温度恒定时sX=f(p)T 式(2)称为吸附等温线,在高压状态下符合郎格缪(Langmuir)方程zX = ab主1 + bp ( 2 ) . ( 3 ) 式(3)变换后得一直线方程g1-d
4、+ 户-a一p-x . ( 4 ) 式中.T温度,.C ; p 压力,MPa,x p压力下吸附量,cm3/g;中华人民共和国煤炭工业部1997-12-30批准1998 -06咱们实施85 MT/T 752-1997 一一吸附常数,当户时,X=a,即为饱和吸附量,cm3/ggh -一为吸附常数.MPa-1.,4 测定装置4. 1 4.2 实验装置实装置结构如图1所示。主要部件和规格如下:C三二321 00000 16 。ri10 1 li /一8 12 i l-问13 6 国国。、1 玻璃活塞12.-饱和食盐水量管,3真空管系。4放气阀,5一真空抽气控制阀,6旋片式真空泵,7 高压截止阀.8真空
5、轨管,9吸附罐控制阀;l。一固态压力传感器事11吸附罐;12电线;13复合真空计;14水滔,15高压空气阀;16充气罐控制阀;17铜管或软胶管;18超级饭温器s19 充气罐,20多路信号调理器;21 .高压气源图1实验装置示意图a)吸附罐:容积50cm3工作压力8MPa.耐压16MPa; h)高压截止阀z工作压力16MPa,耐压25MPa.密封处要求耐低压1MPa , c)固态压力传感器.测量范围为08MPa,精度为0.2%; d)饱和食盐水量管,容积500cm3 t分度5cd,带水准瓶gd充气罐z容积为吸附罐的1.4倍,耐压16MPa , 1)水浴gg)真空系统,420mm40 mm玻璃管,
6、带玻璃活塞及真空硅管;h)高纯甲烧气:压力15MPa,甲烧浓度不低于99%。辅助设备复合真空i十sb)悦温器.fE温和控温O100C士1C , c)多路信号调理器:压力传感器二次仪表s)动槽式气压计;飞飞、MT/T 752-1997 e)标准量管:容积200cm3,分度。.5cm3; 0球磨机;g) f燥箱$h)标准筛gi)精密天秤,感量。.0001g。5 测定方法高压容量法测定煤的甲统吸附量的方法是z将处理好的干燥煤样,装入吸附罐,真空脱气,测定吸附罐的剩余体积,向吸附罐中充入或放出一定体积甲饶,使吸附罐内压力达到平衡,部分气体被吸附,部分气体仍以游离状态处于剩余体积之中,已知充入放出)的甲
7、烧体积,扣除剩余体积的游离体积,即为吸附体积。重复这样的测定,得到各压力段平衡压力与吸附体积量,连接起来即为吸附等温线。当压力由低1izj高采取充入甲烧气体方式测试时,得到吸附等温线,反之,压力由高向低采取放出甲:烧气体方式测试时,得到解吸等温线。吸附和解吸等温线在离压状态下是可逆的.测定二者之一,在应用主是等效的。6 jj1J定步骤6. 1 jIJ定前准备工作6. 1. 1 煤样处理a)采集煤层全厚样品或分层),除去研石.四分法缩分成1kg,标准采样要素,装袋,备用;b)取送样的一半全部粉碎,通过O.17 O. 25 mm筛网,取0.170.25 mm间的颗粒,称出100g , 放入称量L其
8、余煤样分别按GB/T217、GB/T211、GB/T212测定水分(M.d)、灰分(Ad,Ad)、挥发分(Vd,)和真密度TR仇。等;c)将盛煤祥的称量皿放入干燥箱,恒温到100C,保持1h取出,放入干燥器内冷却gd)称煤样和称量皿总质量G将煤样装满吸附罐,再称剩余煤祥和称量皿质量G则吸附罐中的煤样质达6为2煤样可燃物质量G,为:式中:AI干燥基灰分,%; Aa,I-分析基灰分.%; M.d-分析基水分,%。6.1.2 吸附罐体积测定G=G- G, G = G(lOO - Ad ) 一一100 A A-d 一d100-Med 吸附罐体积(V.)包括吸附罐体积和压力表、接头、阀门、连通管的通径体
9、积之和。. ( 5 ) . ( 6 ) ( 7 ) 校lE方法是先将吸附罐连通真空系统,拍成压力为10Pa,关闭阀门,再接通标准量管。读取量管初始液|面高度值,打开阀门,空气进入吸附罐,量管液面上升.液面上升体积值即为吸附罐容积。如此重复3次,取It平均值。6. 1. 3 充气罐体积测定厅法IiJ6. 1. 2。6. 1.4 吸附罐剩余体积测定剩余体积(Vd)指吸附罐中除纯媒体积外包括煤颗粒内孔隙、颗粒间空隙、吸附罐残余空间和通径体, MT/T 752一1997积的总和。剩余体积可通过真空充氮方法标定,在没有氮气的情况下,按式(8)进行计算式中:Vs 空罐体积,cm3; V , 纯媒体积,cm
10、33TRD20 样品相对真密度,g/cm306.2 吸附等温线测定Vd = V, - V, V , = G/TRD,o ( 8 ) . ( 9 ) 6.2. 1 打开罐阀和真空抽气阀,关闭高压充气阀和放气阔。设定水浴温度为60C士lC.开启真空泵,进行长时间脱气,直到真空计显示压力为4Pa时,关闭真空抽气阀和各罐阀。6.2.2 设定水浴温度为试验温度(30C士1C)。6.2.3 打开高压充气阀和充气罐控制阀,使高压钢瓶甲烧气进入充气罐及连通管,关闭充气罐控制阀,读出充气罐压力傻P1i6.2.4 读出P1i后,缓慢打开罐阀门,使充气罐中甲统气进入吸附罐,待罐内压力达到设定压力时(一般在06MPa
11、试验压力范围内设定测n=7个压力间隔点数,每点约为最高压力的1/川,立即关闭罐阀门,读出充气罐压力Pu、室温t,0按式(10)计算充入吸附罐内的甲烧量Qc;oQ,;=!P却, 2?3: I J_ _ _ :.o :- _ 0. . . ( 10 ) ,; - ZH Z川(273.2+民)X 0.101 325 当使用压缩度K时式(10)为2Q,; = ! :H _ :u =1一一:_.U I Vo/O. 101 325 KH K ,;/ . ( 11 ) 式中zQe;一一充入吸附罐的甲烧标准体积,cm3; Pi.P2i-分别为充气前后充气罐内绝对压力(下同).MPa; Zli、丸,凡,、K2i
12、一一分别为Pj.P2压力下及t,时甲:婉的压缩系数及压缩度.1/MPa.见标准的附录A、附录B;h 室内温度,.C ; V。一一充气罐及连通管标准体积,cm3.6. 2. 5 保持7h.使煤样充分吸附,压力达到平衡,读出平衡压力P圃,并计算出吸附罐内剩余体积的游离甲烧量Qd,煤样吸附甲烧量b.Q;以及每克煤可燃物吸附甲烧量X;。Q273.2Vd Pt 一曲一Z.X (273.2 + t3) X 0.101 325 当使用压缩度K时则式(12)改为2Q-Vdp, 也K;支币1325 . ( 12 ) . ( 13 ) 充入吸附罐的甲烧量扣除吸附罐内剩余体积放出的游离甲烧量即为压力段内煤样吸附甲烧
13、量AQTZ b.Q; = Q. -Q . ( 14 ) 每克煤压力段内的吸附量为2X AQ, ,一亏了. ( 15 ) 式中:Vd一吸附罐内除煤实体外的全部剩余体积,cm3; t 3 试验温度,C ; G, 煤样品可燃物质量.g0 6.2.6 依次重复6.2. 3、6.2.4、6.2. 5步骤,逐次增高试验压力,可测得n个Qe,.Qdi.Qi及X;值。由于88 MT/T 752-1997 充气罐向吸附罐充气为逐次充入的单值量,而充入吸附罐的总气量是各单值量的累计量,故逐次按式(14)计算时,充入吸附罐的总气量Q.应是=Q. = 2:Q口. ( 16 ) ;=1 同时,随试验压力的增高达0.5M
14、Pa以上后,吸附平衡时间应改为4h。6.2.7 按逐次测得的P,及x,作图,即为郎格缪吸附等温线,并代入式(4)用最小二乘法求得直线的斜率5(1/a)和截距!(l/ab),则吸附常数为z6.3 解吸.,温钱测定a = 1/5 b = 5/1 ( 17 ) ( 18 ) 6. 3. 1 测定按6.2. 6的最大平衡压力Pu开始,打开放气阀,关闭高压充气阀,使连通管形成常压。用水准瓶将饱和食盐水量管充满食盐水,徐徐打开吸附罐阀门,放出一部分甲:院气进入量管放出气量仍按最高压力的l/n来控制),关闭罐阀,读出室内大气压P室温t1及量管中甲烧气体积,按式(19)计算放出甲烧气的标准体积.Q273.2V
15、=L(Pe0.0221-WYn)( 19 ) 101. 33(273. 2 + t1) ,- , -. - -, . , 式中:Qc.一一放出甲烧气的标准体积,cmagVL 计量管读出的气体体积,cm3;Po一室内大气压力,kPa,0.02 t1一一动槽式压力计随室温t1变化的柔膨胀性的压力校正值,kPa,W,一一食盐水的饱和蒸气压,kPa,附录c,6.3.2 吸附罐在水浴中保持4h,使吸附罐内甲烧气达到吸附平衡,读出P;2,按式20计算出该压力段罐内剩余体积的游离甲烧量Qd;oP Ij P2i-. 273.2 Q = Vd(一-:. ) Z Z,/ (273.2十t3)X 0.101 325
16、 当采用压缩度K进行校正时,则式(20)为2Pti P2i , 1 Qe=Vd(-一-)一-一Il K1i K却0.101325 . ( 20 ) . ( 21 ) 该压力段内,放出的甲烧量扣除剩余体积中甲烧压力减少的游离甲饶,得到l对应压力段下的解吸量zAQ, = Q - Q ( 22 ) 每克煤压力段内的解吸量为gAQ AXe-8.( 23 ) 万76. 3. 3 依次重复古.3. 1、6.3.2步骤,逐次放出甲烧气和降低试验压力,可测得n-1个毡,Qdi!lQ;及x,值。6. 3. 4 当测至第n点时(最后一点),由于6.2. 3测定吸附等温线的第1个平衡压力P1不能与测定解吸等温线的第
17、n个点的平衡压力完全重合,且第个点测定时吸附罐中的甲烧气不可能全部放出,直到达到IJ4 Pa,故需采取插入法进行补偿,按吸附第1个平衡压力孔、吸附量AQ1及解吸等温线第n个平衡压力P咧求出该压力下的吸附量4毡,同时使只与P.重合,l!P, P.AQ, AQ=77 XPmXE -P1 . ( 24 ) . ( 25 ) 89 MT/T 752-1997 6.3.5 由于6.2测定中为逐次向吸附罐充入气体,已按式(16)进行累加,直接取得各平衡压力P,下对应的累计吸附量t:.Q,或X,此为吸附等温线;而解吸等温线测定时是逐次放出气体,所取得的为各压力段的吸附量t;Q,或X故需按下式进行累加,才能取
18、得各平衡压力下对应的累计吸附量,此为解吸等温线:6.3.6 吨i= .L; Qi x , =ZXa 按6.2. 7绘制解吸等温线和求出a、b吸附常数。7 精密度7.1 压力值取2位有效数字,吸附盘及郎格缪常数取4位有效数字。. ( 26 ) . ( 27 ) 7.2 测定吸附或解吸等温线方程相关性以大于O.99以上,实验与计算累计偏差以小于1.5 cm3/g为合格。8 结果表述报告中给出p,及Xi数据、吸附或解吸等温线及吸附常数。报告格式见附录D。()MT/T 752-1997 附录A(标准的附录)表Al压缩系数Z值表温度OC 5C 10C 15 c 20C 25C 30C 35 C 40C
19、45C 50C T啻MPa 1孔.MPa1 10 4325 1 1, 4588 1 10 4850 1 10 5112 1 10 5374 1 1, 5656 1 10 5988 1 10 6161 1 10 6436 1 10 668 1 L 6948 0, 1 10 , 021 5 0, 997 06 0, 997 23 0, 997 42 0, 997 58 0, 997 72 0, 997 87 0, 998 01 0, 998 12 0, 998 22 。,99831 0, 998 4 0, 2 0, 043 1 。,3 。,0646 0, 4 0, 086 2 。,5 0, 107
20、 7 0, 6 0, 129 3 0, 7 0, 150 日0, 8 0, 172 4 0, 9 0,19391 LO 0, 215 5 L1 0, 237 1, 2 0, 258 6 L3 0, 280 11 L4 0,30171 105 0, 323 2 1, 6 0, 344 8 107 0, 366 3 1, 8 0, 387 9 109 0, 409 4 2, 0 0, 431 0 2, 1 0, 452 5 0, 951 36 。.954 4 0, 957 5 2, 2 0, 4741 2, 3 0, 495 6 2, 4 0, 517 2 2, 5 0, 538 7 2, 6 0
21、, 560 2 2, 7 0, 581 8 2, 8 0, 603 3 2, 9 0, 624 910, 932 751 0, 937 110, 941 4310, 945 3 9 1 MT/T 752-1997 表Al(续)温度。5C 100C 150C 200C 250C 30C 35 C 400C 450C 50 C 300 00 646 4 00 930 4313495 00 939 45 。94346100 946 83 00950 Z 100 953 59100 956 5 30 1 00668 30 Z 00 689 5 30 3 00711 1 304 00732 6 30 5
22、 00754 2 30 6 们75700916呻0922叫00927530 7 00 797 3 30 8 00818 1 30 9 00840 4 400 00 861 9 40 1 00883 5 40 2 00905 403 0: 926 6 404 00 948 1 40 5 00 969 7 40 6 00 991 2 40 7 100128 408 10 034 3 409 10055 9 50 0 10077 4 50 1 L 0989 502 L 1205 50 3 L 142 50 4 10163 6 50 5 1.185 1 5. 6 L 2067 5.7 1.228 2
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