Vol.29 SuppL.2 谢振华等：水分及温度对煤吸附甲烷的影响 43。 3.2水分对煤吸附甲烷的影响 19 研究表明，水分对煤的吸附性能有较大的影响， 煤的吸附量随水分含量的增加而减小.考察煤中 水分的变化对煤吸附量的影响，以及在不同水分条 件下各吸附模型的拟合程度，可以为间接法测定煤 中瓦斯含量时的水分校正提供依据.实验采用人为 加湿煤样的方法，制备含不同水分的煤样.首先使 煤样吸附水分达到饱和，然后进行逐次抽真空脱气 的方法，获得不同水分含量的煤样.煤样中水分的 2 含量采用烘干称重的方法进行测定，煤样吸附水分 通过向试样通入水蒸汽的方法来实现. 1一玻璃三通：2一量管：3一真空管系：4一放气阀：5一真空抽气控 在30℃时，对四组煤样分别进行了不同水分条 制阀：6一旋片式真空泵：7一吸附罐控制阀：8一真空规管：9一吸 件下的等温吸附实验，4煤样的测试结果如图3所 附罐：10一电线：11一复合真空计：12一恒温水浴：13一高压充气 阀：14一仪器主机：15一充气罐控制阀：16一铜管：17一超级恒温 示. 器：18一充气罐：19一压力表：20-高压甲烷气源 20 4A 图1煤样吸附甲烷测试装置 ● 6 式中，V为平衡压力P时的吸附量，cm3/g;P为吸 12 4B 附平衡压力，MPa;a为煤的饱和甲烷吸附量，cm3/ g;b为吸附常数，MPa-1. 4D 3.1干燥煤样的吸附常数测定 在30℃时，对四种煤样进行了高压吸附实验， 3 4 测试结果如图2所示.对各煤样的高压吸附数据进 压力MPa 行最小二乘法回归，可以得到四组煤样的Langmuir 参数a、b,具有一定的规律，如表1所示. 图34“煤样不同水分含量的吸附等温线 40 对于不同变质程度的四种煤样，随着煤中水分 的增加，吸附甲烷量均降低.尤其是对于4煤样 ◆一1”煤样 量2煤样 该煤的挥发份为34.68wt%,属于低变质程度煤，煤 士3”煤样 一×一4煤样 中甲烷吸附量明显减少.对于1煤样，该煤属于高 15 变质程度的无烟煤，相同压力下，较其他三组煤样甲 10 ● 烷吸附量明显偏高.但煤的最大吸附量与煤的变质 5 程度之间并不是简单的单值联系. 4 通过对不同水分条件下吸附模型的拟合分析可 压力MPa 知，从整体考虑，各吸附模型的拟合准确度大小顺序 图2干燥煤样吸附等温线 为Langmuir模型D-R模型>Freundlich模型> BET模型.因此，可用Langmuir模型描述不同水分 表1干燥煤样吸附实验分析结果 含量煤样的吸附等温线. 煤样名称 al (cm3-g) bMPa 3.3温度对煤吸附甲烷的影响 1产煤样（焦作中马村矿煤） 4202 1.39 温度对固气脱附起活化作用，温度越高，煤对甲 2产煤样（峰峰大淑村矿煤） 2155 069 烷的吸附能力越少9.为了研究温度对煤吸附甲烷 3幸煤样（铜川王家河矿煤） 2079 0.43 的影响，选择粒度、含水量等条件相同的2#、3煤 4÷煤样（开滦唐山矿煤 3279 0.19 样行不同温度下的等温吸附甲烷实验.3#煤样的测 由实验结果可知，不同变质程度的四种煤样，随 试结果如图4所示. 着压力的增加，吸附量均增大.1#煤样，即无烟煤的 由实验结果可知，随着温度的升高，煤吸附甲烷 甲烷吸附能力比贫煤、焦煤和气煤明显要大 的能力降低.在20~50℃范围内，随温度升高，饱1—玻璃三通;2—量管;3—真空管系;4—放气阀;5—真空抽气控 制阀;6—旋片式真空泵;7—吸附罐控制阀;8—真空规管;9—吸 附罐;10—电线;11—复合真空计;12—恒温水浴;13—高压充气 阀;14—仪器主机;15—充气罐控制阀;16—铜管;17—超级恒温 器;18—充气罐;19—压力表;20—高压甲烷气源 图 1 煤样吸附甲烷测试装置 式中, V 为平衡压力 P 时的吸附量, cm 3 /g ;P 为吸 附平衡压力, M Pa ;a 为煤的饱和甲烷吸附量, cm 3 / g ;b 为吸附常数, MPa -1 . 3.1 干燥煤样的吸附常数测定 在 30 ℃时, 对四种煤样进行了高压吸附实验, 测试结果如图 2 所示 .对各煤样的高压吸附数据进 行最小二乘法回归, 可以得到四组煤样的 Langmuir 参数 a 、b, 具有一定的规律, 如表 1 所示. 图 2 干燥煤样吸附等温线 表 1 干燥煤样吸附实验分析结果 煤样名称 a/ ( cm 3·g -1 ) b/ MPa -1 1 #煤样( 焦作中马村矿煤) 42.02 1.39 2 #煤样( 峰峰大淑村矿煤) 21.55 0.69 3 #煤样( 铜川王家河矿煤) 20.79 0.43 4 #煤样( 开滦唐山矿煤) 32.79 0.19 由实验结果可知, 不同变质程度的四种煤样, 随 着压力的增加, 吸附量均增大 .1 #煤样, 即无烟煤的 甲烷吸附能力比贫煤 、焦煤和气煤明显要大. 3.2 水分对煤吸附甲烷的影响 研究表明, 水分对煤的吸附性能有较大的影响, 煤的吸附量随水分含量的增加而减小[ 8] .考察煤中 水分的变化对煤吸附量的影响, 以及在不同水分条 件下各吸附模型的拟合程度, 可以为间接法测定煤 中瓦斯含量时的水分校正提供依据 .实验采用人为 加湿煤样的方法, 制备含不同水分的煤样 .首先使 煤样吸附水分达到饱和, 然后进行逐次抽真空脱气 的方法, 获得不同水分含量的煤样.煤样中水分的 含量采用烘干称重的方法进行测定, 煤样吸附水分 通过向试样通入水蒸汽的方法来实现 . 在 30 ℃时, 对四组煤样分别进行了不同水分条 件下的等温吸附实验, 4 #煤样的测试结果如图 3 所 示 . 图 3 4 #煤样不同水分含量的吸附等温线 对于不同变质程度的四种煤样, 随着煤中水分 的增加, 吸附甲烷量均降低.尤其是对于 4 #煤样, 该煤的挥发份为 34.68 w t %, 属于低变质程度煤, 煤 中甲烷吸附量明显减少 .对于 1 #煤样, 该煤属于高 变质程度的无烟煤, 相同压力下, 较其他三组煤样甲 烷吸附量明显偏高 .但煤的最大吸附量与煤的变质 程度之间并不是简单的单值联系 . 通过对不同水分条件下吸附模型的拟合分析可 知, 从整体考虑, 各吸附模型的拟合准确度大小顺序 为 Langmuir 模型 >D-R 模型 >Freundlich 模型 > BET 模型 .因此, 可用 Langmuir 模型描述不同水分 含量煤样的吸附等温线 . 3.3 温度对煤吸附甲烷的影响 温度对固气脱附起活化作用, 温度越高, 煤对甲 烷的吸附能力越少[ 9] .为了研究温度对煤吸附甲烷 的影响, 选择粒度 、含水量等条件相同的 2 # 、3 #煤 样行不同温度下的等温吸附甲烷实验 .3 #煤样的测 试结果如图 4 所示 . 由实验结果可知, 随着温度的升高, 煤吸附甲烷 的能力降低 .在 20 ～ 50 ℃范围内, 随温度升高, 饱 Vol.29 Suppl.2 谢振华等:水分及温度对煤吸附甲烷的影响 · 43 ·