二氧化碳注入饱和吸附甲烷煤体对封存二氧化碳和置换甲烷的影响

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中文摘要：论文以鹤岗矿区兴安矿23煤和益新矿15煤为研究对象，利用显微组分测试、工业分析测试、高压压汞、低温液氮和低温CO2实验表征了煤样的煤质及孔隙结构，利用单组分气体吸附解吸实验分析了CH4/CO2单组分气体吸附解吸特征及其形成机制，利用CO2注入饱和吸附甲烷煤体置换CH4与解吸实验，分析了CO2注入后对CH4的置换作用、混合气体的解吸特征及煤体对CO2的封存特征。主要认识如下：表征了兴安矿23煤和益新矿15煤煤岩煤质及孔隙结构特征。两种煤样工业组分与显微组分相近，益新矿15煤变质程度较高。煤样孔容主要由大孔和超大孔贡献，孔比表面积主要由微孔贡献。孔隙结构均以楔形半封闭孔为主，兴安矿23煤还存在一定数量的墨水瓶形孔。兴安矿23煤的孔隙发育特征较好，不同孔径范围内孔容、孔比表面积均高于益新矿15煤。分析了CH4/CO2单组分气体吸附解吸特征及其形成机制。煤样对CO2气体的吸附能力约为CH4的2.0~4.2倍。随着解吸压力的降低，CH4/CO2气体解吸量及解吸率都呈现出不断增加的趋势，CH4/CO2气体在5.0~1.0MPa压力段，均表现为CH4的解吸率高于CO2；1.0~0.5MPa、0.5~0MPa压力段，CO2解吸率高于CH4，CO2气体解吸的滞后效应更明显。CO2气体吸附量显著高于CH4，吸附量越大，基质膨胀效应明显，解吸滞后指数增大。阐明了混合气体游离相中CH4/CO2气体的比例限制的CO2注入临界压力值，探讨了CH4置换解吸率和游离相中CH4浓度拟定CO2注入临界压力范围的方法。揭示了混合气体解吸过程中CO2解吸敏感压力段，阐明了该敏感压力段对CO2封存的影响。实验得到CO2解吸敏感压力段为1.5~1.0MPa，解吸压力低于该压力段，CH4和CO2解吸率明显增大，且CO2的解吸率逐渐接近并高于CH4的解吸率，致使混合气游离相CH4和CO2体积分数发生显著变化，出现敏感压力段。CO2的注入压力越大，CO2的封存量越大。随着解吸压力的降低，CO2的封存量、封存率逐渐减小。在解吸压力低于CO2解吸敏感压力段后，不利于CO2封存。

作者：

李米

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关键词：

甲烷煤体二氧化碳注入饱和吸附二氧化碳封存特征

授予学位：

硕士

学科专业：

矿产普查与勘探

导师：

黄华州

学位年度：

2023

学位授予单位：

中国矿业大学(江苏)

语种：

中文

中图分类号：