GB-T19560-2004煤的高壓等溫吸附試驗(yàn)方法容量法.pdf

IC S 7 3 . 0 4 0一一D ”瀚羚中 華 人 民 共 和 國(guó) 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) G B / T 1 9 5 6 0 -2 0 0 4 煤的高壓等溫吸附試驗(yàn)方法容量法 E x p e r i m e n t a l m e t h o d o f h i g h - p r e s s u r e a d s o r p t i o n i s o t h e r ma l t o c o a l - - C a p a c i t y me t h o d2 0 0 4 - 0 6 - 1 8 發(fā)布2 0 0 4 - 1 2 - 0 1 實(shí)施 中 華 人民 共 和國(guó) 國(guó) 家質(zhì) 量 監(jiān) 督 檢 驗(yàn) 檢疫 總局 中 國(guó) 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 化 管 理 委 員 會(huì) “” 免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 標(biāo)準(zhǔn)最全面免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 無需注冊(cè) 即可下載G B / T 1 9 5 6 0 -2 0 0 4 月 U胃 本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要依據(jù) 目前國(guó)內(nèi)外煤層氣界煤的高壓等溫吸附試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法。 本標(biāo)準(zhǔn)的附錄 A為規(guī)范性的附錄。 本標(biāo)準(zhǔn)由中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司提出并歸 口。 本標(biāo)準(zhǔn)起草單位 ： 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司、 煤炭科學(xué)研究總院西安分院。 本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人： 張慶玲、 張遂安、 崔永君。標(biāo)準(zhǔn)下載網(wǎng)()免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 標(biāo)準(zhǔn)最全面免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 無需注冊(cè) 即可下載 G B / T 1 9 5 6 0 -2 0 0 4 煤的高壓等溫吸附試驗(yàn)方法容皿法1 范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了煤的高壓容量法等溫吸附試驗(yàn)方法和煤樣樣品平衡濕度的處理方法。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于煙煤和無煙煤對(duì)甲烷等氣體吸附能力測(cè)定。2 規(guī)范性引用文件 下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件， 其隨后所有的修改單（ 不包括勘誤的內(nèi)容） 或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)， 然而， 鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件， 其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。 G B / T 2 1 2 -2 0 0 1 煤的工業(yè)分析方法（ e q v I S O 1 1 7 2 2 : 1 9 9 9 ) G B 4 7 4 -1 9 9 6 煤樣的制備方法（ e q v I S O 1 9 8 8 : 1 9 7 5 )3 方法提要 首先， 將達(dá)到平衡水分的一定粒度的煤樣樣品置于密封容器中， 測(cè)定其在相同溫度、 不同壓力條件下 達(dá)到 吸 附 平 衡時(shí) 所吸 附的 甲 烷 等 試驗(yàn)氣 體的 體積； 然后， 根 據(jù)L a n g m u i r 單分 子層吸附 理論， 通 過理論計(jì)算求出表征煤對(duì)甲烷等試驗(yàn)氣體吸附特性的吸附常數(shù) L a n g m u ir 體積（ V L ) , L a n g m u ir 壓力( P L ） 以及等溫吸附曲線。4 儀器設(shè)備4 . 1 等溫吸附裝I 樣品缸； 參考缸； 恒溫控制系統(tǒng) ； 溫度監(jiān)側(cè)系統(tǒng)： 包括溫度傳感器（ 精度0 . 3 5 0C ) ， 多通道高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ 1 6 位） 等； 壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)： 包括壓力傳感器（ 精度0 . 0 1 MP a ) ， 多通道高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ 1 6 位） 等； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) ： 包括微機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 。4 . 2 平衡通度側(cè)定裝里 真空泵； 真空干燥器 ； 天平： 感量。 。 1 m g ; 恒溫系統(tǒng)。4 . 3 制樣裝It 粉碎機(jī)； 標(biāo)準(zhǔn)篩。5 試 劑5 . 1 硫酸鉀過飽和溶液；5 . 2 甲烷氣體： 純度”. 9 0 0 ;5 . 3 氮?dú)?： 純度 9 9 . 9 %；標(biāo)準(zhǔn)下載網(wǎng)()免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 標(biāo)準(zhǔn)最全面免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 無需注冊(cè) 即可下載G B / T 1 9 5 6 0 -2 0 0 45 . 4 蒸餾水。6 樣品的制備6 . 1 樣品孟f和制樣 按照 G B 4 7 4 -1 9 9 6 執(zhí)行， 粒度 0 . 2 5 m m-0 . 1 8 m m( 6 0目8 0目） 。6 . 2 工業(yè)分析 按照 G B / T 2 1 2 -2 0 0 1 執(zhí)行。6 . 3 煤樣的平衡水分處理6 . 3 . 1 稱取空氣干燥基煤樣， 樣重不少于3 5 g （ 精確到0 . 1 m g ) .6 . 3 . 2 將稱重的煤樣置于器皿中， 均勻加入適量蒸餾水。6 . 3 . 3 將裝有樣品的器皿放入濕度平衡的密封裝置中， 密封裝置底部裝有足量的硫酸鉀過飽和溶液，每隔 2 4 h 稱重一次， 直到相鄰兩次重量變化不超過試樣重量的 2 %0 平衡濕度計(jì)算公式 ： 1 G， 一 G 、 ，G， 一 G M 1 1 一 二竺 萬二乙 I X M, d 七一衛(wèi) X 1 0 0 ， （1） 火 一G ： 一 一 “ G Z 式中： Me 一 一 樣品的平衡水分含量， 單位為百分?jǐn)?shù)（ ） ； G , 平衡前空氣干燥基樣品質(zhì)量， 單位為克（ g ) ; G z 平衡后樣品質(zhì)量， 單位為克（ 9 ） ； Me d 樣品的空氣干燥基水分含量， 單位為百分?jǐn)?shù)（ ） 。7 試驗(yàn)步驟7 . 1 試樣裝缸 將預(yù)處理達(dá)到平衡水分的煤樣準(zhǔn)確稱重、 迅速裝人樣品缸內(nèi)。7 . 2 氣密性檢查7 . 2 . 1 充氣 向系統(tǒng)充人氦氣， 壓力高于等溫吸附試驗(yàn)最高壓力 1 MP a ,7 . 2 . 2 調(diào)節(jié)溫度 設(shè)置并調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度， 使樣品缸的溫度穩(wěn)定在儲(chǔ)層溫度或送樣單位要求的溫度。7 . 2 . 3 采集數(shù)據(jù) 系統(tǒng)采集參考缸和樣品缸的壓力數(shù)據(jù) ， 壓力平衡則視為系統(tǒng)氣密性良好。7 . 3 自由空間體積測(cè)定7 . 3 . 1 調(diào)節(jié)溫度 設(shè)置并調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度， 使樣品缸的溫度穩(wěn)定在儲(chǔ)層溫度或送樣單位要求的溫度。7 . 3 . 2 充氣 打開氦氣瓶， 向系統(tǒng)充人氦氣， 調(diào)節(jié)參考缸壓力值， 然后關(guān)閉參考缸閥門。7 . 3 . 3 采集數(shù)據(jù) 打開參考缸閥門與樣品缸閥門， 待壓力平衡后便可采集一組數(shù)據(jù) 。自由空間體積測(cè)定重復(fù)進(jìn)行三次， 三次之間允許誤差為士0 . 1 c m .7 . 3 . 4 求得煤樣的體積， 計(jì)算出樣品缸內(nèi)自由空間體積。7 . 4 等溫吸附試驗(yàn)7 . 4 . 1 最高試驗(yàn)壓力的確定 最高試驗(yàn)壓力通常設(shè)置為儲(chǔ)層壓力的 1 . 2 倍， 但最高試驗(yàn)壓力不得低于 8 MP a .標(biāo)準(zhǔn)下載網(wǎng)()免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 標(biāo)準(zhǔn)最全面免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 無需注冊(cè) 即可下載 G B / T 1 9 5 6 0 - 2 0 0 47 . 4 . 2 試驗(yàn)壓力點(diǎn)分布 當(dāng)最高試驗(yàn)壓力為 8 MP a 時(shí) ， 必須進(jìn)行 6 個(gè)壓力點(diǎn)試驗(yàn)， 當(dāng)最高試驗(yàn)壓力在8 MP a -1 2 MP a 之間， 必須進(jìn)行7 個(gè)壓力點(diǎn)試驗(yàn)； 當(dāng)最高試驗(yàn)壓力1 2 MP a ， 必須進(jìn)行 8 個(gè)壓力點(diǎn)試驗(yàn)。7 . 4 . 3 充氣 打開調(diào)節(jié)閥門和參考缸閥門， 向系統(tǒng)充人 甲烷氣體或其他試驗(yàn)用氣體， 調(diào)節(jié)參考缸壓力至 目標(biāo)壓力。7 . 4 . 4 數(shù)據(jù)采集 達(dá)到目 標(biāo)壓力， 且溫度穩(wěn)定后， 啟動(dòng)等溫吸附試驗(yàn)程序自動(dòng)采集樣品缸和參照缸內(nèi)的時(shí)間、 壓力、 溫度等相關(guān)數(shù)據(jù) ， 并將數(shù)據(jù)記錄為數(shù)據(jù)文件。7 . 4 . 5 吸附平衡時(shí)間確定 根據(jù)煤樣的變質(zhì)程度、 樣品總量等實(shí)際情況確定， 但不得少于1 2 h ,7 . 4 . 6 重復(fù)7 . 4 . 3 到7 . 4 . 5 步驟， 自 低而高逐個(gè)壓力點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)， 直至最后一個(gè)壓力點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)束。8 數(shù)據(jù)處 理8 . 1 煤樣體積和自由空間體積計(jì)算 煤樣的體積計(jì)算公式為 ： V , 一 p 2 X V 2 / Z 2 X T z -f- r 3 X V 3 / Z 3 X T 3 - P , X V , / Z , X T ,P 2 / Z 2 X T 2 - P II Z , X T , 。 。 。 （2） 式中： V . -煤樣的體積， 單位為立方厘米（ c m 3 ) ; p , 平衡后壓力， 單位為兆帕（ MP a ) ; r 2 參考缸初始?jí)毫Γ?單位為兆帕（ MP a ) ; r 3 樣品缸初始?jí)毫Γ?單位為兆帕（ MP a ) ; T , 平衡后溫度， 單位為開氏 溫度（ K ) 。 它同攝氏溫度（ *C ) t 的關(guān)系為： T = 2 7 3 . 1 5 + t ; T z 參考缸初始溫度， 單位為開氏溫度（ K ) ; T 3 樣品缸初始溫度， 單位為開氏溫度（ K ) ; 從 系統(tǒng)總體積， 單位為立方厘米（ c m 3 ) ; V z 參考缸體積， 單位為立方厘米（ c m 3 ) ; V 3 樣品缸體積 ， 單位為立方厘米（ c m 3 ) ; Z , 平衡條件下氣體的壓縮因子， 無t綱， Z z 參考缸初始?xì)怏w的壓縮因子， 無童綱， Z 3 樣品缸初始?xì)怏w的壓縮因子， 無童綱。 求得煤樣的體積 ， 計(jì)算出樣品缸內(nèi)自由空間體積。自由空間體積是指樣品缸裝入煤樣后煤樣顆粒之間的空隙、 煤樣順粒內(nèi)部微細(xì)空隙、 樣品缸剩余的自由空間、 連接管和閥門內(nèi)部空間的體積之總和。 自由空間體積計(jì)算公式為： V t V O 一從” “ “ “ “ 一 （ 3 ） 式中： V , 自由空間體積 ， 單位為立方厘米（( c m ) ; V 。 樣品缸總體積， 單位為立方厘米（ c m 3 ) ; 從煤樣的體積， 單位為立方厘米（ c m 3 ) e8 . 2 計(jì)算各壓力點(diǎn)吸附量標(biāo)準(zhǔn)下載網(wǎng)()免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 標(biāo)準(zhǔn)最全面免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 無需注冊(cè) 即可下載G B / T 1 9 5 6 0 -2 0 0 4 根據(jù)參考缸、 樣品缸的平衡壓力及溫度， 計(jì)算不同平衡壓力點(diǎn)的吸附量。 利用公式 ： P Vn Z R T“ “ “ ” （ 4） 式中： p 氣體壓力， 單位為兆帕（ MP a ) ; V一 氣體體積， 單位為立方厘米（ c m 3 ) ; n 氣體的摩爾數(shù)， 單位為摩爾（ M O D； Z 氣體的壓縮因子 ， 無量綱； R 摩爾 氣 體常 數(shù)， 單 位為 焦 每 摩開（U。 m o l - K - ) ; T 一熱力學(xué)溫度， 單位為開氏溫度（ K ) , 分別求出各壓力點(diǎn)平衡前樣品缸 內(nèi)氣體的摩爾數(shù) （ n i ） 和平衡后樣品缸內(nèi)氣體 的摩爾數(shù)（ n 2 ) ， 則煤樣吸附氣體的摩爾數(shù)（ n i ） 為： n ; = n i 一 n 2 “ ， （5） 式 中： n ; 氣體的摩爾數(shù)， 單位為摩爾（ M O D; n i 平衡前樣品缸 內(nèi)氣體的摩爾數(shù) ， 單位為摩爾（ m o ll; n 2 平衡后樣品缸內(nèi)氣體的摩爾數(shù)， 單位為摩爾（ M O D. 各壓力點(diǎn)的吸附氣體體積（ V ; ) : V ， n i X 2 2 . 4 X 1 0 0 0“ “ “ “ （ 6） 各壓力點(diǎn)的吸附量（ V , ) V * ;#V = / G“ “ “ “ “ “ （ 7） 式中： V W N 吸附量， 單位為立方厘米每克（ c m , / g ) ; V ; 吸附氣體的總體積， 單位為立方厘米（ c m 3 ) ; G c 煤樣重量 ， 單位為克（ 9 ） 。8 . 3 計(jì)算 V i, 和 P L 據(jù) L a n g mu i r 方程 ： p p P L 共 ； 令 事 獷 二 （8） vV L v ： 一 式 中： p 氣體壓力， 單位為兆帕（ MP a ) ; V 在壓力p條件下吸附量， 單位為立方厘米每克（ c m 3 / ,g ) ; V L 最大吸附容量， 又稱L a n g m u i r 體積， 單位為立方厘米每克（ c m , / g ) ; P L L a n g m u ir 壓力， 單位為兆帕（ MP a ) o 若令A(yù)=1 / V , 和B= p , / V L ， 可以將方程（( 8 ） 推導(dǎo)為p / V與p的函數(shù)： 衛(wèi) 吏 山p L生 二p L“ 二。 一 ， 。、 臺(tái) L_ 十 護(hù) - p簫， A B 。 。 （9） V V L V L V L V L 丫 一 依據(jù)方程( 9 ) ， 可將實(shí)測(cè)的各壓力平衡點(diǎn)的壓力與吸附量數(shù)據(jù)繪制為以p為橫坐標(biāo)、 以p / V比值為縱坐標(biāo)的散點(diǎn)圖。利用最小二乘法求出這些散點(diǎn)的回歸直線方程及相關(guān)系數(shù)， 進(jìn)而求出直線的斜率( A ） 和截距（ B ) 。根據(jù)斜率和截距求出L a n g mu i r 體積（ V L ） 和L a n g mu i r 壓力（ P L ) ， 即： VL I / A p t. = B 從 B / A8 . 4 等溫吸附曲線 根據(jù)各平衡壓力點(diǎn)吸附量V和壓力p繪制等溫吸附曲線。免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 標(biāo)準(zhǔn)最全面免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 無需注冊(cè) 即可下載 G B / T 1 9 5 6 0 -2 0 0 49 試臉精度要求9 . 1 ，現(xiàn)性要求 平衡濕度重現(xiàn)性相對(duì)誤差不大于1 0 0 o ; V L 重現(xiàn)性相對(duì)誤差不大于1 5 %; p L 重現(xiàn)性相對(duì)誤差不大于 1 5 。9 . 2 再現(xiàn)性要求 平衡濕度再現(xiàn)性相對(duì)誤差不大于2 0 %; V L 再現(xiàn)性相對(duì)誤差不大于2 0 %; p L 再現(xiàn)性相對(duì)誤差不大于 2 0 %。9 . 3 樣品試臉質(zhì)I R K* p與p / V的相關(guān)系數(shù)應(yīng)大于0 . 9 8 ,1 0 試臉報(bào)告1 0 . 1 報(bào)告內(nèi)容應(yīng)符合附錄 A的規(guī)定。1 0 . 2 試驗(yàn)結(jié)果 叭, P L 保留2 位小數(shù)； 相關(guān)系數(shù)保留4 位小數(shù)。免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 標(biāo)準(zhǔn)最全面免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)( w w w . f r e e b z . n e t ) 無需注冊(cè) 即可下載G B / T 1 9 5 6 0 -2 0 0 4 附錄A （ 規(guī)范性附錄） 等盆吸附試驗(yàn)報(bào)告格式 等通吸附試驗(yàn)報(bào)告一矛 .,.f M.p/UE #uglt G.d/g * d/0*ft M./0o T45E#A刃男一寺VO. /(cm,/0一 TWEPIAVfx/(cml/g) P/V0 L a n g m u ir 方程: V = 認(rèn)P / ( P L + P )一 Pws 莽 Langmuir4CV(VL)/cm3 LangmuirEEj7(PL)/MPa+ *4EiIc拱