Denne protokollen demonstrerer hvordan man klargjør en briquette prøve og gjennomfører et uniaxial komprimerings eksperiment med en briquette i forskjellige CO2 -trykk ved hjelp av en visualisere og konstant volum gass-solid koplings test system. Det har også som mål å undersøke endringer i form av kull fysiske og mekaniske egenskaper indusert av CO2 absorpsjon.
Sprøytebruk karbondioksid (CO2) i en dyp kull søm er av stor betydning for å redusere konsentrasjonen av klimagasser i atmosfæren og øke utvinningen av coalbed metan. En visualisere og konstant volum gass-solid kopling system er innført her for å undersøke påvirkning av CO2 sorption på fysiske og mekaniske egenskaper av kull. Å kunne holde et konstant volum og overvåke prøven ved hjelp av et kamera, gir dette systemet potensial til å forbedre instrument nøyaktighet og analysere brudd evolusjon med en fraktal geometri metode. Dette papiret inneholder alle trinn for å utføre et uniaxial komprimerings eksperiment med et briquette utvalg i forskjellige CO2 -trykk med gass solide koplings test system. En briquette, kaldpresset av rå kull og natrium Humate sement, er lastet i høyt trykk CO2, og overflaten er overvåket i sanntid ved hjelp av et kamera. Men likheten mellom briquette og rå kull trenger fortsatt forbedring, og en brennbar gass som metan (CH4) kan ikke injiseres for testen. Resultatene viser at CO2 sorption fører til topp styrke og elastisk modul reduksjon av briquette, og brudd utviklingen av briquette i en feil tilstand indikerer fraktal egenskaper. Styrken, elastisk modul, og fraktal dimensjon er alle korrelert med CO2 press, men ikke med en lineær korrelasjon. Den visualisere og konstant volum gass-solid kopling test system kan tjene som en plattform for eksperimentell forskning om rock mekanikk vurderer multifield koblingseffekt.
Den økende konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren er en direkte faktor som forårsaker den globale oppvarmingen effekt. På grunn av den sterke sorption kapasiteten av kull, CO2 opptak i en kull søm regnes som en praktisk og miljøvennlig måte å redusere den globale utslipp av klimagasser1,2,3. På samme tid, injisert co2 kan erstatte ch4 og resultere i gassproduksjon forfremmelse i coalbed metan Recovery (ECBM)4,5,6. De økologiske og økonomiske utsiktene til CO2 opptak har nylig tiltrukket verdensomspennende oppmerksomhet blant forskere, samt blant ulike internasjonale miljøverngrupper og statlige etater.
Kull er en heterogen, strukturelt Anisotrop stein sammensatt av en pore, brudd, og kull matrise. Pore strukturen har en stor bestemt overflateareal, som kan adsorbere en stor mengde gass, spiller en viktig rolle i gass opptak, og brudd er den viktigste veien for fri gass Flow7,8. Denne unike fysiske strukturen fører til en flott gass absorpsjonskapasitet for CH4 og co2. Gruve gass avsettes i coalbed i noen former: (1) adsorberes på overflaten av micropores og større porer; (2) absorbert i kull molekylstrukturen; (3) som fri gass i frakturer og større porer; og (4) oppløst i depositum vann. Den sorption oppførselen til kull til ch4 og co2 årsaker Matrix hevelse, og videre studier viser at det er en heterogen prosess og er relatert til kull lithotypes9,10,11. I tillegg kan gass sorption føre til skader i konstituerende forhold av kull12,13,14.
Den rå kull prøven er vanligvis brukt i kull og CO2 kopling eksperimenter. Nærmere bestemt et stort stykke rått kull fra arbeidslivet ansiktet i en kullgruve er kuttet for å forberede en prøve. Men den fysiske og mekaniske egenskaper rå kull uunngåelig har en høy spredningsgrad på grunn av tilfeldig romlig fordeling av naturlige porer og brudd i en kull søm. Videre er det gass-bærende kull myk og vanskelig å bli omformet. Ifølge prinsippene i ortogonale eksperimentelle metoden, briquette, som er tilberedt med rå kull pulver og sement, regnes som et ideelt materiale som brukes i kull sorption test15,16. Å være kaldpresset med metall dør, kan dens styrke være forhåndsinnstilt og forblir stabil ved å justere mengden av sement, som fordeler den komparative analyse av enkelt variabel effekt. I tillegg, selv om porøsitet av briquette prøven er ~ 4-10 ganger, at av rå kull prøven, lignende absorpsjon og desorpsjon egenskaper og stress-belastning kurve har blitt funnet i eksperimentell forskning17,18 , 19 andre priser , 20. i dette dokumentet, en ordning av et lignende materiale for gass-bærende kull har blitt vedtatt å forberede briquette21. Den rå kull ble tatt fra 4671B6 arbeider ansikt i Xinzhuangzi Coal mine, Huainan, Anhui-provinsen, Kina. Kull sømmen er ca 450 meter under bakkenivå og 360 m under havoverflaten, og den synker på ca 15 ° og er ca 1,6 m i tykkelse. Høyden og diameteren av briquette prøven er 100 mm og 50 mm, henholdsvis, som er den anbefalte størrelsen foreslått av International Society for rock Mechanics (ISRM)22.
Den forrige uniaxial eller triaxial lasting testinstrumenter for gass-bærende kull eksperimenter under laboratorieforhold har noen knapphet og begrensninger, presentert som Fellows23,24,25,26 ,27,28: (1) under lasting prosessen, fartøyet volumet avtar med stempelet beveger seg, forårsaker svingninger i gasstrykk og forstyrrelser i gass sorption; (2) sanntids bilde overvåking av prøver, samt circumferential deformasjon målinger i et høyt gasstrykk miljø, er vanskelig å gjennomføre; (3) de er begrenset til stimulering av dynamiske belastnings forstyrrelser på forhåndslastede prøver for å analysere sine mekaniske reaksjons egenskaper. For å forbedre instrumentets presisjon og datainnhenting i den gass solide koplings tilstanden, er det utviklet en bilde-og konstant volum test system29 (figur 1), inkludert (1) en konstant volum kammer, som er kjernen komponenten; (2) en gass fyllings modul med en vakuum kanal, to Påfyllings kanaler, og en kanal som slippes; (3) en aksial lasting modul bestående av en elektro-hydraulisk servo universell testing maskin og kontroll datamaskin; (4) en datainnsamlings modul bestående av et circumferential måle apparat, en gasstrykk sensor og et kamera ved vinduet til det med følgende laste fartøyet.
Kjernen visualisere fartøyet (figur 2) er spesielt utformet slik at to justerings sylindre er festet på den øvre plate og deres stempler bevege seg samtidig med lasting en gjennom en bjelke, og Seksjons området av lasting stempelet er lik den summen av justerings flaskene. Ved å strømme gjennom et indre hull og myke rør, er høytrykks gassen i fartøyet og de to sylindere tilkoblet. Derfor, når fartøyet-lasting stempelet beveger seg nedover og komprimerer gassen, kan denne strukturen oppveie endringen i volum og eliminere trykk forstyrrelser. I tillegg er den enorme gass-indusert motkraft øve på stempelet forhindret under testen, betydelig bedre sikkerheten til instrumentet. Vinduene, som er utstyrt med herdet Borosilikatglass glass og ligger på tre sider av fartøyet, gir en direkte måte å ta et bilde av prøven. Dette glasset har blitt testet og viste seg å motstå opp til 10 MPa gass med lav ekspansjons hastighet, høy styrke, lystransmisjon og kjemisk stabilitet29.
Dette papiret beskriver prosedyren for å utføre en uniaxial komprimering eksperiment CO2-bærende kull med den nye visualisere og konstant volum gass-solid kopling test system, som inkluderer beskrivelse av alle brikkene som forbereder en briquette prøve å bruke rå kull pulver og natrium Humate, samt de påfølgende trinnene for å injisere høyt trykk CO2 og gjennomføre uniaxial kompresjon. Hele prøven deformasjon prosessen overvåkes ved hjelp av et kamera. Denne eksperimentelle tilnærmingen gir en alternativ måte å quantitively analysere absorpsjon-indusert skade og brudd evolusjon karakteristisk for gass-bærende kull.
Med tanke på faren for høytrykksgass er noen kritiske trinn viktige under testen. Ventilene og O-ringene skal inspiseres og skiftes ut regelmessig, og enhver antennelseskilde bør ikke være tillatt i laboratoriet. Ved bruk av den manuelle trykk reguleringsventilen bør eksperimentator vri ventilen langsomt for å øke trykket i det med følgende Ikke Demonter fartøyet under testen. Når eksperimentet er ferdig, bør bakdøren til fartøyet åpnes etter den totale utgivelsen av høytrykks gassen; ellers er det fare fo…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av China National Major vitenskapelige instrumenter Development Project (Grant no. 51427804) og Shandong-provinsen National Natural Science Foundation (Grant no. ZR2017MEE023).
3Y-Leica MPV-SP photometer microphotometric system | Leica,Germany | M090063016 | Used for vitrinite reflectance measurement |
Automatic isotherm adsorption instrument | BeiShiDe Instrument Technology (Beijing)CO.,Ltd. | 3H-2000PH | Isothermal adsorption test |
Electro hydraulic servo universal testing machine | Jinan Shidaishijin testing machine CO.,Ltd | WDW-100EIII | Used to provide axial pressure |
Gas pressure sensor | Beijing Star Sensor Technology CO.,LTD | CYYZ11 | Gas pressure monitoring |
Gas tank(carbon dioxide/helium) | Heifei Henglong Gas.,Ltd | Gas resource | |
high-speed camera | Sony corporation | FDR-AX30 | Image monitoring |
Incubator | Yuyao YuanDong Digital Instrument Factory | XGQ-2000 | Briquette drying |
jaw crusher | Hebi Tianke Instrument CO.,Ltd | EP-2 | Coal grinding |
Manual pressure reducing valve | Shanghai Saergen Instrument CO.,Ltd | R41 | Outlet gas pressure adjustment |
Proximate Analyzer | Changsha Kaiyuan Instrument CO.,Ltd | 5E-MAG6700 | Coal industrial analysis |
Resistance strain gauge | Jinan Sigmar Technology CO.,LTD | ASMB3-16/8 | Poisson ratio measurement |
Sieve shaker (6,16mesh) | Hebi Tianguan Instrument CO.,Ltd | GZS-300 | Coal powder shelter |
Soft pipe | Jinan Quanxing High pressure pipe CO.,Ltd | Inner diameter=5 mm maximal pressure=30 MPa |
|
Standard rock sample circumferential deformation test apparatus | Huainan Qingda Machinery CO.,Ltd | Circumferential deformation acquisition |
|
Strain controlled direct shear apparatus |
Beijing Aerospace Huayu Test Instrument CO.,LTD | ZJ-4A | Tensile strength, cohesion, internal friction angle measurement |
Vaccum pump | Fujiwara,Japan | 750D | Used to vaccumize the vessel |
Valve | Jiangsu Subei Valve Co.,Ltd | S4 NS-MG16-MF1 | Gas seal |
Visual loading vessel | Huainan Qingda Machinery CO.,Ltd | Instrument for sample loading and real-time monitoring |