Summary
등온 흡착 기구, 중량 측정 수 착 분석기 사용 하 여 입자 크기와 셰 일의 흡착 용량 사이의 관계를 알아내기 위하여 셰 일의 다른 입자 크기의 흡착 용량 테스트.
Abstract
흡착된 셰 일 가스는 셰 일 가스 자원 평가 및 대상 지역 선택에 사용 되는 키 매개 변수 그리고 또한 셰 일 가스의 마이닝 값을 평가 하기 위한 중요 한 표준입니다. 현재, 입자 크기와 메탄 흡착 간의 상관 관계에 대 한 연구는 논란이 있습니다. 이 연구에서 등온 흡착 기구, 중량 측정 수 착 분석기는 셰 일 입자 크기와 셰 일의 흡착 용량 사이의 관계를 결정 하에 다른 입자 크기의 흡착 용량을 테스트 하는 데 사용 됩니다. Thegravimetric 메서드 적은 매개 변수가 필요 하며 체적 메서드 같은 방법 보다 정확도 일관성의 측면에서 더 나은 결과 생성 합니다. 중량 측정 측정 4 단계 수행 됩니다: 빈 측정, 전처리, 부 력 측정 및 흡착 및 탈 착 측정. 중량 측정 측정 현재 흡착;의 양을 측정 하는 보다 과학적이 고 정확한 방법으로 간주 됩니다. 그러나, 그것은 시간이 많이 걸리는 이며 엄격한 측정 기술. 마그네틱 서 스 펜 션 균형 (MSB) 정확성과이 방법의 일관성을 확인 하려면 열쇠입니다. 우리의 결과 흡착 용량 및 입자 크기 상관 하지만 선형 상관 관계, 그리고 40-60, 60-80 메시로 sieved 입자에 adsorptions 큰 경향이 보여 줍니다. 입자 크기에 해당 하는 최대 흡착 셰 일 가스 골절에서 약 250 µ m (60 메쉬)는 제안 한다.
Introduction
셰 일 구조, 셰 일 가스 소스 바위와 저수지 역할을 침구의 얇은 시트와 점토 록 이다. 셰 일은 나노 및 마이크론 숨 구멍, 구성 된 강한 이방성 그리고 graptolite 화석은 일반적으로 인식 된1,2,3.
셰 일 가스는 장 플레이트, 남부 중국에서에서 상업적으로 악용 됩니다. 패딩턴 가스 시스템 소스 바위와 메탄에 대 한 저수지 역할을로 셰 일 가스는 생물 기원 및/또는 thermogenic 프로세스4,5셰 일 내의 유기 물질에서 파생 됩니다. 저수지에서 천연 가스 매장 세 가지 형태 중 하나는: 모 공 및 골절, 무료 가스 유기 물질 또는 무기 무기물의 표면에 가스를 흡착 하 고 구두 약과 물6,7가스를 해산. 이전 연구 흡착된 가스 셰 일 형성6총 가스의 20-85%를 차지 하는 것이 좋습니다. 따라서, 셰 일의 흡착 용량에 연구 하 고 그것의 제어 요소는 탐사와 셰 일 가스 자원의 개발에 중요 한.
셰 일의 메탄 흡착 능력을 널리 크게 온도, 압력, 습도, 성숙, 미네랄 성분, 유기 물, 및 특정 표면 영역1,4,5 다양 한으로 인정을 받고 ,,67; 그리고 이전 연구 온도, 압력 및 습도 메탄 흡착 같은 외부 요인 사이 크고 명확 하 게 상관 관계를 확인 했습니다.
그러나,와 고유 요인 간의 상관 관계에 대 한 연구 같은 입자 크기 메탄 흡착 논란이 있다. 강와 지는 것이 좋습니다 입자 크기8,14, 감소와 같은 셰 일 샘플 증가의 메탄 흡착 용량 Rupple 및 장 입자 크기와 흡착 사이의 관련성을 믿는 반면 제한 등온 흡착 곡선9,,1011을 기반으로 합니다. 또한, 셰 일 가스 흡착 평가 프로토콜에 대 한 기준 없이 중국에 있는 실험실 석탄 흡착 평가 프로토콜 셰 일 가스 흡착을 평가 하기 위한 일반적으로 적용 됩니다. 입자 크기와 흡착, 사이의 관계를 명확 하 게 뿐만 아니라 미래의 탐사 영역을 조사, 우리 장 상판에 Wuling Sag의 두꺼운 바다 혈 암 예금에서 셰 일 샘플을 얻었다. 중량 측정 수 착 분석기 적용 실시는 등온 흡착 experimentand 입자 크기 및 흡착의 관계를 얻을.
체적 및 중량 측정 방법 셰 일의 등온 흡착을 테스트 하는 데 사용 하는 주요 방법이 있습니다. 볼륨은 온도 압력12,,1314에 의해 쉽게 영향을 체적 메서드의 key 매개 변수입니다. 오류 분석에 대 한 불확실성 때문에 흡착 금액 계산 체적 메서드를 사용 하 여 직접 측정에 누적 전파 하면 비정상적인 흡착 등온선14 측정 결과에 큰 오류를 이끌어 ,15. 체적 방법에 비해, 중량 측정 방법 적은 매개 변수가 필요 및 작은 오류 결과: 질량 보존 때문에 무게와 질량 중량 측정 방법의 온도 의해 영향을 받지 않습니다 및12압력. 현재 theadsorption 양의 흡착을 측정 하기 위한 보다 과학적이 고 정확한 방법을 여겨진다.
중량 측정 수 착 분석기는 최대 70 MPa의 압력 테스트이 실험에 사용 (700 bar) 및 150 ° C의 온도 온도 더 오래 된 장치에 의해 생성 된 압력은 너무 낮은 온도 깊은 지 하 대형의 압력을 시뮬레이션 하는 toaccurately. 수 착 분석 장치를 사용 하 여 키 10 µ g의 정밀도로 샘플 자료를 정확 하 게 무게에 대 한 자석 현 탁 액 균형에 도달입니다. 기구 순환 오일 목욕 난방 모드를 채택 하 고 0.2 ° C. 이내에 오랜 시간에 대 한 온도 범위를 제어할 수 있습니다. 오래 된 장치의 정확도 낮은, 그리고 따라서 오류 최신 악기와 함께 얻은 것 보다 더 큰 것. 실험 작업은 장치에 의해 제공 하는 소프트웨어와 함께 수행 됩니다. 분석은 실제 지 하 조건12가까이 되도록 운영 체제를 정기적으로 업데이트 됩니다.
자석 현 탁 액 균형 (MSB) 중량 측정 방법에 정상적인 온도 및 압력에서 샘플 및 장비, 사이 직접적인 접촉 없이 셰 일의 메탄 등온 흡착을 테스트 하는 데 사용 됩니다. 샘플은 샘플의 무게 커플링 메커니즘12,13비 접촉 정지를 통해 균형을 전송할 수 있는 측정 풀에 배치 됩니다. 균형, 아래 일시 자석, 영구 자석 아래 무료 정지 수 있도록 특별히 설계 된 컨트롤러에 의해 제어입니다. 영구 자석 커플링 프레임 위치 센서와 샘플 컨테이너를 연결합니다. 커플링 프레임의 함수 커플 또는 영구 자석 현 탁 액 막대14,15,16샘플 컨테이너를 분리 하는.
우리의 측정된 샘플 검은 풍부한 유기 shales 긴 맥시 형성, Daozhen, 구이저우에서에서 더 낮은 Silurian의 해양 facies에 있다. 연구 지역은 Wuling Sag, 장 상판, 북 서 및 남서17에 Xuefeng 산 지 각 영역에 쓰촨 분 지에 의해 접경에 있다. Wuling Sag 구조 전송 및 쓰촨 분 지와 얕은 깊은 바다 선반 예금 받은, Xuefeng 산 지 각 영역 사이 전이 영역 이며 해양 검은 셰 일 초기 실루리아기; 동안 널리 개발 되었다 sag 인도-중국 운동, 옌 산 움직임과 다단 주름, 오류, 및 unconformities18형성 히말라야 운동 같은 지 각 사건에 의해 강하게 겹쳐 다음 이었다. Wuling Sag에 해양 검은 셰 일은 셰 일 가스 매장 량 형성 복잡 한 지질 조건에 의해 크게 좌우 되었다. 구조 전송 영역에서 sag 약한 변형, 더 나은 셰 일 가스 생성 보존, 및 더 나은 자연 골절 일치 하는 함정19의 특징은 셰 일 가스 탐사를 위한 달콤한 자리 이다.
고압 수 착 측정은 되어 종합적으로 정교에 여러 출판물10,11 등온 흡착 장치 프로토콜의 지도 함께 표준화 된 절차에 따라 실시 하는 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16. 등온 흡착 실험 키 실험실의 셰 일 오일 및 가스 조사 및 Geosciences의 중국 아카데미의 평가에 완료 했다. 중량 측정 측정 자석 현 탁 액 균형 (MSB) 실시 4 단계에서 수행 됩니다: 빈 측정, 전처리, 부 력 측정 및 흡착 및 탈 착 측정 (그림 1, 그림 2).
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Protocol
1. 샘플 준비
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예제 특성
- 총 유기 탄소 (TOC) 20 ° C의 온도와 상대 습도 65% (표준 GB/T 19145-2003)의 목차 기구 ( 재료의 표참조)를 사용 하 여 측정 합니다.
- 광도 계 현미경을 사용 하 여 셰 일의 광택된 섹션에 vitrinite 반사율 측정을 수행 ( 재료의 표참조).
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샘플 청소 및 분쇄
참고: 가능한 셰 일의 이질성 뿐만 아니라 다양 한 내부 및 외부 요인의 영향을 피하기 위해,이 실험에 대 한 원래 수평 침구에서 큰 셰 일 록 샘플을 선택 합니다.- 원래 가로 침구에서 큰 셰 일 록 샘플 (약 20 cm 길이 15 cm, 폭 2 ㎝ 높은)을 선택 합니다.
- 샘플 및 흡수 성 목화, 핀셋, 아 세트 알 데히드와 분쇄 용기 청소.
- 버리고 큰 원래 수평 셰 일 beddingsample 작은 조각으로, 망치로 잔류 가스 꽉 분쇄기에 배치 될 수 있도록. 적당 한 분쇄 시간 (약 3 분) 예비 실험을 통해 찾을 수 있습니다.
- 그런 다음, 체질 샘플 20-40, 40-60, 60-80, 80-100, 100-120 하위로 100-120 메시를 통해 처음 체질 하 입자에 의해 다음 80-100 메쉬, 60-80 메쉬, 40-60 메쉬, 그리고 마지막으로 20-40 메시.
- 어떤 부적합 셰 일 입자를 삭제 합니다. 몇 가지 폐기 샘플 (약 5 g) 있을 것 이다 때 분쇄 시간 3 분 이다.
- 20-40-1, 각 샘플 라벨 40-60-1, 60-80-1, 80-100-1, 100-120-1 (이 대표 결과에 g 1은).
- 다른 샘플 위의 작업을 반복 (약 20 cm 오랫동안, 15 cm, 및 2 cm 높은; 다른 셰 일을 사용 하 여 다른 구성 또는 목차) 대비에 대 한 반복 실험의 집합을 만듭니다. 라벨 각 샘플 20-40-2, 40-60-2, 60-80-2, 80-100-2, 100-120-2 (G2 대표 결과에).
2. 실험 방법
- 실험실 설치
- 전자기 간섭이 없이 깨끗 한 실험실의 조용 하 고 진동 없는 지역에 악기를 놓습니다. 실험실의 온도 10-40 ° c.를 이어야 한다
참고: 실험 실시 됩니다 실 온에서 장시간 (여러 날)에 대 한. - 교류 전류 230 V (± 10%)와 50 Hz. 확인 모든 루트 전원 공급 라인 전류 10 A 보다 큰 있고 안전 하 게 처리를 사용 하 여 접지 리드와 함께. 파워 그리드 가난한 경우에, 추가적인 전원 공급 장치를 사용 해야 합니다.
- 가스 실린더를 사용 하 여 고 순도 가스 (99.999% 미만). 단단히 모든 실린더를 수정 합니다.
- 실험에서 위험한 가스를 사용 하는 경우는 실험실에 환기 및 배기 시설, 위험한 가스 경보 장치 확인 합니다. 정기적으로 비누 거품을 사용 하 여 파이프 연결12에서 어떤 누출 든 지 검출 하기 위하여.
- 직접적인 햇빛을 피하십시오.
- 전자기 간섭이 없이 깨끗 한 실험실의 조용 하 고 진동 없는 지역에 악기를 놓습니다. 실험실의 온도 10-40 ° c.를 이어야 한다
- 악기를 시작
- 컴퓨터 전원을 켜고 프로그램을 시작.
- 실린더를 열고 적절 한 출력 압력을 조정 (5-6 바 outgassing 압력 및 대략 70 바 가스 실린더 압력 조정).
- 악기를 켭니다. 커플링 컨트롤러에 전원이, 노브 OFF 위치에 유지 해야 합니다. 기름 목욕 및 진공 펌프 파워를 엽니다.
- 빈 측정
- 샘플 수영장을 분해, 빈 깨끗 한 샘플 통 놓고 금속 가이드 슬리브를 설치 합니다. ZP/MP 커플링을 확인 하 고 적절 한 상태로 조정.
- 연결 컨트롤러에 균형을 제어 하 고 ZP/MP1/MP2에서 모든 위치에 그것을 전환. 균형 독서의 변화를 관찰 하 고 독서는 정상적이 고 안정적인 확인. 플랫 헤드의 모든 4 개 피트에 레벨 조정 해야 하는 독서 잘못 되거나 불안정 한 경우, 상황, 또는 지원 나사의 높고 낮은 위치에 따라.
- 샘플, 온도 제어 기름 목욕 자 켓, 수영장과 열 절연 커버를 로드 합니다.
- ZP 위치로 커플링 컨트롤러 노브를 이동 합니다.
- 소프트웨어에서 빈 측정 프로그램에 그것을 설정 합니다.
- 측정 구성, 이름 제목, 선택 가스 2 및 다른 액체와 액체 목욕을 선택 하려면 클릭 하십시오.
- 샘플 온도 50 ° C, 70 바 최대 압력, 압력 단계 7, 2 바/분, 압력 램프 및 유체 therm 50 ° c를 설정합니다
참고: 빈 테스트에 대 한 N2 (권장) 또는 사용 He 적절 한 압력 (0-70 바). 빈 물통을 무게. 때 온도 흡착, 부팅 프로그램을 실행을 일반적으로 7-8 h의 실험 온도와 일치. 마지막으로, 빈 물통의 볼륨과 품질 얻어질 수 있다 수동으로 끝나면 (2.8.1 단계 참조).
주의: 6 세트 샘플 풀 플랜지에 볼트의 내부 6 각 렌치와 악기의 고정된 렌치를 사용 하 여 해체 됩니다. 그 볼트의 마지막 그룹을 제거 하면 샘플 풀 필요가 떨어지는 피하기 위해 개최 알.
- (필요한 경우)를 분산 하는 악기
참고: 악기의 동작 모션 부드러운, 균일 한 힘 이어야 합니다.- 균형 지원 강력 하 게 동요 하지 않습니다 (그렇지 않으면, 그것은 균형을 화나게 수 있습니다) 프레임의 위치를 이동 또는. 렌치를 사용 하 여 때 수 위치에서 플랜지 근처 센서 트래버스 튜브를 노크 하지 않도록 주의 하십시오.
- 균형을 확인 하는 경우는 ZP OFF 위치에 이동 합니다.
- O 링 샘플 수영장의 플랜지에 설치 되었는지 확인 하십시오. 심각한 손상 또는 변형 하는 경우 O 링을 교체 합니다.
- 설정 샘플 풀을 세로로, 상단 및 하단 플랜지 연결 되어, 전체 수직 상태를 유지 하는.
- 마지막으로, 볼트의 6 그룹을 설치 합니다.
- 렌치를 사용 하 여 플랜지 면의 연결 빡 빡 하 고 하지 왜곡 되도록 대칭 잠금 메서드를 사용 하 여 볼트를 고정 시킵니다. 볼트의 6 그룹의 죔 정도 가능한13으로 일관 되어야 합니다.
- Payattention 볼트의 6 그룹에서 나선형 모자에 후면 기름 목욕 자 켓을 설치할 때 어려움을 피하기 위해 플랜지에서 각 가장자리를 유지 하.
- 전기 난방을 사용 하 여 절연 테라코타를 설치 하 고 외부 절연 면 패키지 없이 후프 링으로 해결.
- 기름 목욕 난방을 사용 하는 경우까지 상단과 상단 플랜지 평면 샘플 수영장까지 바닥에서 기름 목욕 자 켓을 설치 합니다. 3 개의 나사 장소에 기름 목욕 자 켓을 해결 하기 위해 아래에 설치 합니다.
- 확인 여부 ZP/MP1/MP2 위치와 균형 독서는 정상, 그러면 커플링 컨트롤러 노브 ZP 위치로 이동.
- 측정 전처리
- 샘플 풀을 분해 하 고 샘플 통에 샘플을 배치. ZP/MP 커플링을 확인 하 고 적절 한 상태로 조정.
- 샘플 수영장과 전기 열 절연 커버를 로드 합니다.
- ZP 위치로 커플링 컨트롤러 노브를 이동 합니다.
- 부팅 프로그램 자동으로 실행 됩니다. 소프트웨어에서 전처리 프로그램을 설정 합니다. 측정, 이름, 제목 구성 하는 클릭 선택 진공, 선택 전기 히터, 150 ° C와 커플링 온도 20 ° C에서 샘플 온도 설정 하 고 600 분 기간을 설정 합니다. 이 단계는 일반적으로 10 h 걸립니다.
- 부 력 측정
- 전기 열 칼 집 해체 하 고 온도 제어 기름 목욕 자 켓과 단 열 커버, 어떤 isadhesive 설치 합니다.
- 소프트웨어에서 부 력 측정 프로그램 시작 온도 50 ° C에서 난방 기름 목욕을 설정 하 고 약 4 헤 7 압력 포인트에 대 한 열 70 바의 최대 압력에서 분할 될 것 이다. 부팅 프로그램 자동으로 실행 됩니다.
참고: 부 력 측정은 빈 측정 동일 합니다.
주의: 온도 센서 공동 샘플 수영장의 바닥에서 제거 하기 전에 전기 열 전원 공급 공동 당겨. 샘플을 로드 한 후 온도 센서 삽입 됩니다 확인을 기억 하십시오.
- 흡착 측정
- 소프트웨어에서 수 착 측정 프로그램을 설정 합니다. 프로그램을 시작 하 고 자동으로 실행 됩니다.
- 탈 착 과정은 필요 하다 면, 수 착 측정 프로그램에서 이것을 설정, 50 ° C에서 유체 therm 온도 유지 하 고 19 압력 포인트 설정 (예를 들어, 0, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 200, 150, 100, 80, 60, 40, 20, 10 고 0 바). 다음 시작 프로그램을 자동으로 실행 됩니다.
- 설정 압력 수동으로, 가스 압력 설정된 값을 자동으로 연결할 수 없을 때 가압된 펌프를 사용 하 여.
주의: 실험의 끝, 후 계기 자동으로 배출 되며 시간 동안 진공 상태를 유지. 프로그램은 자동으로 종료 됩니다 그리고 모든 밸브를 폐쇄 됩니다.
- 계산
- 다음 원칙을 사용 하 여 실험 결과 자동으로 수정 하는 시스템을 선택할 수 있습니다. 무게 읽기, 트레이 읽기, 샘플 부 력, 수 착 력 사이의 관계는 다음과 같습니다10,11,,1213.
mA = Δm - mSC - mS (VSC + VS + VA) p X
mA: 흡착 가스;의 질량 Δm: 읽고; 잔액의 질량 mSC: 대량 샘플 트레이 (빈 측정 하 여 얻은); mS: (부 력 측정 하 여 얻은); 샘플의 질량 V사우스 캐롤라이나: 양의 샘플 트레이 (빈 측정 하 여 얻은); VS: (부 력 측정 하 여 얻은); 샘플의 볼륨 VA: 양의 샘플 흡착 가스 (흡착 측정 하 여 얻은); Ρ(p,T,y): 밀도 상태 방정식에서에서 계산 또는 측정을 통해 결정.
- 다음 원칙을 사용 하 여 실험 결과 자동으로 수정 하는 시스템을 선택할 수 있습니다. 무게 읽기, 트레이 읽기, 샘플 부 력, 수 착 력 사이의 관계는 다음과 같습니다10,11,,1213.
- 완료
- 프로그램을 종료 하 고 컴퓨터를 닫습니다. 실험적인 가스 실린더를 닫습니다.
- 공회전의 짧은 기간 발생, 3 일 이상 하는 경우에 각 시스템의 전원 상태를 유지 하기 위해 필요 하지 않은 악기를 중지 합니다. 커플링 컨트롤러 노브를 OFF 위치로 이동 하는 것이 좋습니다.
- 악기를 오랜 시간 동안 중지 하는 경우 각 시스템의 전원을 끌 수 있습니다. 커플링 컨트롤러 전원 전에 노브는 먼저 OFF 위치로 이동 될 필요가 있다. OFF 램프 조명에는 및 다른 빛, 고 컨트롤러 전원 닫습니다 확인 합니다.
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Representative Results
그림 1 : 높은 온도 압력에서 중량 측정 가스 흡착을 위한 실험 설정. 이 그림에 등온 흡착 실험에 대 한 설정: (한) 기름 목욕 난방 장치 액체 목욕; (b) 전기 난방 장치 전기 난방; (c) 자석 현 탁 액 균형-중량 측정 수 착 분석기 (그림 2); (d) 운영 체제 (메인프레임 및 모니터); 그리고 (e) 가스 펌프 및 가압 시스템. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
이 샘플의 미네랄 성분 높은 석 영, 온건한 찰 흙, 낮은 장석, 및 graptolite의 넓은 분포 특징입니다. 샘플 샘플 실험 건조에 따라 1% 미만의 함량을 보여 줍니다. 또한, 샘플의 목차 내용을 4.2% (wt %)입니다. Vitrinite의 반사율으로 약 2.5%, 만기 이상 성숙 단계에 남아입니다. 미네랄 및 저수지 물리적 특성은 표 1에 표시 됩니다.
표 1입니다. 셰 일 매개 변수 및 메탄 등온 흡착 사이의 관계.
0-포인트 (ZP) 상태에서 때 커플링 상자 위치 센서; 분리는 따라서, 샘플 및 샘플 컨테이너의 품질은 균형에 전송 되지 않습니다. 측정 포인트 (MP) 상태에서 때 커플링 상자 위치 센서와 샘플의 질량을 결합 하 고 샘플 컨테이너 품질12,,1314를 측정 하는 균형을 전송 합니다.
ZP 및 MP의 일반 자동 스위칭 전자 균형의 제로 드리프트는 고유로 인 한 부정적인 영향을 제거 및 고정밀 측정을 제공 효과적으로 수 있습니다. 원리 구조는 그림 2에서 볼 수 있습니다.
그림 2 : 수 착 분석 장비-자석 현 탁 액 분산의 심장. 빨간 샘플 샘플 샘플 셀 이며 블루 샘플은 샘플 없이 샘플 셀. 샘플 위의 화살표는 후크, 그리고 오른쪽 상단에 축소 더블 사이드 화살표가 표시는 자기 부상 균형의 자기력 증가, 무게와 샘플, 운동 거리의 단축 결과로. 이 그림은 갱 첸에 의해 보고서 (실험적인 악기 작업 보고서, 개인 서신)에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
흡착의 양은 0 동안 압력 증가 함께 선형으로 증가 ~ 바, 저압 기간 60. 그 후, 흡착 약 0.을 점차적으로 감소 하는 또한의 성장률, 셰 일의 절대 흡착 수정으로 고압 기간 동안 포화 상태에 도달 또는 최대 통풍 흡착 용량 감소 없이 수정 (그림 3, 표 2).
그림 3 : 다른 입자 크기의 메탄 등온 흡착 실험. 이러한 패널 표시 (a) 조정, (b) 조정, (c) (d) 조정 없이 g 2의 흡착 데이터와 조정, g 2의 흡착 데이터 없이 g 1의 흡착 데이터 g 1의 흡착 데이터. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
표 2입니다. 메탄 등온선 최대 흡착 실험 다른 입자 크기의 데이터.
샘플 g 1의 최대 절대 adsorptions M (abs) 되었고 2.99 mg/g, 3.03 mg/g, 3.16 mg/g, 2.95 mg/g, 3.01 mg/g; 입자의 순서로 샘플 메시를 20-40에서 100-120; 때 그들은 포화 상태 (그림 3에) 도달. 또한, 샘플 g 1의 최대 초과 adsorptions (M실) 2.37 mg/g, 되었고 2.49 mg/g, 2.46 mg/g, 1.98 mg/g, 2.32 mg/g; 에 순서 (그림 3b). 또한, 샘플 g 2의 최대 절대 adsorptions M (abs) 되었고 2.51 mg/g, 3.11 mg/g, 3.10 mg/g, 2.93 mg/g, 3 월 18 일 mg/g; 순서 대로; 때 그들은 포화 상태그림 3(c)에 도달. 마지막으로, 샘플 g 1의 최대 초과 adsorptions (M실) 되었고 2.34 mg/g, 2.53 mg/g, 2.40 mg/g, 2.07 mg/g, 2.21 mg/g; 에 순서 (그림 3d).
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Discussion
이 실험에 사용 되는 재료는 재료의 테이블에에서 표시 됩니다. 샘플 풀 제거 되기 전에 확인 되어야 합니다 샘플 수영장에서 압력과 온도 정상적인 압력 및 정상 온도; 그렇지 않으면, 상해의 위험이 있다. 온도가 너무 높은 경우에, 드롭 그리고 removethe 샘플 수영장 온도가 될 때까지 기다립니다. 압력이 너무 높거나 너무 낮은 경우 수동으로 소프트웨어에 공기 압력을 설정 하 고 사용 하는 불활성 가스13,,1415. 실험 기간 동안 샘플 풀을 분해 하지 마십시오. 실험을 마친 후 악기 대기 상태입니다. 커플링 컨트롤러 ZP 또는 OFF 위치 표시 됩니다. 순환 오일 목욕 OFF 상태입니다. 기름 목욕 자 켓의 하단에 고정 하는 나사 3, 세로로 내려 슬리브를 클램핑 금속 누른 재킷 고정된 지원의 왼쪽에 배치 합니다. 이 과정에서 전기 와이어와 재킷에 연결 하는 튜브의 보호에 주의. 구부리거나 라인을 깰 수 없습니다 너무 많이 트위스트 하지 마십시오.
MSB는 텍스트 가스 (예를 들어, 부식성, 폭발성, 독성) 극단적인 환경 (예:진공, 고압)20, 의 모든 종류의 모든 종류의 중량 측정 등온 흡착 장치 응용 프로그램을 보장 21. 고압 또는 독성 분위기, 닫히는 약 실에 있는 샘플의 흡착 용량 최대 정확도와 장비22,23,24에 의해 분석 될 수 있다와 같은 극단적인 조건 하에서 ,,2526. 샘플의 질량과 반응 매체의 밀도 시간24,,2526의 좋은 거래를 저장할 수 있는 단일 실험에서 동시에 측정할 수 있습니다. 장비 및 방법 기준 드리프트 또는 정확도 손실 없이 긴 지구력 정밀 측정 실험을 보장할 수 있습니다. 분리 및 실험 영역 (샘플)와 무게 (밸런스) 절연 반응 매체 또는 실험 조건에 의해 손상 또는 균형의 오염 방지와 밀봉 강도 높은 반응 질량을 달아 관리 실로26.
기술의 주요 한계는, 첫째, 그것은 많은 시간을 요구 한다: 일반적으로 완전히 완료 1 샘플 2-4 일 소요. 둘째, 자기 부상 균형의 안정성과 균형 정정 될 필요가 정기적으로 연속 사용; 그렇지 않으면, 그것은 더 많은 시간을 소비 균형을 달성 하기 어렵다입니다. 또한, 실험 과정은 특정 위험 (예:고온, 고압, 고 인화성 및 폭발성 가스) 함께12,,1314.
다행히도, 기존 악기가지고 좋은 안정성, 좋은 안전, 고 정확도 및 높은 정밀도. 또한, 그것은 다공성 분말20,,2122샘플의 종족에 대 한 특정 필요가 있다. 미래에,이 방법은 더 시간 절약, 효율적인, 그리고 안전 하 고 정확 하 게, 되며 샘플의 더 많은 종류에 맞게.
이전 연구에서 사용 되는 샘플 프로세스 프로토콜 coalbed 가스 일반적으로 사용 되었다. 석탄 셰 일 층, 구조적으로 탄소로 구성 된 대규모, 구조적으로 등방성 바위, 구성 된 여러 점토 광물23,,2425,26세로 이방성 바위 이다. 분쇄 석탄 샘플 심사 때 다른 메시 입자 여전히 비슷한 물리적 특성을 보여줍니다. 셰 일 처리, 다른 크기의 입자 흡착 등 서로 다른 물리적 특성을 표시할 수 있습니다. 이유는 혈 암 바위 처리, 복잡 한 광물 조성과 레이어 링 구조 수 있습니다 확대 다른 메시27,28,,2930중 이방성 이다.
Langmuir 모델으로 등온 흡착에 맞게 사용 됩니다. Langmuir 모델 포함 1916 년 프랑스의 화학자 Langmuir;까지 완료에서 발생 한 고체 표면 연구에서 흡착 특성 이 모델은 있는 단층 상태 방정식은 제시,31nonporous 고체 역학의 관점에서 시작 했다. 기본 가정은 그는 흡착 제 표면도 하 고 부드러운 이며 고체 표면 에너지는 유니폼, 단지 단일 분자 층을 형성. 흡착된 가스 분자 사이 아무 상호 작용 이며 동적 평형25,26에 흡착 이다. 이 관점에서 Langmuir 모델은 셰 일 가스 흡착에 적합 하 고 따라서, 수식을 여기 사용 되지 않습니다.
얕은 묻혀 셰 일 가스와 낮은 압력으로 석탄을 테스트할 때 초과 흡착 용량 및 절대 흡착 용량 간의 약간의 차이가 있다. 그러나, 압력에 있는 증가, 초과 흡착 용량 및 절대 흡착 용량이 될 것입니다 점점 더 큰. 깊은 매장 셰 일의 높은 압력 때문에, 흡착 용량은 상대적으로 약하다. 하지 조정, 셰 일 흡착 용량 크게 과소 평가30,,3132이 됩니다. 따라서, 다양 한 교정 방법의 조합을 사용 됩니다, 어떤 시스템에 의해 얻을 수 있습니다. 또한, 조정 자동으로 마지막 지점 (그림 3a 3 c)을 생략할 것 이다. 그러나, 조정 또한 샘플 (그림 3) 흡착 금액 차이 줄인다.
Micropores 및 mesopores는 셰 일에서 지배 하는 특정 표면 영역32,33여는 흡착을 제어 합니다. Liang와 장 둘 다 강렬한 셰 조각화 micropores와 mesopores의 수를 감소 하 고 macropores8,33의 양을 제안 했다. 셰 일 가스 잘 골절 또는 구조 운동 특정 표면 영역을 증가, microfractures (작은 입자), 생성 하 조각 (큰 입자)으로 필수적인 혈 암 바위를 분쇄 수 고는 흡착 증가. 그러나, 실험 하는 동안 계속, 골절 또는 구조 운동으로 혈 암 바위 짓 눌린 했다 작은 입자로; micropores와 mesopores는 셰 일을 개발 하 고 서로 연결에 mesopores와 macropores; 따라서, 총 특정 표면적 및 흡착 된 셰 일의 감소 (그림 3b 및 3d). 결론적으로, 흡착의 양을 일정 하 게 입자 크기의 감소와 증가 하지 않는다 그리고 최대 값 또는 간격 되어야 합니다.
그것은 제안 흡착 용량 및 입자 크기 사이 변화 규칙은 선형 상관 관계가 조정 절대 흡착 또는 조정 없이 과도 한 흡착을 참조 하는 여부. 따라서, 셰 일에 골절 하는 과정에서 입자 크기를 결정 하기 위한 최대 값을 큰 의미입니다. 흡착 용량 80-100 막대기의 압력에서 최대에 도달지 않습니다 및에 adsorptions 수 메시 40-60 60-80는 더 큰. 연구 영역에서 샘플을 고려 최대 흡착은 약 250 µ m (60-80 메쉬), 다른 지역 및 지층에서 샘플의 값이 다른 (그림 3, 표 2) 수 있습니다.
중량 측정 및 부피 측정 방법은 널리 셰 일 가스 흡착 실험;에 사용 차이점은 그들의 각각 해당 실험 기구, 사이 큰 그러나 둘 다의 일반적인 기능 샘플의 자연 기 공 구조를 파괴 하는 것입니다. 샘플 입자 크기 흡착 수량에는 어떤 영향을, 그리고 흡착 실험의 깨진된 바위 없이 기 공 구조 흡착 용량30,31, 에서 셰 일 가스의 실제 형성을 반영할 수 있다 32 , 33, 그러나 그것의 주요 불리는 그것은 완료 하는 데 시간을 많이 필요 합니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
지원의 많은 엔지니어 갱 첸과 타오 장에 의해 제공 되었다. 이 작품은 주요 국가 연구 개발 프로그램의 중국 (그랜트 No.2016YFC0600202)와 중국 지질 조사 (CGS, 부여 번호 재정적으로 지원 DD20160183)입니다. 우리는이 종이 크게 개선 하는 그들의 건설적인 의견에 대 한 익명 검토자를 감사 합니다.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
XRF D8 DISCOVER X-Ray diffractometer | Brook,Germany | 204458 | For mineralogy X-ray diffraction |
EBSD three element integration system with spectrum | EDAX,USA | Trident XM4 | For nanoscale imaging (SEM) |
Mercury injection capillary pressure (MICP) | USA micromeritics Instrument company | AutoPore IV 9520 | For the immersion method to measure macropores(Porosity) |
Nitrogen gas adsorption at low temperature | USA micromeritics Instrument company | ASAP2460/2020 | For the low pressure nitrogen gas adsorption to measure mesopores and micropores(BET) |
Finnigan MAT-252 mass spectrometer | ThermoFinnigan,USA | TRQ/Y2008-004 | For C isotope |
LECO CS-230 analyzer | Research Institute of Petroleum Exploration and Development | 617-100-800 | TOC apparatus |
3Y-Leica MPV-SP photometer microphotometric system | Leica,Germany | M090063016 | Ro apparatus |
Magnetic Suspension Balance Isothermal adsorption analyzer | Rubotherm,Germany | 2015-1974CHN | For methane adsorption tests |
Sieve(20/40/60/80/100/120mesh) | Sinopharm Chemical Reagent Beijing Co.Ltd | 200*50GB6003.102012 | Used to screen samples |
Absorbent cotton, hammer, tweezers and acetaldehyde | Sinopharm Chemical Reagent Beijing Co.Ltd | standard | Used to clean materials |
Residual gas tight grinder | Nantong Huaxing Petroleum Instrument Co., Ltd | TY2013000237 | Sample smasher |
References
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