Способ определения сорбции газа углем

(56) Авторское свидМ 819625, кл. 0 01 зить трудоемкость определения сорбции газа углем за счет устранения диффузионных процессов. Способ определения сорбции газа углем заключается в подаче исследуемого газа в адсорбер и компенсирующий сосуд, измерении температуры и давления газа в адсорбере. С целью снижения трудоемкости определения сорбции газа углем обеспечивают перемещение угольных частиц в адсорбере под действием сил тяжести и измеряют периоды времени, соответствующие значениям сорбции 30 и 60 о от расчетной величины равновесной сорбции, а сорбцию газа определяют, используя предлагаемое математическое выражение. М 6ехнический инН.М. Качурин,ов тут етельство СССМ 7/04, 1979.ЕДЕЛЕНИЯ РБ И рименчески ет снибции 30 и 60 о от расчетной величины равновесной сорбции, рассчитывают кинематический коэффициент процесса сорбции, а сорбцию газа при данныхзначениях давлеия и температуры определяют из следующего соотношения; хсоехр( р (-/3 тбо)и данном дав где хоо - сорбция газа прсм /г;хоо - расчетная велсорбции, см /г;/3 - кинетический кцесса сорбции, 1/с;1 зо, 16 о - периоды врющие значениям сорбцчетной величины равноОбеспечение перечастиц в адсорбере под дсти создает равнодост ичина равнове оэффици про- етствуот расии, с. льныхтяжеия для емени, соотв ии 30 и 60% веснои сорбц ещейстные я уго ем си слов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ ОПР СОГАЗА УГЛЕМ(57) Изобретение относится к эксптальному изучению физико-химсвойств газа и твердых тел и позвол Изобретение относится к экспериментальному изучению физико-химических свойств газа и твердых тел, а именно к исследованию сорбции газов углями для последующего прогноза газообильности горных выработок угольных шахт,Целью изобретения является снижение трудоемкости определения сорбции газа углем за счет устранения диффузионных процессов.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения сорбции газа, заключающемся в подаче исследуемого газа в адсорбер и компенсирующий сосуд, измерении температуры и давления газа, обеспечивают перемещение угольных частиц диаметром не более 0,1 мм в абсорбере под действием сил тяжести, по измеренным значениям давления и температуры определяют расчетную величину равновесной сорбции, измеряют периоды времени, соответствующие значениям сор-. 1712829 А 1=0; ч = 0,707= ех Кч = 0 М - где с - пер максимуму щий вой. взаимодействия молекул газа с внешними поверхностями угольных частиц и, таким образом, устраняется влияние внешнего диффузионного массообмена на скорость процесса сорбции. Технически это можно осуществить, например, за счет медленного вращения адсорбера. Принятое ограничение диаметра частиц не более 0,1 мм устраняет влияние диффузии газа в микропорах и сорбирующих поверхностях на скорость процесса сорбции.Аппроксимация кривых кинетики сорбции имеет следующий вид,где х - объем газа, сорбированного единичной массой сорбента в момент времени с, см /г;х - сорбция газа при данных значенияхздавления и температуры газа, см /г;/3 - кинематический коэффициент процесса сорбции, 1/с.Следовательно, измеряя объемы газа, сорбированные единичной массой угля за два характерных периода времени, можно из уравнения (1) определить сорбцию газа при данных значениях давления и температуры. Анализ кинетической зависимости (1) показывает, что в качестве первого характерного периода целесообразно принять время достижения максимума кривизны кинетической кривой. Кривизна К определяется по формуле:,/1 + Х-;.,)211 5 (1 + и где Х = хх -"; ч = Х-" = ехр ( - г); г = 3 т,Производная выражения (2) имеет вид,Из уравнения (1) следует, что ч-,О, тогда условие К;. = 0 выполняется, если Кч = О, поэтому для определения скорости сорбции, соответствующей максимуму кривизны с учетом формул (2) и (3), выполним следующие вычисления: од времени, соответству ривизны кинетической кр Тогда для момента времени, соответствующего максимуму кривизны, можно записатьх = 0,293 ), = о,з х Р, (4) 5где х- собция за первый период времени1 = 1 зо, см /г;х Р - расчетное значение равновеснойсорбции, смз/г.10 Замена искомого значения сорбции хоона ее расчетное значение обусловлена тем,что это позволяет измерить физическое время газо, за которое произойдет сорбция, равная 0,3 х Р. При этом, чем ближе расчетное15 значение х,Р к величине х, тем меньшеотличается тзо и Ь, но в любом случае газохарактеризует участок кинетической энергии, где значения кривизны близки к максимуму. Расчетное значение равновесной20 сорбции определяется по эмпирическимформулам.В качестве второго периода времениследует выбрать время, характеризующеепроцесс на участке насыщения, располо 25 женный за точкой максимума кривизны,Для облегчения расчетов это время целесообразно принять таким, чтобы ему соответствовало значение сорбции, равное600 от расчетного значения равновесной30 сорбции (поэтому второй период времени, обозначен 160),Тогда из соотношения (1) следует система уравнений 35 хзо = х 1 - ехр (- р газо)3х 6 о = хь 1 - ехр ( - Р Могде хзо = 0,3 х,Р; хбо = 0,6 х,Р,Система (5) легко преобразуется к ал 40 гебраическому уравнению, если обозначить О = ехр(-Рсзо),О - 0,5 О - 0,5 = О,где45 Тзоа= - .160 Решая уравнение (6) любым численным методом, определяем кинематический коэффициент процесса сорбции по формулеА для известного Р из системы уравнений (5) получим,г-1,8 см /г,з х р -1+Ьрр 11,3 +9,9 +10,33 30,3 хР=3,16 см /2;06 х,Р =63 см /г,10,5 см /г; 00,4144 05 0 05 0 45 0,310,5 П р и м е р 1. В качестве сорбента использован уголь пласта с 2 шахты "Суходольская восточная", а в качестве сорбата использован метан, Определение сорфсии метана углем осуществлялось при 1 20 фС и 5 давлении р 0,1 МПа. Выход летучих Ч для исследуемого угля составил 39%.Расчетная величина равновесной сорбции определялась по уравнению изотермы сорбции Лэнгмюра: 10 где параметры а и в рассчитывались по формулама = 0,0016 т - 0,19 1+ М,где М=23 - 0,2 Ч=23 - 0,2 39=15,2 см /г;а = 0,0016 20 - 0,19 20+ 15,2 = 20= 0,26 1/ат = 2,6 1/МПа,Тогда х, -26 02,48 см /г; р 1204 26 01 3 25 0,3 х Р = 0,73 см 3/г; О,6 хЯ = 1,48 смз/г. Далее определялась сорбция газа углем путем подачи метана в адсорбер и компен сирующий сосуд, измерения давления и температуры газа. При этом обеспечивалось перемещение угольных частиц диаметром не более 0,1 мм в адсорбере под действием сил тяжести. По результатам измере ний период сорбции, через который было сорбировано 0,74 смз/г, составил 3250 с (газо= 3250 с), а сорбция, равная 1,49 см /г, была зафиксирована через 10782 с (т 60 = =10782 с), 40После этого рассчитывался параметр а по формуле (7): а = - = = 0,3014.130 3250160 10782 Уравнение (6) принимало следующийвид;03014 0505 050 и решалось методом хорд с точностью до 10 , в результате получено 0 = 0,166992,Кинематический коэффициент процесса сорбции рассчитывался по формуле (8);55) А сорбция метана при данных значениях давления и температуры определялась из соотношения (9). ехр(-1,66 10 3250)-ехр(-1,66 10 10782) Аналогичные исследования по известному способу позволили получить величину сорбции 1,7 смз/г, т.е. относительное отклонение не превысило 6 о .П р и м е р 2. В качестве сорбента использован бурый уголь шахты "Щекинская" ПО "Тклауголь", а в качестве сорбата использован углекислый газ, Определение сорбции углекислого газа бурым углем осуществлялось при 1 30 С; Р 0,1 МПа, Выход летучих для исследуемого угля составил 58,2 о , влажность близка к нулю.Определялась ориентировочная величина равновесной сорбции и газоемкость ископаемых углей. По результатам измерений периоды сорбции, соответствующие поглощению углекислого газа 3,16 см /ч и 6,3 смз/ч,оказались равными 92 и 222 с соответственно(т 30=92 с, т 60=222 с),Тогда а = 0,4144, а корень уравнения равен (с точностью до 10 6) 0,419355. А сорбция углекислого газа бурым углем при данных значениях давления и температуры определялась из соотношения (9):х ехр,91 10 92)-ехр(-3,91 10 222)- 11,3 смз/г П р и м е р 3. Предлагаемый способ апробирован также на высоких давлениях сорбата (0,5 - 5 МПа) и температуре 20 С, В качестве сорбента использован уголь пласта К 2 шихты "Суходольская восточная", а в1712829 0,3 хо ехр( - ф зо) - ехр (-3 ио)где хоо - сорбция газа при данном давлении, см/г;хоо - расчетная величина равновесия сорбции, см /г;ф - кинетический коэффициент процесса сорбции, 1/с;газо, або - периоды времени, соответствующие значениям сорбции 30% и 60% от расчетной величины равновесной сорбции, с. Формула изобретенияСпособ определения сорбции газа углем, включающий подачу исследуемого газа в адсорбер и компенсирующий сосуд, измерение температуры и давления газа, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения 30 35 40 50 Составитель А, КубасовТехред М,Моргентал Корректор И, Муска Редактор Э, Слиган Заказ 531 Тираж Годписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 качестве сорбата использован метан, Практическая реализация данного технического решения показала, что трудоемкость снижается более чем в 20 раз.Способ определения сорбции газа углем может быть реализован с использованием серийно выпускаемого оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры.Использование способа определения сорбции газа углем обеспечивает по сравнению с известными способами существенное снижение трудоемкости получения сорбционных характеристик за счет ускорения процесса сорбции, обусловленное устранением диффузионных процессов при перемещении частиц угля и газа, сокращение времени эксперимента более чем в 20 раз, облегчение получение информации, которая необходима для достоверного прогноза газовыделений в горные выработки, что позволяет повысить безопасность горных работ в газообильных шахтах,трудоемкости определения сорбции за счет, устранения диффузионных процессов, в качестве сорбента используют частицы угля диаметром не более 0,1 мм, обеспечивают 5 их перемещение в адсорбере под действиемсил тяжести, по измеренным значениям давления и температуры определяют расчетную величину равновесной сорбции, измеряют периоды времени, соответству ющие значениям сорбции 30% и 60% расчетной величины равновесной сорбции, рассчитывают кинетический коэффициент процесса сорбции, а сорбцию газаопределяют.из следующего соотношения;15