CO2驱替CH4实验：大佛寺4号煤吸附解吸对比研究

"大佛寺井田4号煤CH4与CO2吸附解吸实验比较" 在煤炭开采过程中，煤层气（主要成分为甲烷，CH4）的开采与排放是一个重要的环节，对于煤矿安全和环境保护具有重大意义。这篇科研论文主要探讨了如何通过CO2驱替CH4的技术，以提高大佛寺4号煤层气井的采收率。研究人员针对来自大佛寺矿井40114工作面的煤样进行了实验，对比分析了CH4和CO2在不同温度下的吸附和解吸行为。 实验结果显示，无论是CH4还是CO2，其吸附过程都遵循Langmuir吸附理论，即气体分子在多孔煤的表面形成单分子层吸附。然而，在解吸过程中，两者的动态行为有所不同，可以通过解吸模型进行描述。热力学计算表明，CO2在煤孔隙表面的吸附热远高于CH4，分别为升压过程中的56.827 kJ/mol和12.662 kJ/mol，以及降压过程中的115.030 kJ/mol和23.602 kJ/mol。这种较大的吸附热差异意味着在煤孔隙中，CO2比CH4有更强的吸附能力。 在竞争吸附的场景下，由于CO2的吸附势能和吸附空间优势，它更倾向于占据煤孔隙表面，从而促使CH4被解吸出来。这一现象称为置换解吸，为利用CO2驱替CH4提供了有力的科学依据。通过这种方法，可以有效地将煤层中的CH4替换出来，增加煤层气的产量，同时降低煤矿的安全风险。 此外，实验数据还支持了这一理论，进一步的分析表明，CO2对煤的亲和力强于CH4，使得CO2驱替CH4成为一种有效的提升煤层气采收率的技术。这种技术的应用不仅有利于资源的开发，还有助于减少温室气体排放，因为捕获的CO2可以被封存在煤层中，而CH4则可以作为清洁能源被提取和利用。 这项研究为煤炭行业的煤层气开采提供了新的策略，通过优化吸附和解吸过程，实现了CH4的高效开采，同时也为环境友好型的能源开采提供了实践基础。未来的研究可能还会深入探讨如何优化驱替工艺，以及如何在更大范围内推广这种技术，以实现煤炭资源的可持续开发和利用。