[發明專利]煤吸附樣的溶劑萃取制備方法

無效

• 申請號: 201210367527.9
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102890028A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 張小東
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N1/34
• 分類號: G01N1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種等溫吸附實驗方法，特別是一種煤吸附樣的溶劑萃取制備方法。

背景技術

煤層氣指與煤同生共體，以甲烷為主要成分、主要以吸附態賦存在煤層之中，可以從地面上進行采收的非常規天然氣。它在煤儲層中以吸著態、游離態和溶解態三種形式賦存，吸著態(sorption)包括吸附態(adsorption)、吸收態(absorption)和凝聚態(agglomeration)三種方式，而吸附態是地層條件下煤層氣的最主要賦存狀態。因此，煤的吸附能力是影響煤層含氣量的關鍵因素之一，其解吸能力則對煤層氣采收率具有決定性影響，直接關系到煤層氣井的產能。煤的吸附特性參數及等溫吸附曲線，是評價煤層氣資源及其開發潛力的重要參數。由此看出，開展煤層氣的吸附性實驗研究對于煤層氣吸附機理、瓦斯吸附機理等基礎理論的研究具有重要的科學意義和實用價值。

煤巖學研究表明，煤化過程中，出現若干個物理、化學結構顯著變化的階段(煤級躍變現象)，這幾個階段的結構差異在煤的吸附性表現怎樣，前人進行了大量研究，對影響因素的作用機理做了一定程度的探討(1，2)。但因影響煤吸附性的因素很多，即使變質程度相同的煤，甚至同一種煤，因采集的位置不同，各種因素對吸附性的影響程度大小也許有差別，因此，如何對同一煤樣，通過定量改變其部分影響吸附性的因素的值，分析這些變化帶來的吸附響應規律，和常規研究方法相比，也許能夠更為直觀獲得主控因素以及從更深層次揭示煤吸附性變化的機理。

目前，研究煤結構的方法有很多，溶劑萃取是研究煤的最早方法之一，許多關于煤的主要認識和概念是通過這種方法獲得的。前人對不同溶劑的萃取能力，不同煤種的萃取行為以及萃取物組成都進行了大量研究，并對煤的結構模型進行了推理。煤溶劑萃取后，對萃余物的吸附研究很少見諸報道，僅有的少量文獻，也只是個別煤樣的溶劑萃取，沒有關于溶劑分級萃取后萃余物的吸附性變化的研究。Takanohashi等用Langmuir-Henry二元模型擬合了煤及其CS2/NMP混合溶劑抽提物的甲醇等溫吸附線，討論了溶劑抽提對煤吸附性能的影響，并提出煤及抽提物對甲醇蒸汽的等溫吸附機理。張代鈞等用常規的比表面積法測定煤對氮氣的吸附性行為，通過二硫化碳、CS2/NMP混合溶劑(1∶1，V/V)、丙酮和吡啶對南桐煙煤逐級萃取得到各級萃余物的孔隙、粒度變化，分析了溶劑萃取對煤的BET比表面積與BJH孔容、孔面積隨孔徑分布規律以及粒度的影響，結果表明通過“溶解”小分子物質，溶劑萃取能夠有效地改善煤的吸附性、比表面積和孔隙結構，降低其粒度，但不能破壞其基本結構單元，在本質上仍屬于物理作用。

綜上所述，目前有關煤結構和吸附性研究方面，尚存在如下問題有待解決：

第一，在煤演化階段的幾個“階躍”點附近，煤的物理化學結構發生了顯著性變化，這些變化也使得煤的吸附性上發生躍變。但限于研究方法和實驗條件，其躍變的實質尚不清楚。在對煤結構的研究中，大多研究者主要通過溶劑萃取，來獲得煤的化學結構和化學組成的信息，而對煤的孔隙結構變化和吸附水的研究很少見諸報道。另外，現有溶劑萃取方法對煤的化學結構和組成研究中，所用的溶劑多為極性較強的溶劑，以增大萃取率。但這些強極性溶劑在獲得較高萃取率的同時，往往對煤的孔隙結構造成了很大程度的破壞，同時很多溶劑分子滯留于殘余煤樣中，形成“堵孔”現象。

第二，目前，在煤層氣吸附研究領域，多是對煤的吸附性研究多是對不同煤樣進行吸附性實驗，而后根據各種煤樣吸附性與氣體成分、溫度、壓力、煤的顯微組成等關系，來分析和探討影響煤的吸附因素。然而，由于對煤吸附性影響的因素非常復雜，因素間也存在復雜的作用關系。僅通過單因素分析或多因素定性描述，并不能深入而準確地發現主要作用因素以及影響機理。

發明內容

本發明將溶劑分級萃取的方法應用于煤的吸附性研究，按照溶劑對煤樣的萃取能力大小，選定一組非極性或弱極性的系列溶劑，溫和條件下對同一種煤樣進行分級萃取，在不改變煤的主體化學結構和化學組成的同時，使得少量小分子相(萃取率一般小于5％)從煤樣中脫出，從而改變煤的物理結構(孔隙結構)，接著通過在真空干燥箱內加熱，對溶劑的萃余物進行溶劑脫出，而后對脫除溶劑后的萃余物進行高壓等溫吸附實驗，從而達到在不考慮煤的顯微有機組成、化學結構以及礦物質含量等多因素條件下，僅考慮煤的孔隙性結構參數變化對吸附氣體的影響機理，從而增加煤吸附性研究的準確性。

本發明包括如下內容：

1、萃取用煤樣的預處理