Articolo metodologico

Un esperimento di compressione uniaxiale con CO2-Bearing Coal utilizzando un sistema di test di accoppiamento gas-solido con flusso-solido con un sistema di prova

DOI:

10.3791/59405

⸱

12 giugno 2019

 ,  ,  ,  , 
1Research Center of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo protocollo dimostra come preparare un campione di bricchetta e condurre un esperimento di compressione uniaxiale con una bricchetta in diverse pressioni di CO2 utilizzando un sistema di test di accoppiamento gas-solido visualizzato e a volume costante. Ha anche lo scopo di studiare i cambiamenti in termini di proprietà fisiche e meccaniche del carbone indotti dall'adsorbimento della CO 2.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L'iniezione dianidride carbonica (CO 2) in una profonda cucitura a carbone è di grande importanza per ridurre la concentrazione di gas a effetto serra nell'atmosfera e aumentare il recupero del metano carbonizzato. Un sistema di accoppiamento gas-solido visualizzato e a volume costante viene introdotto qui per studiare l'influenza dell'asorption di CO2 sulle proprietà fisiche e meccaniche del carbone. Essendo in grado di mantenere un volume costante e monitorare il campione utilizzando una fotocamera, questo sistema offre il potenziale per migliorare la precisione dello strumento e analizzare l'evoluzione della frattura con un metodo di geometria frattale. Questa carta fornisce tutte le fasi necessarie per eseguire un esperimento di compressione uniassiale con un campione di bricchette in diverse pressioni di CO2 con il sistema di test di accoppiamento gas-solido. Una bricchetta, pressata a freddo da carbone grezzo e cemento umido di sodio, viene caricata in CO2ad alta pressione e la sua superficie viene monitorata in tempo reale utilizzando una fotocamera. Tuttavia, la somiglianza tra la bricchetta e il carbone grezzo ha ancora bisognodi miglioramenti e un gas infiammabile come il metano (CH 4) non può essere iniettato per la prova. I risultati mostrano che l'asorptione di CO2 porta alla forza di picco e alla riduzione del modulo elastico della bricchetta, e l'evoluzione della frattura della bricchetta in uno stato di guasto indica caratteristiche frattali. La forza, il modulo elastico e la dimensione frattale sono tutti correlati con la pressione di CO2, ma non con una correlazione lineare. Il sistema di test di accoppiamento gas-solido visualizzato e a volume costante può servire da piattaforma per la ricerca sperimentale sulla meccanica delle rocce considerando l'effetto di accoppiamento multicampo.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La crescente concentrazione di CO2 nell'atmosfera è un fattore diretto che causa l'effetto del riscaldamento globale. A causa della forte capacità di sorption del carbone, il sequestro di CO2 in una cucitura a carbone è considerato un mezzo pratico e rispettoso dell'ambiente per ridurre le emissioni globali di gas serra1,2,3. Allo stesso tempo, il CO2 iniettato può sostituire CH4 e provocare la promozione della produzione di gas nel recupero del metano a carbone (ECBM)4,5,6. Le prospettive ecologiche ed economiche del sequestro di CO2 hanno recentemente attirato l'attenzione di tutto il mondo tra i ricercatori, nonché tra i diversi gruppi internazionali di protezione dell'ambiente e le agenzie governative.

Il carbone è una roccia eterogenea, strutturalmente anisotropica composta da un poro, frattura e matrice di carbone. La struttura dei pori ha una grande superficie specifica, che può adsorgare una grande quantità di gas, svolgendo un ruolo vitale nel sequestro del gas, e la frattura è il percorso principale per il flusso di gas libero7,8. Questa struttura fisica unica porta ad una grande capacità di adsorbimento del gas per CH4 e CO2. Il gas minerario viene depositato in un carbone in alcune forme: (1) adsorbito sulla superficie di micropori e pori più grandi; (2) assorbito nella struttura molecolare del carbone; (3) come gas libero in fratture e pori più grandi; (4) disciolti nell'acqua di deposito. Il comportamento di sorption del carbone a CH4 e CO2 provoca gonfiore a matrice, e ulteriori studi dimostrano che si tratta di un processo eterogeneo ed è correlato ai litotipi di carbone9,10,11. Inoltre, l'assorbimento del gas può causare danni nella relazione costitutiva del carbone12,13,14.

Il campione di carbone grezzo è generalmente utilizzato negli esperimenti di accoppiamento del carbone e della CO 2. In particolare, un grosso pezzo di carbone grezzo dalla faccia di lavoro in una miniera di carbone viene tagliato per preparare un campione. Tuttavia, le proprietà fisiche e meccaniche del carbone grezzo hanno inevitabilmente un alto grado di dispersione a causa della distribuzione spaziale casuale di pori naturali e fratture in una cucitura di carbone. Inoltre, il carbone portante del gas è morbido e difficile da rimodellato. Secondo i principi del metodo sperimentale ortogonale, la bricchetta, che viene ricostituita con polvere di carbone grezzo e cemento, è considerata come un materiale ideale utilizzato nella prova di sorption carbone15,16. Essendo pressato a freddo con i dadi metallici, la sua forza può essere preimpostata e rimane stabile regolando la quantità di cemento, che beneficia l'analisi comparativa dell'effetto a singola variabile. Inoltre, anche se la porosità del campione di bricchette è di 4-10 volte, quella del campione di carbone grezzo, caratteristiche di adsorbimento e desorption simili e curva di tensione-deformazione sono stati trovati nella ricerca sperimentale17,18 , 19 del 12 , 20. In questo documento è stato adottato uno schema analogo per il carbone portante del gas per preparare la bricchetta21. Il carbone grezzo è stato prelevato dalla faccia di lavoro 4671B6 nella miniera di carbone Xinzhuangzi, Huainan, provincia di Anhui, Cina. La cucitura del carbone si trova a circa 450 m sotto il livello del suolo e 360 m sotto il livello del mare, e si tuffa a circa 15 gradi ed è di circa 1,6 m di spessore. L'altezza e il diametro del campione di bricchette sono rispettivamente 100 mm e 50 mm, che è la dimensione consigliata suggerita dalla International Society for Rock Mechanics (ISRM)22.

I precedenti strumenti di prova di carico uniaxiale o triaxiale per esperimenti sul carbone a gas in condizioni di laboratorio presentano alcune carenze e limitazioni, presentati come borsisti23,24,25,26 ,27,28: (1) durante il processo di carico, il volume della nave diminuisce con il movimento del pistone, causando fluttuazioni nella pressione del gas e disturbi nell'asorpto di gas; (2) è difficile condurre il monitoraggio in tempo reale dei campioni e le misurazioni della deformazione circonferenziale in un ambiente ad alta pressione gassosa; (3) sono limitati alla stimolazione di disturbi del carico dinamico su campioni precaricati per analizzare le loro caratteristiche di risposta meccanica. Al fine di migliorare la precisione dello strumento e l'acquisizione dei dati nella condizione di accoppiamento solido come gas, è stato sviluppato un sistema di test visualizzato e a volume costante29 (Figura 1), incluso (1) un recipiente di carico visualizzato con camera a volume costante, che è la componente centrale; (2) un modulo di riempimento del gas con un canale a vuoto, due canali di riempimento e un canale di rilascio; (3) un modulo di carico assiale costituito da una macchina di prova elettronica-idraulica servo universale e da un computer di controllo; (4) un modulo di acquisizione dati composto da un apparato di misura dello spostamento circonferenziale, un sensore di pressione del gas e una telecamera nella finestra del recipiente di carico visualizzato.

Il recipiente di base visualizzato (Figura 2) è specificamente progettato in modo che due cilindri di regolazione siano fissati sulla piastra superiore e i loro pistoni si muovono contemporaneamente con quello di carico attraverso un fascio, e l'area sezionale del pistone di carico è uguale al somma di quella dei cilindri di regolazione. Scorrendo attraverso un foro interno e tubi morbidi, il gas ad alta pressione nella nave e i due cilindri è collegato. Pertanto, quando il pistone di carico della nave si muove verso il basso e comprime il gas, questa struttura può compensare la variazione di volume ed eliminare le interferenze di pressione. Inoltre, l'enorme controforza indotta dal gas esercitando sul pistone è prevenuta durante il test, migliorando significativamente la sicurezza dello strumento. Le finestre, dotate di vetro temperato e situate su tre lati della nave, forniscono un modo diretto per scattare una fotografia del campione. Questo vetro è stato testato con successo e ha dimostrato di resistere fino a 10 gas MPa con un basso tasso di espansione, alta resistenza, trasmissione della luce, e la stabilità chimica29.

Questo documento descrive la procedura per eseguire un esperimento di compressione uniassiale del carbone CO2-cuscinetto con il nuovo sistema di prova di accoppiamento gas-solido visualizzato e a volume costante, che include la descrizione di tutti i pezzi che preparano una bricchetta campione utilizzando polvere di carbone grezzo e humate di sodio, nonché le fasi successive per iniettare CO2 ad alta pressione e condurre la compressione uniaxial. L'intero processo di deformazione del campione viene monitorato utilizzando una fotocamera. Questo approccio sperimentale offre un modo alternativo per analizzare quantitativamente il danno indotto dall'adsorpazione e l'evoluzione della frattura caratteristica del carbone portatore di gas.

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Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Preparazione del campione

  1. Raccogliere i blocchi di carbone grezzo dalla faccia di lavoro 4671B6 dalla miniera di carbone Xinzhuangzi. Si noti che, a causa della bassa resistenza e scioltezza della struttura, il carbone grezzo è rotto e probabilmente mescolato con impurità. Per evitare l'influenza di questi fattori interni ed esterni, oltre a ridurre il più possibile l'inomogeneità del carbone, selezionare blocchi di carbone grandi (circa 15 cm di lunghezza, 10 cm di larghezza e 10 cm di altezza).
  2. Utilizzare una pinzetta per rimuovere le impurità mescolate nel carbone e strofinare la camera di frantumatore con cotone assorbente e acetaldeide.
  3. Distruggere i blocchi di carbone in piccoli pezzi con un frantoio mascella, e spostarlo in uno shaker setaccio dotato di schermi standard di 6 e 16 mesh. Posizionare la polvere di carbone ordinata separatamente in base al diametro.
  4. Pesare 1.000 g e 300 g di carbone polverizzato con una distribuzione delle dimensioni delle particelle di 0–1 mm e 1–3 mm, rispettivamente. Metteteli insieme in un becher in una proporzione di massa di 0,76:0.24 e mescolateli bene con un'asta di vetro (con un diametro di 6 mm).
    NOTA: Secondo la funzione gaudiana-scumana della teoria dell'imballaggio continuo, quando il valore di distribuzione delle dimensioni delle particelle (m) è pari a circa 0,25 (la massa della dimensione delle particelle è di 1-3 mm: massa totale è pari a 0,24), la forza della bricchetta è massima30.
  5. Per preparare il cemento, mettere 4 g di polvere di humate di sodio (99,99% purezza) in un bicchiere e aggiungere circa 96 mL di acqua distillata. Utilizzare un'asta di vetro per mescolare e assicurarsi che tutto l'humate di sodio sia ben sciolto.
    NOTA: La concentrazione di cemento influisce direttamente sulla forza compressiva della bricchetta. La tabella 1 rivela rapporti specifici di preparazione della bricchette, di cui il campione n. 2 è stato utilizzato per i risultati rappresentativi.
  6. Mettere 230 g di polvere di carbone misto e 20 g di soluzione di humate di sodio in un bicchiere e mescolarli insieme.
    NOTA: Sulla base delle precedenti esperienze di produzione di campioni, una bricchetta prodotta con 250 g di materiale, utilizzando il metodo della pressa a freddo, soddisfa il requisito di dimensione di un campione di roccia standard22, dove la polvere di carbone rappresenta il 92% e il cemento rappresenta l'8%.
  7. Premere a freddo la bricchetta utilizzando gli strumenti di sagomatura adattati alle dimensioni della bricchetta (Figura 3).
    1. Per produrre una bricchetta di dimensioni standard, rivestire la superficie interna degli strumenti di sagomatura con olio lubrificante. Assemblare i componenti dell'utensile #2, #3 e #4 della figura 3e riempire il foro con 250 g di materiale misto.
    2. Mettere componente #1 della Figura 3 sulla parte superiore del materiale, e posizionare tutto sotto il pistone di una macchina di prova elettronica-idraulica servo universale.
    3. Avviare il software WinWdw (o equivalente) per controllare la macchina di prova universale servo elettroidraulico. Nel software, fare clic su Forza Intervallo per impostare la forza massima a 50 kN, e fare clic su Reimposta per cancellare il valore di spostamento.
    4. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sull'opzione Forza il controllo di caricamento. Impostare il rapporto di movimento a 0,1 kN/s. Impostare il valore della forza di destinazione su 29,4 kN e mantenere il tempo a 900 s. Quindi, fare clic su Start.
    5. Estrarre gli strumenti di sagomatura e invertirli su una piastra di gomma. Utilizzare un martello di gomma per disassemblare i componenti dell'utensile #4, #2, #3 e #1 in questo ordine.
  8. Mettere la bricchetta in un'incubatrice di 40 gradi centigradi per 48 h. Quindi, pesare la sua massa con bilance elettroniche (con una precisione di 0,01 g) e misurarne l'altezza e il diametro con una pinza Vernier (con una precisione di 0,02 mm) dopo l'essiccazione.
  9. Misurare il contenuto di umidità, il contenuto di cenere e il contenuto volatile della bricchetta, utilizzando un analizzatore prossimo (vedi la tabella deimateriali) ad una temperatura di 20 gradi centigradi e un'umidità relativa del 65% (per standard GB/T 212-2008). Eseguire una misurazione della riflettanza della vitrinita sulla bricchetta lucidata, utilizzando un microscopio fotometro (per standard GB/T 6948-2008).
  10. Misurare la forza compressiva uniassiale, la forza della tensione, la coesione e l'angolo di attrito interno, utilizzando una macchina di prova universale e un apparato di taglio diretto controllato da deformazione (per standard GB/T 23561-2010). Eseguire una misurazione del rapporto di Poisson utilizzando un misuratore di deformazione di resistenza (per GB/T 22315-2008 standard).
  11. Condurre un test di adsorbione del carbone grezzo e della bricchetta, utilizzando uno strumento di adsorbizione isotermica (per standard GB/T19560-2008).

2. Metodi sperimentali

  1. Configurazione di laboratorio
    1. Posizionare il sistema di prova in un'area tranquilla e priva di vibrazioni di un laboratorio pulito senza interferenze elettromagnetiche. La temperatura ambiente deve rimanere stabile durante il test.
    2. Posizionare il recipiente visualizzato sulla piattaforma della macchina di prova universale servo elettroidraulico. Collegare il pistone della macchina di prova con quello della nave visualizzata con l'uso di uno strumento specifico (vedere Figura 4).
    3. Installare una valvola manuale a ridurre la pressione nell'ugello del serbatoio del gas. Collegare la valvola con il canale di riempimento del gas nella piastra inferiore del recipiente visualizzato tramite tubo molle (con un diametro interno di 5 mm e una pressione massima di 30 MPa). Collegare il canale a vuoto e la pompa a vuoto con lo stesso tubo.
    4. Fissare la porta posteriore del recipiente visualizzato con bulloni ad alta resistenza. Collegare il computer, la scatola di acquisizione dati (DAQ box) e il sensore di pressione del gas incorporato alla porta posteriore.
  2. Test di tenuta dell'aria e misurazione in bianco
    1. Per acquisire i dati di pressione del gas nel recipiente visualizzato, avviare il software DAQ Sensor-16 (o equivalente). Sul software, fare clic su Start.
    2. Avviare la pompa a vuoto. Aprire la valvola V1 (Figura 2) e chiudere V2, V3 e V4 (Figura 2). Aspirare la camera del recipiente visualizzata. Spegnere V1 e pompa sottovuoto fino a quando non è sotto vuoto.
    3. Aprire il V2 e il serbatoio del gas (con elio). Utilizzare la valvola manuale di riduzione della pressione per regolare la pressione di uscita del serbatoio del gas per approssimare 2 MPa (pressione relativa).
    4. Osservare attentamente la curva di pressione del gas visualizzata su DAQ Sensor-16. Quando è di circa 2 MPa, spegnere V2 e il serbatoio del gas.
      NOTA: Dopo 24 h, se la riduzione della pressione del gas è inferiore al 5%, la sealabilità del recipiente visualizzato è buona.
    5. Per misurare la forza di attrito del pistone di carico che si muove verso il basso, lanciare il software WinWdw per controllare la macchina di prova universale servo elettro-idraulico.
    6. Nel software, fare clic su Forza Intervallo per impostare la forza massima a 5 kN e fare clic su Reimposta per cancellare il valore di spostamento. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sull'opzione Frequenza di caricamento spostamento . Impostare il rapporto di movimento a 1 mm/min; quindi, fare clic su Start.
    7. Quando lo spostamento visualizzato su WinWdw è di circa 5 mm, fare clic su Interrompi. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse su Salvataggio dati per salvare la curva di spostamento forzata.
    8. Aprire V4 e scaricare l'elio in aria. Smontare la porta posteriore del recipiente visualizzato e chiudere V4.
      AVVISO: La porta e le finestre devono essere aperte per la ventilazione durante il rilascio del gas a causa del possibile rischio di soffocamento.
  3. Esperimento di compressione uniaxiale
    1. Misurare l'altezza (h) e il diametro (d) della bricchetta con una pinza Vernier (con una precisione di 0,02 mm). Pesare la massa (m) della bricchetta con bilance elettroniche (con una precisione di 0,01 g). Calcolare lafigure-protocol-1densità apparente ( ) con l'equazione seguente.
      figure-protocol-2
    2. Installare il rullo a catena dell'apparato di prova di deformazione circonferenziale intorno alla posizione centrale della bricchetta (Figura5, #1) e fissare il supporto del morsetto ( Figura5, #2). Collegare il sensore (Figura 5, #3) con la scatola DAQ attraverso il connettore aeronautico nella nave visualizzata (Figura 2) e posizionarli sotto il pistone di caricamento.
      NOTA: Per garantire l'accuratezza dell'acquisizione dei dati, regolare il rullo a catena e la superficie superiore del campione in modo che siano paralleli al pistone di caricamento.
    3. Avviare WinWdw per controllare la macchina di test universale. Nel software, fare clic con il pulsante sinistro del mouse sull'opzione Frequenza di caricamento spostamento . Impostare il rapporto di movimento a 10 mm/min. Premere il pulsante Giù sul controller remoto della macchina di prova universale fino a quando la distanza rimasta tra il pistone e il campione è di 1–2 mm. Quindi, assemblare la porta posteriore del recipiente visualizzato.
    4. Ripetere i passaggi 2.2.1–2.2.2. Aprire il V3 e il serbatoio del gas (CO2, purezza - 99,99%). Utilizzare la valvola manuale di riduzione della pressione per regolare la pressione di uscita del serbatoio del gas ad un certo valore.
    5. Osservare attentamente la curva di pressione del gas visualizzata in DAQ Sensor-16. Quando si avvicina abbastanza al valore obiettivo, chiudere V3 e il serbatoio del gas (CO2).
      NOTA: Quando la curva di pressione del gas rimane stabile, la bricchetta ha raggiunto il suo stato di equilibrio dinamico di adsorbimento e desorption. Generalmente, ci vogliono 6-8 h per la bricchetta per completamente adsorb. In questo test, il tempo di adsorzio è impostato a 24 h.
    6. Dopo 24 h, posizionare la fotocamera con un treppiede accanto alla finestra della nave visualizzata. Regolare l'altezza e l'angolo per assicurarsi che l'immagine del campione venga visualizzata al centro dello schermo della fotocamera.
    7. Avviare l'acquisizione di deformazione SDU del software V2.0 (o equivalente) per monitorare la deformazione circonferenzale della bricchetta. Fare clic su Start.
    8. Su WinWdw, fare clic su Nuovo Campione e digitare l'altezza e il diametro della bricchetta, fare clic su Area sezionale , quindi fare clic su Conferma. Fare clic su Forza intervallo per impostare la forza massima a 5 kN e fare clic su Reimposta per cancellare il valore di spostamento.
    9. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sull'opzione Frequenza di carico di spostamento e impostare il rapporto di spostamento su 1 mm/min. Fare clic su Start per comprimere il campione. Allo stesso tempo, premere il pulsante Start sulla fotocamera per avviare la registrazione video.
    10. Quando il campione fallisce completamente, fare clic su Stop e Data Save, in questo ordine, sia nell'acquisizione di deformazione WinWdw che SDU V2.0. Premere nuovamente il pulsante Start sulla fotocamera per interrompere la registrazione video.
    11. Ripetere il passaggio 2.2.8 per rilasciare CO2 nella camera della nave. Scollegare i connettori dell'aviazione per il sensore di pressione del gas e l'apparato di prova di deformazione circonferenziale.
    12. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sull'opzione Frequenza di caricamento spostamento in WinWdw. Impostare il rapporto di movimento a 10 mm/min. Premere il pulsante Su sul controller remoto della macchina di prova universale. Quando il pistone di carico della nave è di circa 2-3 mm sopra la bricchetta, estrarre la bricchetta e rimuoverla dal rullo della catena.
    13. Smantellare lo strumento di collegamento tra i pistoni. Pulire il recipiente visualizzato con un aspirapolvere.
  4. completamento
    1. Sulla base della curva di deformazione di sollecitazione-assiale e della curva di deformazione circonferenziale ottenuta da WinWdw e SDU deformazione acquisizione V2.0, calcolare la deformazione del volume del campione con la seguente equazione.
      figure-protocol-3
      Qui, figure-protocol-4 ceppo di volume di volume; figure-protocol-5 - deformazione assiale; figure-protocol-6 - ceppo circonferenziale.
    2. Ottenere la forza massima dalla curva di deformazione stress-assiale. Il tasso di riduzione della forza viene calcolato come segue.
      figure-protocol-7
      Qui, figure-protocol-8 tasso di riduzione della forza; figure-protocol-9 : forza massima del campione sotto una diversa pressione di CO2; figure-protocol-10 - potenza massima del campione nell'aria atmosferica.
    3. Calcolare il modulo elastico utilizzando lo stadio lineare nella curva di deformazione-assiale secondo la seguente equazione.
      figure-protocol-11
      Qui, figure-protocol-12 il modulo elastico del campione; figure-protocol-13 - incremento di sollecitazione lineare dello stadio (in megapascal); figure-protocol-14 : incremento di deformazione dello stadio lineare. Calcolare il tasso di riduzione del modulo elastico come indicato di seguito.
      figure-protocol-15
      Qui, figure-protocol-16 tasso di riduzione figure-protocol-17 del modulo elastico, il modulo elastico del campione sotto una diversa pressione di CO2; figure-protocol-18 - modulo elastico del campione nell'aria atmosferica.
    4. Selezionare le foto di esempio durante il test e le statistiche frattura area di copertura utilizzando un programma (ad esempio, scritto in MATLAB) secondo il metodo di dimensione box-counting.
      figure-protocol-19
      In figure-protocol-20 questo caso, il numero della griglia per figure-protocol-21 coprire l'area di frattura alla lunghezza laterale della griglia quadrata di ; figure-protocol-22 - una costante; figure-protocol-23 : dimensione frattale; figure-protocol-24 : lunghezza laterale della griglia quadrata. La dimensione minima della griglia è uguale alla dimensione in pixel in questo test.
      1. Calcolare il coefficiente di correlazione in base all'equazione seguente.
        figure-protocol-25
        Infigure-protocol-26 questo caso, coefficiente di correlazione; figure-protocol-27 - covarianza di figure-protocol-28 e figure-protocol-29 ; figure-protocol-30 - varianza di figure-protocol-31 ; figure-protocol-32 : varianza di figure-protocol-33 .

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Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La massa media del campione di bricchette era di 230 g. A seconda dell'analisi industriale, la bricchetta presentava un contenuto di umidità del 4,52% e un contenuto di cenere del 15,52%. Inoltre, il contenuto volatile era di circa il 31,24%. Poiché l'humate di sodio veniva estratto dal carbone, i componenti della bricchetta erano simili al carbone grezzo. Le caratteristiche fisiche sono visualizzate nella tabella 2.

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Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Considerando il pericolo del gas ad alta pressione, alcuni passaggi critici sono importanti durante il test. Le valvole e gli anelli O devono essere ispezionati e sostituiti regolarmente e qualsiasi fonte di accensione non deve essere consentita in laboratorio. Quando si utilizza la valvola manuale di regolazione della pressione, lo sperimentatore deve ruotare lentamente la valvola per aumentare gradualmente la pressione nel recipiente visualizzato. Non smontare il recipiente durante la prova. Al termine dell'esperimento...

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Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo lavoro è stato sostenuto dal China National National Scientific Instruments Development Project (Grant no. 1R2017MEE023).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
3Y-Leica MPV-SP fotometro sistema microfotometricoLeica, GermaniaM090063016Utilizzato per la misurazione della riflettanza vitrinite
Strumento automatico di adsorbimento isotermicoBeiShiDe Instrument Technology (Beijing)CO.,Ltd.3H-2000PHTest di adsorbimento isotermico
Macchina di prova universale servo elettroidraulicoJinan Shidaishijin macchina di prova CO., LtdWDW-100EIIIUtilizzato per fornire
pressione assiale
Sensore di pressione del gasBeijing Star Sensor Technology CO., LTDCYYZ11Monitoraggio della pressione del
gas Serbatoio del gas (anidride carbonica/elio)Heifei Henglong Gas., LtdGas risorsa
telecamera ad alta velocitàSony corporationFDR-AX30Monitoraggio delle immagini
IncubatoreYuyao YuanDong Fabbrica di strumenti digitaliXGQ-2000Bricchetta essiccazione
frantoio a mascelleHebi Tianke Instrument CO., LtdEP-2Macinazione del carbone
Valvola di riduzione manuale della pressioneShanghai Saergen Instrument CO., LtdR41Pressione del gas in uscita regolazione
Analizzatore di prossimitàChangsha Kaiyuan Instrument CO., Ltd5E-MAG6700Analisi industriale del carbone
Estensimetro a resistenzaJinan Sigmar Technology CO., LTDASMB3-16/8Misurazione del rapporto di Poisson
Setacciatore (6,16mesh)Hebi Tianguan Instrument CO., LtdGZS-300Riparo in polvere di carbone
Tubo morbidoJinan Quanxing Tubo ad alta pressione CO., Diametro interno = 5 mm
pressione massima=30 MPa
Apparecchio per test di deformazione circonferenziale campione di roccia standardHuainan Qingda Machinery CO., LtdAcquisizione di deformazione circonferenziale
Apparecchio di taglio diretto a deformazione controllata
Beijing Aerospace Huayu Test Instrument CO., LTDZJ-4AResistenza alla trazione, coesione, angolo di attrito interno
pompa
aspirazioneFujiwara, Giappone750DUtilizzato per vaccumizzare la nave
ValvolaJiangsu Subei Valve Co., LtdS4 NS-MG16-MF1Guarnizione del gas
Nave di caricamento visivoHuainan Qingda Machinery CO., LtdStrumento per il caricamento del campione
e il monitoraggio in tempo reale
Ltd di

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mazzotti, M., Pini, R., Storti, G. Enhanced coalbed methane recovery. Journal of Supercritical Fluids. 47 (3), 619-627 (2009).
  2. Litynski, J., et al. U.S. Department of Energy’s Regional Carbon Sequestration Partnership Program: Overview. Energy Procedia. 1 (1), 3959-3967 (2009).
  3. Lackner, K. S. A Guide to CO2 Sequestration. Science. 300 (5626), 1677-1678 (2015).
  4. Zhou, F. D., et al. A feasibility study of ECBM recovery and CO2, storage for a producing CBM field in Southeast Qinshui Basin, China. International Journal of Greenhouse Gas Control. 19 (19), 26-40 (2013).
  5. Zhou, F., Hussain, F., Cinar, Y. Injecting pure N2 and CO2 to coal for enhanced coalbed methane: Experimental observations and numerical simulation. International Journal of Coal Geology. 116 (5), 53-62 (2013).
  6. Pini, R., Ottiger, S., Storti, G., Mazzotti, M. Pure and competitive adsorption of CO2, CH4 and N2 on coal for ECBM. Energy Procedia. 1 (1), 1705-1710 (2009).
  7. Nie, B. S., Li, X. C., Cui, Y. J., Lu, H. Q. Theory and application of gas migration in coal seam. , Science Press. Beijing, China. (2014).
  8. Scott, A. R. Improving coal gas recovery with microbially enhanced coalbed methane. Coalbed Methane: Scientific, Environmental and Economic Evaluation. Mastalerz, M., Glikson, M., Golding, S. D. , Springer. Netherlands. 89-110 (1999).
  9. Gorucu, F., et al. Effects of matrix shrinkage and swelling on the economics of enhanced-coalbed-methane production and CO2 sequestration in coal. Spe Reservoir Evaluation Engineering. 10 (4), 382-392 (2007).
  10. Liu, S. M., Wang, Y., Harpalani, S. Anisotropy characteristics of coal shrinkage/swelling and its impact on coal permeability evolution with CO2 injection. Greenhouse Gases Science & Technology. 6 (5), 615-632 (2016).
  11. Larsen, J. W. The effects of dissolved CO2, on coal structure and properties. International Journal of Coal Geology. 57 (1), 63-70 (2004).
  12. Mastalerz, M., Gluskoter, H., Rupp, J. Carbon dioxide and methane sorption in high volatile bituminous coals from Indiana, USA. International Journal of Coal Geology. 60 (1), 43-55 (2004).
  13. Li, X. C., Nie, B. S., He, X. Q., Zhang, X., Yang, T. Influence of gas adsorption on coal body. Journal of China Coal Society. 36 (12), 2035-2038 (2011).
  14. Du, Q. H., Liu, X. L., Wang, E. Z., Wang, S. J. Strength Reduction of Coal Pillar after CO2 Sequestration in Abandoned Coal Mines. Minerals. 7 (2), 26-41 (2017).
  15. Zhao, B., et al. Similarity criteria and coal-like material in coal and gas outburst physical simulation. International Journal of Coal Science and Technology. 5 (2), 167-178 (2018).
  16. Xu, J., Ye, G. -b, Li, B. -b, Cao, J., Zhang, M. Experimental study of mechanical and permeability characteristics of moulded coals with different binder ratios. Rock and Soil Mechanics. 36 (1), 104-110 (2015).
  17. Barbara, D., et al. Balance of CO2/CH4 exchange sorption in a coal briquette. Fuel Processing Technology. 106 (2), 95-101 (2013).
  18. Benk, A., Coban, A. Molasses and air blown coal tar pitch binders for the production of metallurgical quality formed coke from anthracite fines or coke breeze. Fuel Processing Technology. 92 (5), 1078-1086 (2011).
  19. Zhao, H. B., Yin, G. Z. Study of acoustic emission characteristics and damage equation of coal containing gas. Rock and Soil Mechanics. 32 (3), 667-671 (2011).
  20. Cao, S. G., Li, Y., Guo, P., Bai, Y. J., Liu, Y. B. Comparative research on permeability characteristics in complete stress-strain process of briquette and coal samples. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 29 (5), 899-906 (2010).
  21. Wang, H. P., et al. Development of a similar material for methane-bearing coal and its application to outburst experiment. Rock and Soil Mechanics. 36 (6), 1676-1682 (2015).
  22. Ulusay, R. The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014. , Springer International Publishing. Switzerland. (2015).
  23. Ranathunga, A. S., Perera, M. S. A., Ranjith, P. G. Influence of CO2 adsorption on the strength and elastic modulus of low rank Australian coal under confining pressure. International Journal of Coal Geology. 167, 148-156 (2016).
  24. Ranjith, P. G., Perera, M. S. A. Effects of cleat performance on strength reduction of coal in CO2, sequestration. Energy. 45 (1), 1069-1075 (2012).
  25. Masoudian, M. S., Airey, D. W., El-Zein, A. Experimental investigations on the effect of CO2, on mechanics of coal. International Journal of Coal Geology. 128 (3), 12-23 (2014).
  26. Wang, S. G., Elsworth, D., Liu, J. S. Rapid decompression and desorption induced energetic failure in coal. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 7 (3), 345-350 (2015).
  27. Hadi Mosleh, M., Turner, M., Sedighi, M., Vardon, P. J. Carbon dioxide flow and interactions in a high rank coal: Permeability evolution and reversibility of reactive processes. International Journal of Greenhouse Gas Control. 70, 57-67 (2018).
  28. Abhijit, M., Harpalani, S., Liu, S. M. Laboratory measurement and modeling of coal permeability with continued methane production: Part 1 – Laboratory results. Fuel. 94 (1), 110-116 (2012).
  29. Li, Q. C., et al. Development and application of a gas-solid coupling test system in the visualized and constant volume loading state. Journal of China University of Mining & Technology. 47 (1), 104-112 (2018).
  30. Allen, T. Particle Size Measure. , China Architecture & Building Press. Beijing, China. (1984).
  31. Wang, H. P., et al. Coal and gas outburst simulation system based on CRISO model. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 34 (11), 2301-2308 (2015).
  32. Zhang, Q. H., et al. Exploration of similar gas like methane in physical simulation test of coal and gas outburst. Rock and Soil Mechanics. 38 (2), 479-486 (2017).
  33. Xia, G. Z. Study on density and refractive index of near-critical fluid. , Huazhong University of Science and Technology. Master’s degree thesis (2009).
  34. Ruppel, T. C., Grein, C. T., Bienstock, D. Adsorption of methane on dry coal at elevated pressure. Fuel. 53 (3), 152-162 (1974).
  35. Ranjith, P. G., Jasinge, D., Choi, S. K., Mehic, M., Shannon, B. The effect of CO2 saturation on mechanical properties of Australian black coal using acoustic emission. Fuel. 89 (8), 2110-2117 (2010).
  36. Viete, D. R., Ranjith, P. G. The effect of CO2, on the geomechanical and permeability behaviour of brown coal: Implications for coal seam CO2 sequestration. International Journal of Coal Geology. 66 (3), 204-216 (2006).
  37. Jiang, Y. D., Zhu, J., Zhao, Y. X., Liu, J. H., Wang, H. W. Constitutive equations of coal containing methane based on mixture theory. Journal of China Coal Society. 32 (11), 1132-1137 (2007).
  38. Xie, H. P., Gao, F., Zhou, H. W., Zuo, J. P. Fractal fracture and fragmentation in rocks. Journal of Seismology. 23 (4), 1-9 (2003).
  39. Miao, T. J., Yu, B. M., Duan, Y. G., Fang, Q. T. A fractal analysis of permeability for fractured rocks. International Journal of Heat & Mass Transfer. 81 (81), 75-80 (2015).
  40. Liu, R. C., Jiang, Y. J., Li, B., Wang, X. S. A fractal model for characterizing fluid flow in fractured rock masses based on randomly distributed rock fracture networks. Computers & Geotechnics. 65, 45-55 (2015).
  41. Pan, J. N., et al. Micro-pores and fractures of coals analysed by field emission scanning electron microscopy and fractal theory. Fuel. 164, 277-285 (2016).

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