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

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo del sequestro geologico dell'anidride carbonica e del recupero del metano a carbone sulla relazione tra le proprietà del carbone e l'adsorbimento del gas. Il vantaggio principale di questa tecnica è che il carico statico e dinamico può essere applicato sulla mattonella in stato di volume costante e l'intero processo di esperimento è visualizzato dal monitoraggio fotografico. Non vi è alcun requisito particolare per le specie del campione, pertanto questo metodo può essere applicato alle prove meccaniche di qualsiasi roccia porosa.

Per iniziare, pesare 1000 grammi e 300 grammi di carbone polverizzato con una distribuzione granulometrica da zero a un millimetro e da uno a tre millimetri rispettivamente. Mettili insieme in un bicchiere in una proporzione di massa da 0,76 a 0,24 e usa un'asta di vetro di sei millimetri di diametro per mescolarli bene. Per preparare il cemento, mettere quattro grammi di polvere di humate di sodio in un becher e aggiungere circa 96 millimetri di acqua distillata.

Utilizzare un'asta di vetro per mescolarli e assicurarsi che tutto l'humato di sodio sia ben sciolto. Quindi mescolare 230 grammi di polvere di carbone misto e 20 grammi di soluzione di humato di sodio in un becher. Per produrre una mattonella di dimensioni standard rivestire la superficie interna degli utensili modellanti con olio lubrificante.

Assemblare i componenti dell'utensile Piastra inferiore, corpo principale e anello e riempire il foro con 250 grammi di materiale misto. Mettere il pistone pressa sopra il materiale misto e posizionare tutte le parti sotto il pistone di una macchina di prova servo universale elettroidraulica. Avviare il software WinWdw per controllare la macchina di prova universale servoidraulica elettroidraulica.

Nel software, fare clic sull'intervallo di forza per impostare la forza massima su 50 kilonewton e fare clic su reset per cancellare il valore di spostamento. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sull'opzione forzare il controllo del caricamento. Impostare il rapporto di spostamento su 0,1 kilonewton al secondo.

Impostare il valore della forza di destinazione su 29,4 kilonewton e il tempo di attesa a 900 secondi. Quindi clicca all'inizio. Successivamente estraete gli strumenti di modellatura e invertiteli su una piastra di gomma.

Utilizzare un martello di gomma per smontare i componenti dell'utensile nell'ordine dal basso verso l'alto. Metti la mattonella in un incubatore di 40 gradi Celsius per 48 ore. In primo luogo, fissare la porta sul retro del recipiente visualizzato con bulloni ad alta resistenza.

Collegare il computer, la scatola di acquisizione dati e il sensore di pressione del gas incorporato alla porta sul retro. Per acquisire i dati sulla pressione del gas nel contenitore visualizzato, avviare il software Data Acquisition Sensor. Sul software, clicca all'inizio.

Aprire la valvola V1 e chiudere V2, V3 e V4 per aspirare la camera del contenitore visualizzato. Dopo 30 minuti spegnere V1 e pompa per vuoto. Aprire V2 e il serbatoio del gas con elio.

Utilizzare la valvola di riduzione della pressione manuale per regolare la pressione di uscita del serbatoio del gas. Osservare attentamente la curva di pressione del gas visualizzata sul sensore di acquisizione dati 16. Quando raggiunge circa due megapascals spegnere V2 e il serbatoio del gas.

Quindi, sul computer, avviare il software WinWdw per misurare la forza di attrito del pistone di carico che si muove verso il basso nella macchina di prova. Nel software, fare clic sull'intervallo di forza per impostare la forza massima su cinque kilonewton e fare clic su reset per cancellare il valore di spostamento. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sulla velocità di caricamento dello spostamento dell'opzione e impostare il rapporto di spostamento su un millimetro al minuto.

Il clic all'inizio. Aprire V4 e scaricare l'elio nell'aria. Smontare la porta sul retro del recipiente visualizzato e chiudere V4. Misurare l'altezza e il diametro della mattonella utilizzando una pinza vernier con una precisione di 0,02 millimetri.

Pesare la massa della mattonella utilizzando una bilancia elettronica con una precisione di 0,01 grammi. Installare il rullo a catena dell'apparato di prova di deformazione circonferenziale intorno alla posizione centrale della mattonella e fissare il supporto del morsetto. Collegare il sensore con la scatola di acquisizione dati attraverso il connettore dell'aviazione nella nave visualizzato e posizionarli sotto il pistone di carico.

Per garantire l'accuratezza dell'acquisizione dei dati, regolare il rullo della catena e la superficie superiore della mattonella in modo che siano paralleli al pistone di carico. Quindi avviare WinWdw per controllare la macchina di test universale. Nel software, fare clic con il pulsante sinistro del mouse sulla velocità di caricamento dello spostamento dell'opzione.

Impostare il rapporto di spostamento a 10 millimetri al minuto. Sul telecomando, premere il pulsante giù per la macchina di prova universale fino a quando la distanza lasciata tra il pistone e la mattonella è di circa uno o due millimetri. Quindi assemblare la porta sul retro del vaso visualizzato.

Aspirare la camera del recipiente visualizzato come in precedenza. Successivamente V3 aperto e il serbatoio del gas di anidride carbonica alla purezza 99.99%Utilizzare il valore di riduzione della pressione manuale per regolare la pressione di uscita del serbatoio del gas. Osservare attentamente la curva di pressione del gas visualizzata nel sensore di acquisizione dati 16.

Quando si avvicina abbastanza al valore target, chiudere V3 e il serbatoio del gas. Dopo 24 ore di adsorbimento la curva di pressione del gas rimane stabile e la mattonella ha raggiunto il suo stato di equilibrio dinamico di adsorbimento e desorbimento. Posizionare una fotocamera con un treppiede accanto alla finestra del recipiente visualizzato e regolare l'altezza e l'angolo per assicurarsi che l'immagine del campione sia visualizzata al centro dello schermo della fotocamera.

Avviare il software SDU Deformation Acquisition v2.0 per monitorare la deformazione circonferenziale della mattonella. Clicca all'inizio. Su WinWdw clicca su un nuovo campione e digita l'altezza e il diametro della mattonella.

Clicca sull'area sezionale e poi clicca su conferma. Fate clic sull'intervallo di forza per impostare la forza massima su cinque kilonewton e fate clic su reset per cancellare il valore di spostamento. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sulla velocità di caricamento dello spostamento dell'opzione e impostare il rapporto di spostamento a un millimetro al minuto.

Clicca all'inizio per comprimere l'esempio. Allo stesso tempo, premere il pulsante start sulla fotocamera per iniziare la registrazione video. Quando l'esempio fallisce completamente, fare clic su stop e salvataggio dei dati sia in WinWdw che in SDU Deformation Acquisition v2.0.

Quindi premere di nuovo il pulsante start sulla fotocamera per interrompere la registrazione video. Aprire V4 per rilasciare anidride carbonica nella camera del recipiente e smontare la porta sul retro del recipiente. Scollegare i connettori dell'aviazione per il sensore di pressione del gas e l'apparato di prova di deformazione circonferenziale.

Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sulla velocità di caricamento dello spostamento dell'opzione su WinWdw, impostare il rapporto di spostamento su 10 millimetri al minuto. Premere il pulsante su sul telecomando della macchina di prova universale. Quando il pistone di carico del recipiente si trova a circa due o tre millimetri sopra la mattonella, esettare la mattonella e rimuoverla dal rullo della catena.

Smontare l'utensile di connessione tra i pistoni e utilizzare un aspirapolvere per pulire il contenitore visualizzato. In questo esperimento, la prova di adsorbimento isotermico ha dimostrato una capacità simile di assorbimento del gas metano tra carbone grezzo e mattonella. La resistenza dei campioni di mattonella utilizzati nella prova ha avuto una certa fluttuazione, ma è stata piuttosto leggera e ha avuto poca influenza sull'analisi dei risultati sperimentali.

Quando si sono sotto diverse pressioni di anidride carbonica, che vanno da zero a due megapascal, le curve di deformazione assiale di sollecitazione hanno mostrato ovvie fasi di compattazione, deformazione elastica e plastica. Con l'aumentare della pressione dell'anidride carbonica, la resistenza al picco del campione di carbone è diminuita, dove ha mostrato una relazione non lineare. Il modulo elastico è diminuito in condizioni sature di anidride carbonica e la relazione tra il modulo elastico è diminuita e anche la pressione del gas non è lineare.

Le immagini ottenute attraverso la fotocamera mostrano l'evoluzione della frattura sulla superficie del campione, sotto diverse pressioni di anidride carbonica. Il metodo della dimensione del conteggio delle scatola è stato adottato per descrivere la caratteristica delle fratture nello stato di guasto sotto diverse pressioni di anidride carbonica. I coefficienti di correlazione tra il numero della scatola e la lunghezza laterale erano tutti superiori a 0,95.

I valori della dimensione frattale erano proporzionali a quelli della pressione dell'anidride carbonica e la loro tendenza indicava una somiglianza con quella del grado di danno al corpo carboniero. La cosa più importante è avere una buona comprensione della procedura di prova e una certa esperienza negli esperimenti di meccanica delle rocce e nel funzionamento dei gas ad alta pressione. Dopo il suo miglioramento, questa tecnica può fornire un modo per lo studio dei mezzi porosi e dell'effetto di accoppiamento del gas sotto stato di carico uniassiale o triassiale.

Poiché in questa tecnica vengono utilizzati serbatoi di gas ad alta pressione, le persone devono operare con attenzione durante il riempimento e il rilascio del gas.