可視化・定量ガス固体結合試験システムを用いたCO2-ベアリング石炭を用いた単軸圧縮実験

この方法は、石炭の特性とガス吸着との関係に関する二酸化炭素地質隔離および石炭メタン回収の分野における重要な質問に答えるのに役立つ。この技術の主な利点は、静的および動的負荷が一定のボリューム状態でブリケットに適用することができ、全体の実験プロセスは、写真の監視によって可視化されるということです。サンプルの種については特に必要な条件がないため、この方法は任意の多孔質岩の機械的試験に適用できます。

まず、1000グラムと300グラムの粉砕石炭の重量を量り、粒子径分布はそれぞれ0〜1ミリメートル、1〜3ミリメートルです。0.76から0.24の質量割合でビーカーに入れ、直径6ミリメートルのガラス棒をうまく混ぜます。セメントを準備するには、4グラムのヒューマ酸ナトリウム粉末をビーカーに入れ、約96ミリメートルの蒸留水を加えます。

ガラス棒を使用してそれらをかき混ぜ、すべてのhumateナトリウムが十分に溶解していることを確認してください。その後、混合石炭粉末の230グラムとビーカーに20グラムのhumate溶液を混ぜます。標準的なサイズのブリケットを製造するために、潤滑油で整形ツールの内面をコーティングします。

工具部品の下部プレート、本体およびリングを組み立て、穴を250グラムの混合材料で埋めます。混合材料の上にプレスピストンを置き、電気油圧サーボユニバーサル試験機のピストンの下にすべての部品を置きます。ソフトウェア WinWdw を起動して、電気油圧サーボユニバーサルテスト機を制御します。

ソフトウェアで、力の範囲をクリックして最大力を 50 キロニュートンに設定し、リセットをクリックして変位値をクリアします。オプション荷重の負荷制御を左クリックします。移動率を 1 秒あたり 0.1 キロニュートンに設定します。

目標力の値を 29.4 キロニュートンに、保持時間を 900 秒に設定します。次に、スタートをクリックします。その後、整形ツールを取り出し、ゴム板にそれらを反転させます。

ゴムハンマーを使用して、工具部品を下から上へ順番に分解します。40°Cインキュベーターにブリケットを48時間入れます。まず、視覚化された容器のバックドアを高強度ボルトで固定します。

コンピュータ、データ取得ボックス、埋め込みガス圧力センサをバックドアに接続します。可視化された容器のガス圧力データを取得するために、ソフトウェアデータ取得センサーを起動します。ソフトウェアで、[スタート]をクリックします。

バルブV1を開き、V2、V3、V4を閉じて、視覚化された容器室を真空にします。30分後にV1と真空ポンプをオフにします。V2とヘリウム付きのガスタンクを開きます。

手動の圧力低減バルブを使用して、ガスタンクの出口圧力を調整します。データ取得センサ16に表示される気圧曲線を注意深く観察する。約2メガパスカルに達すると、V2とガスタンクをオフにします。

次に、コンピュータ上で、ソフトウェアWinWdwを起動して、試験機で下方に移動するピストンの摩擦力を測定します。ソフトウェアで、力の範囲をクリックして最大力を5キロニュートンに設定し、リセットをクリックして変位値をクリアします。オプションの変位荷重率を左クリックし、移動率を1分あたり1ミリメートルに設定します。

開始のクリック。V4を開き、ヘリウムを空気中に排出します。可視化された容器のバックドアを分解し、V4を閉じます。0.02ミリメートルの精度でバーニアキャリパーを使用して、ブリケットの高さと直径を測定します。

0.01グラムの精度で電子スケールを使用してブリケットの質量を計量します。ブリケットの中央位置の周りに周方向変形試験装置のチェーンローラーを取り付け、クランプホルダーを固定します。センサーをデータ取得ボックスに接続し、視覚化された容器内の航空コネクタを介して、ローディングピストンの下に配置します。

データ取得の精度を確保するには、チェーンローラーとブリケットの上面を、ローディングピストンと平行になるように調整します。次に、WinWdw を起動してユニバーサルテスト機を制御します。ソフトウェアで、オプションの変位荷重率を左クリックします。

移動率を1分あたり10ミリメートルに設定します。リモートコントローラで、ピストンとブリケットの間の距離が1〜2ミリメートル前後になるまで、ユニバーサルテスト機の下ボタンを押します。次に、可視化された容器の裏口を組み立てます。

以前のように視覚化された容器室を真空します。次にV3を開き、純度99.99%で二酸化炭素のガスタンクは、ガスタンクの出口圧力を調整するために、手動圧力低減値を使用してください。データ取得センサ16に表示される気圧曲線を注意深く観察する。

目標値に近づいたら、V3とガスタンクを閉じます。吸着時間24時間後、気圧曲線は安定したままで、ブリケットはその吸着と脱着の動的平衡状態に達した。視覚化された容器の窓の横に三脚を持つカメラを配置し、高さと角度を調整して、サンプルの画像がカメラ画面の中央に表示されるようにします。

ソフトウェア SDU 変形集録 v2.0 を起動して、ブリケットの周方向変形を監視します。開始をクリックします。WinWdwで新しいサンプルをクリックし、ブリケットの高さと直径を入力します。

セクション領域をクリックし、確認をクリックします。力の範囲をクリックして最大力を5キロニュートンに設定し、リセットをクリックして変位値をクリアします。オプションの変位荷重率を左クリックし、移動率を1分あたり1ミリメートルに設定します。

サンプルを圧縮するには、[開始]をクリックします。同時に、ビデオ録画を開始するために、カメラの開始ボタンを押してください。サンプルが完全に失敗したら、WinWdw と SDU デフォーメーションアクジション v2.0 の両方で、ストップとデータ保存をクリックします。

次に、カメラのスタートボタンをもう一度押して、ビデオ録画を停止します。V4を開いて容器室に二酸化炭素を放出し、容器の裏口を分解する。ガス圧力センサおよび周変形試験装置用の航空コネクタを外します。

WinWdw のオプション変位荷重率を左クリックし、移動率を 1 分あたり 10 ミリメートルに設定します。ユニバーサルテスト機のリモコンのアップボタンを押します。容器のローディングピストンがブリケットの上に2〜3ミリメートルの周りである場合は、ブリケットを取り出し、チェーンローラーからそれを取り外します。

ピストン間の接続ツールを解体し、掃除機を使用して、可視化された容器を洗浄します。この実験では、等温吸着試験は、生炭とブリケットの間のメタンガス吸着のための同様の能力を証明した。試験で使用されたブリケットサンプルの強度は若干変動しましたが、かなりわずかで、実験結果の分析にほとんど影響を与えなければなりませんでした。

ゼロから2メガパスカルの範囲で異なる二酸化炭素圧力の下で、応力軸ひずみ曲線は明らかな圧縮、弾性および塑性変形相を示した。二酸化炭素圧力が増加するにつれて、石炭試料のピーク強度が低下し、そこで非線形関係を示した。弾性率は二酸化炭素飽和状態下で減少し、弾性率とガス圧の関係も非線形であった。

カメラを通じて得られた画像は、異なる二酸化炭素圧力の下で、サンプルの表面上の骨折の進化をイベントします。箱の計数法は、異なる二酸化炭素圧力下での破壊状態の破壊の特徴を記述するために採用された。ボックス数と辺の長さの間の相関係数は、すべて0.95以上でした。

フラクタル次元の値は二酸化炭素圧力の値に比例し、その傾向は石炭体の損傷の程度と類似性を示した。最も重要なことは、試験手順と岩石力学の実験と高圧ガスの操作のいくつかの経験をよく理解することです。その改善後、この技術は、単軸または三軸荷重状態下で多孔質媒体およびガス結合効果の研究のための方法を提供することができる。

この技術では高圧ガスタンクが使用されるため、ガス充填や放出時には慎重に運転する必要があります。