Name: Um experimento de compactação uniaxial com carvão de rolamento de CO2usando um sistema de teste de acoplamento de gás sólido de volume visualizado e constante (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 27 s
Description: Explore a compactação uniaxial de briquetes de carvão sob pressões variáveis de CO2 usando um sistema de teste de acoplamento gás-sólido com visualização. Este método permite aplicar cargas estáticas e dinâmicas em estado de volume constante.

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Este trabalho foi apoiado pelo projeto nacional de desenvolvimento de instrumentos científicos da China (Grant no. 51427804) e a Shandong Province National natural Science Foundation (Grant no. ZR2017MEE023).

1. preparação da amostra
<ol><li>Colete blocos de carvão cru da face de trabalho 4671B6 da mina de carvão Xinzhuangzi. Note que, devido à baixa resistência e frouxidão da estrutura, o carvão cru é quebrado e provavelmente misturado com impurezas. Para evitar a influência desses fatores internos e externos, bem como reduzir a inhomogeneidade do carvão, tanto quanto possível, selecione grandes blocos de carvão (cerca de 15 cm de comprimento, 10 cm de largura e 10 cm de altura).</li>
	<li>Use um pinça para remover as impurezas misturadas no carvão e esfregue a câmara do triturador com algodão absorvente e acetaldehyde.</li>
	<li>Esmagar os blocos de carvão em pedaços pequenos com um triturador de mandíbula, e abrigue-os em um agitador de peneira equipado com telas padrão de 6 e 16 mesh. Coloc o pó de carvão classificado separada de acordo com o diâmetro.</li>
	<li>Pesar 1.000 g e 300 g de carvão pulverizado com uma distribuição granulométrica de 0 – 1 mm e 1 – 3 mm, respetivamente. Coloque-os juntos em uma taça em uma proporção de massa de 0,76:0,24 e misture bem com uma haste de vidro (com um diâmetro de 6 mm). Nota: de acordo com a função de Gaudian-Schuman da teoria contínua da embalagem, quando o valor da distribuição do tamanho de partícula (m) iguala aproximadamente 0,25 (a massa do tamanho de partícula é 1 – 3 milímetros: massa total = 0,24), a força do briquete é30máximos.</li>
	<li>Para preparar o cimento, coloque 4 g de pó de Humate de sódio (99,99% de pureza) em um copo e acrescente aproximadamente 96 mL de água destilada. Use uma haste de vidro para agitá-los e certifique-se de que todo o Humate do sódio está dissolvido bem. Nota: a concentração do cimento afeta diretamente a força compressiva do briquete. A tabela 1 revela proporções específicas de preparo do briquete, das quais a amostra n º 2 tem sido utilizada para os resultados representativos.</li>
	<li>Coloque 230 g de pó de carvão misto e 20 g de solução de Humate de sódio em um copo e misture-os juntos. Nota: com base nas experiências anteriores de fazer amostras, um briquete produzido com 250 g de material, usando o método de prensa fria, atende a exigência de tamanho de uma amostra de rocha padrão22, onde o pó de carvão responde por 92% e contas de cimento para 8%.</li>
	<li>Pressione a frio o briquete usando as ferramentas de modelagem adaptadas ao tamanho do briquete (Figura 3).<ol>
<li>Para produzir um briquete de tamanho padrão, cubra a superfície interna das ferramentas de modelagem com óleo lubrificante. Monte os componentes da ferramenta #2, #3 e #4 da Figura 3e encha o furo com 250 g de material misto.</li>
		<li>Põr o #1 componente da Figura 3 sobre o material, e coloc tudo o pistão de uma máquina de teste universal servo electro-hydraulic.</li>
		<li>Lance o software Winwdw (ou equivalente) para controlar a máquina de teste universal servo electro-hydraulic. No software, clique no intervalo de força para definir a força máxima para 50 kN, e clique em Redefinir para limpar o valor de deslocamento.</li>
		<li>Clique com o lado esquerdo no controle de carga da opção Force. Ajuste a relação movente em 0,1 kN/s. Ajuste o valor da força do alvo em 29,4 kN e prendendo o tempo em 900 s. Em seguida, clique em Iniciar.</li>
		<li>Tire as ferramentas de modelagem e inverta-as em uma placa de borracha. Use um martelo de borracha para desmontar componentes da ferramenta #4, #2, #3 e #1 nessa ordem.</li>
	</ol></li>
	<li>Coloque o briquete em uma incubadora de 40 ° c por 48 h. Em seguida, pesar sua massa com escalas eletrônicas (com uma precisão de 0, 1 g) e medir sua altura e diâmetro com um paquímetro vernier (com uma precisão de 0, 2 mm) após a secagem.</li>
	<li>Meça o índice de umidade, o índice de cinza, e o índice volátil do briquete, usando um analisador centesimal (veja a tabela dos materiais) em uma temperatura de 20 ° c e uma umidade relativa de 65% (por o padrão GB/T 212-2008). Realize uma medição de reflectância Vitrinita no briquete polido, utilizando um microscópio fotômetro (por padrão GB/T 6948-2008).</li>
	<li>Meça a força de compressão uniaxial, a força elástica, a coesão, e o ângulo interno da fricção, usando uma máquina de teste universal e um instrumento direto controlado tensão da tesoura (por o padrão GB/T 23561-2010). Realize uma medição da razão de Poisson usando um medidor de tensão de resistência (por padrão GB/T 22315-2008).</li>
	<li>Conduza um teste de adsorção do carvão cru e do briquete, usando um instrumento da adsorção do isoterma (por o padrão GB/T19560-2008).</li>
</ol>2. métodos experimentais
<ol><li>Instalação laboratorial
	<ol>
<li>Coloc o sistema de teste em uma área quieta, vibração-livre de um laboratório limpo sem interferência eletromagnética. A temperatura ambiente deve permanecer estável durante o teste.</li>
		<li>Põr a embarcação visualizada na plataforma da máquina de teste universal servo electro-hydraulic. Conecte o pistão da máquina de teste com o do vaso visualizado com o uso de uma ferramenta específica (ver Figura 4).</li>
		<li>Instale uma válvula de redução de pressão manual no bocal do tanque de gás. Conecte a válvula com o canal de enchimento do gás na placa inferior da embarcação visualizada pela tubulação macia (com um diâmetro interno de 5 milímetros e uma pressão máxima de 30 MPa). Ligue o canal de vácuo e a bomba de vácuo com o mesmo tubo.</li>
		<li>Fixe a porta traseira da embarcação visualizada com os parafusos de grande resistência. Conecte o computador, a caixa de aquisição de dados (caixa DAQ) e o sensor de pressão de gás incorporado à porta traseira.</li>
	</ol></li>
	<li>Teste da tensão do ar e medida em branco
	<ol>
<li>Para adquirir os dados de pressão de gás no vaso visualizado, inicie o software DAQ sensor-16 (ou equivalente). No software, clique em Iniciar.</li>
		<li>Ligue a bomba de vácuo. Abra a válvula V1 (Figura 2) e feche v2, v3 e V4 (Figura 2). Aspirar a câmara do vaso visualizado. Desligue v1 e a vácuo-bombeie-o até que esteja o vácuo.</li>
		<li>Abra V2 e o tanque de gás (com hélio). Use a válvula de redução de pressão manual para ajustar a pressão de saída do tanque de gás para aproximar 2 MPa (pressão relativa).</li>
		<li>Observe cuidadosamente a curva de pressão de gás exibida no DAQ sensor-16. Quando é aproximadamente 2 MPa, desligue V2 e o tanque de gás. Nota: após 24 h, se a redução da pressão de gás for inferior a 5%, a selabilidade do vaso visualizado é boa.</li>
		<li>Para medir a força da fricção do pistão do carregamento que move-se para baixo, lanç o software Winwdw para controlar a máquina de teste universal servo electro-hydraulic.</li>
		<li>No software, clique no intervalo de força para definir a força máxima para 5 kN e clique em Redefinir para limpar o valor de deslocamento. Clique com o lado esquerdo na taxade carregamento de deslocamento da opção. Ajuste a relação movente em 1 milímetro/minuto; em seguida, clique em Iniciar.</li>
		<li>Quando o deslocamento exibido no Winwdw é de aproximadamente 5 mm, clique em parar. Clique com o lado esquerdo em salvar dados para salvar a curva de deslocamento de força.</li>
		<li>Abra v4 e descarga de hélio no ar. Desmontar a porta traseira do vaso visualizado e fechar v4. Atenção: a porta e as janelas devem estar abertas para ventilação durante a libertação do gás devido ao possível risco de sufocação.</li>
	</ol></li>
	<li>Experimento de compressão uniaxial
	<ol><li>Meça a altura (h) e o diâmetro (d) do briquete com um paquímetro vernier (com uma precisão de 0, 2 mm). Pesar a massa (m) do briquete com escalas eletrônicas (com uma precisão de 0, 1 g). Calcule sua densidade aparente (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq1.jpg">) com a seguinte equação. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq2.jpg"></li>
		<li>Instale o rolo de corrente do aparelho de teste de deformação circunferencial em torno da posição intermediária do briquete (Figura 5, #1) e fixe o suporte da braçadeira (Figura 5, #2). Conecte o sensor (Figura 5, #3) com a caixa DAQ através do conector de aviação no vaso visualizado (Figura 2) e coloque-os o pistão de carga. Nota: para assegurar a exatidão da aquisição de dados, ajuste o rolo da corrente e a superfície superior da amostra de modo que estejam paralelas ao pistão do carregamento.</li>
		<li>Inicie o Winwdw para controlar a máquina de teste universal. No software, clique com o lado esquerdo na taxade carregamento de deslocamento da opção. Ajuste a relação movente em 10 milímetros/minuto. Pressione a tecla para baixo no controlador remoto da máquina de teste universal até que a distância deixada entre o pistão e a amostra seja 1 – 2 milímetros. Em seguida, montar a porta traseira do vaso visualizado.</li>
		<li>Repita os passos 2.2.1 – 2.2.2. Abra v3 e o tanque de gás (CO2, pureza = 99,99%). Use a válvula de redução de pressão manual para ajustar a pressão de saída do tanque de gás a um determinado valor.</li>
		<li>Observe cuidadosamente a curva de pressão de gás exibida no DAQ sensor-16. Quando chegar perto o suficiente para o valor-alvo, feche v3 e o tanque de gás (CO2). Nota: quando a curva de pressão de gás permanece estável, o briquete atingiu seu estado de equilíbrio dinâmico de adsorção e dessorção. Geralmente, leva 6 – 8 h para o briquete para Adsorb totalmente. Neste teste, o tempo de adsorção é fixado em 24 h.</li>
		<li>Após 24 h, coloque a câmera com um tripé ao lado da janela do vaso visualizado. Ajuste a altura e o ângulo para garantir que a imagem da amostra seja mostrada no centro da tela da câmera.</li>
		<li>Inicie o software SDU deformação aquisição v 2.0 (ou equivalente) para monitorar a deformação circunferencial do briquete. Clique em Iniciar.</li>
		<li>No Winwdw, clique em nova amostra e digite a altura e o diâmetro do briquete, clique na área seccional e, em seguida, clique em confirmar. Clique no intervalo de força para definir a força máxima para 5 kN, e clique em Redefinir para limpar o valor de deslocamento.</li>
		<li>Clique com o esquerdo no deslocamento da opção taxa de carregamento e defina a relação de movimento em 1 mm/min. clique em Iniciar para compactar o exemplo. Ao mesmo tempo, pressione o botão Iniciar na câmera para iniciar a gravação de vídeo.</li>
		<li>Quando a amostra falha totalmente, clique em parar e salvardados, nessa ordem, em ambos winwdw e SDU deformação aquisição v 2.0. Pressione o botão Iniciar novamente na câmera para interromper a gravação de vídeo.</li>
		<li>Repita a etapa 2.2.8 para liberar o CO2 na câmara do vaso. Desconecte os conectores de aviação para o sensor de pressão de gás e o aparelho de teste de deformação circunferencial.</li>
		<li>Clique com o lado esquerdo na taxa de carregamento de deslocamento de opção no winwdw. Ajuste a relação movente em 10 milímetros/minuto. Pressione o botão para cima no controle remoto da máquina de teste universal. Quando o pistão de carga da embarcação é de cerca de 2 – 3 mm acima do briquete, retire o briquete e retire-o do rolo de corrente.</li>
		<li>Desmontar a ferramenta de conexão entre os pistões. Limpe a embarcação visualizada com um aspirador de pó.</li>
	</ol></li>
	<li>Conclusão
	<ol>
<li>Com base na curva tensão-axial de deformação e na curva de deformação circunferencial Obtida de Winwdw e SDU, a aquisição deformações v 2.0, calcula a cepa volumétrica da amostra com a seguinte equação. <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq3.jpg"> Aqui, <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq4.jpg"> = volume de tensão; <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq5.jpg"> = deformação axial; <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq6.jpg"> = estirpe circunferencial.</li>
		<li>Obtenha a força de pico da curva tensão-axial de deformação. A taxa de redução de força é calculada da seguinte forma. <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq7.jpg"> Aqui, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq8.jpg"> = taxa de redução de força; <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq9.jpg"> = força de pico da amostra uma pressão diferente de co2; <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq10.jpg"> = força máxima da amostra no ar atmosférico.</li>
		<li>Calcule o módulo elástico usando o estágio linear na curva tensão-axial da deformação de acordo com a seguinte equação. <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq11.jpg"> Aqui, <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq12.jpg"> = módulo elástico da amostra; <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq13.jpg"> = incremento de estresse linear do estágio (em megapascal); <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq14.jpg"> = incremento de deformação do estágio linear. Calcule a taxa de redução do módulo elástico da seguinte maneira. <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq15.jpg"> Aqui, <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq16.jpg"> = taxa de redução do módulo <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq12.jpg"> elástico, = módulo elástico da amostra uma pressão diferente de co2; <img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq17.jpg"> = módulo elástico da amostra no ar atmosférico.</li>
		<li>Selecione fotos de amostra durante o teste e as estatísticas de fratura cobrindo área usando um programa (por exemplo, escrito em MATLAB) de acordo com o método de dimensão de contagem de caixa. <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq18.jpg"> Aqui, <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq19.jpg"> = número da grade para cobrir a área de fratura no comprimento do lado da <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq20.jpg"> grade quadrada de; <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq21.jpg"> = uma constante; <img alt="Equation 22" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq22.jpg"> = dimensão fractal; <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq20.jpg"> = comprimento lateral da grelha quadrada. O tamanho mínimo da grade é igual ao tamanho do pixel neste teste.<ol>
<li>Calcule o coeficiente de correlação de acordo com a equação a seguir. <img alt="Equation 23" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq23.jpg"> Aqui,<img alt="Equation 24" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq24.jpg"> = coeficiente de correlação; <img alt="Equation 25" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq25.jpg"> = covariância de <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq26.jpg"> e <img alt="Equation 27" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq27.jpg"> ; <img alt="Equation 28" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq28.jpg"> = variância de <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq26.jpg"> ; <img alt="Equation 29" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq29.jpg"> = variância de <img alt="Equation 27" src="/files/ftp_upload/59405/59405eq27.jpg"> .</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

Considerando o perigo de gás de alta pressão, algumas etapas críticas são importantes durante o teste. As válvulas e os anéis O devem ser inspecionados e substituídos regularmente, e qualquer fonte de ignição não deve ser permitida no laboratório. Ao usar a válvula de regulação de pressão manual, o experimentador deve torcer a válvula lentamente para fazer a pressão no aumento do vaso visualizado gradualmente. Não desmontar a embarcação durante o teste. Quando o experimento estiver terminado, a porta traseira da embarcaç...

A crescente concentração de CO2 na atmosfera é um fator direto que causa o efeito do aquecimento global. Devido à forte capacidade de sorção de carvão, o sequestro de CO2 em uma costura de carvão é considerado como um meio prático e favorável ao meio ambiente para reduzir a emissão global de gases de efeito estufa1,2,3. Ao mesmo tempo, o co2 injetado pode substituir o ch4 e resultar na promoção da produção de gás na recuperação de metano coalleito (ecbm)4,5,6. As perspectivas ecológicas e econômicas do sequestro de CO2 têm atraído recentemente a atenção mundial entre os pesquisadores, bem como entre diferentes grupos internacionais de proteção ambiental e agências governamentais.
O carvão é uma rocha heterogênea, estruturalmente anisotrópica, composta por poros, fraturas e matriz de carvão. A estrutura do pore tem uma grande área de superfície específica, que possa adsorver uma grande quantidade de gás, jogando um papel vital no sequestro do gás, e a fratura é o trajeto principal para o fluxo de gás livre7,8. Esta estrutura física original conduz a uma grande capacidade da adsorção do gás para CH4 e co2. O gás de mina é depositado em do do em algumas formas: (1) adsorvida na superfície de microporos e poros maiores; (2) absorvido na estrutura molecular de carvão; (3) como gás livre em fraturas e poros maiores; e (4) dissolvidos em água de depósito. O comportamento de sorção de carvão para CH4 e co2 provoca inchaço da matriz, e estudos adicionais demonstram que é um processo heterogêneo e está relacionado com os litotipos de carvão9,10,11. Além disso, a sorção de gás pode resultar em danos na relação constitutiva do carvão12,13,14.
A amostra de carvão cru é geralmente usada em experimentos de acoplamento de carvão e CO2 . Especificamente, um grande pedaço de carvão cru da face de trabalho em uma mina de carvão é cortado para preparar uma amostra. No entanto, as propriedades físicas e mecânicas do carvão cru inevitavelmente têm um alto grau de dispersão devido à distribuição espacial aleatória de poros naturais e fraturas em uma costura de carvão. Além disso, o carvão de rolamento de gás é macio e difícil de ser remodelada. De acordo com os princípios do método experimental ortogonal, o briquete, que é reconstituído com pó de carvão cru e cimento, é considerado como um material ideal utilizado no teste de sorção de carvão15,16. Sendo prensado a frio com o metal morre, sua força pode ser predefinida e permanece estável ajustando a quantidade de cimento, que beneficia a análise comparativa do efeito da único-variável. Adicionalmente, embora a porosidade da amostra de briquete seja ~ 4-10 vezes, a da amostra de carvão cru, características similares de adsorção e dessorção e curva tensão-deformação foram encontradas na pesquisa experimental17,18 , 19 anos de , 20. neste artigo, foi adotado um esquema de material similar para carvão com gás para preparar o briquete21. O carvão cru foi tomado da cara 4671B6 de trabalho na mina de carvão de Xinzhuangzi, Huainan, província de Anhui, China. A costura de carvão é de aproximadamente 450 m abaixo do nível do solo e 360 m abaixo do nível do mar, e mergulha em cerca de 15 ° e é de aproximadamente 1,6 m de espessura. A altura e o diâmetro da amostra de briquete são de 100 mm e 50 mm, respectivamente, que é o tamanho recomendado sugerido pela sociedade internacional de mecânica de rochas (ISRM)22.
Os instrumentos de teste de carga uniaxial ou triaxial anteriores para experimentos de carvão com gás em condições laboratoriais têm algumas deficiências e limitações, apresentadas como bolsistas23,24,25,26 ,27,28: (1) durante o processo de carregamento, o volume do vaso diminui com o movimento do pistão, causando flutuações na pressão do gás e distúrbios na sorção de gás; (2) a monitoração da imagem do tempo real das amostras, assim como medidas circunferenciais da deformação em um ambiente elevado da pressão de gás, é difícil de conduzir; (3) limitam-se à estimulação de distúrbios de carga dinâmica em amostras pré-carregadas para analisar suas características de resposta mecânica. A fim de melhorar a precisão do instrumento e a aquisição de dados na condição de acoplamento gás-sólido, foi desenvolvido um sistema de teste de volume constante e visualizado29 (Figura 1), incluindo (1) um vaso de carga visualizado com um Câmara de volume constante, que é o componente principal; (2) um módulo de enchimento de gás com um canal de vácuo, dois canais de enchimento, e um canal de liberação; (3) um módulo de carregamento axial que consiste em uma máquina de teste universal servo electro-hydraulic e em um computador do controle; (4) um módulo de aquisição de dados composto por um aparelho de medição de deslocamento circunferencial, um sensor de pressão de gás e uma câmera na janela do vaso de carga visualizado.
O núcleo visualizado embarcação (Figura 2) é projetado especificamente de modo que dois cilindros de ajuste são fixados na placa superior e seus pistões se movem simultaneamente com o carregamento um através de um feixe, e a área secional do pistão do carregamento é igual ao soma dos cilindros de regulação. Fluindo através de um furo interno e de umas tubulações macias, o gás de alta pressão na embarcação e nos dois cilindros é conectado. Conseqüentemente, quando o pistão do navio-carregamento se move para baixo e comprime o gás, esta estrutura pode compensar a mudança no volume e eliminar a interferência da pressão. Além disso, a enorme contraforça induzida por gás exercida sobre o pistão é impedida durante o teste, melhorando significativamente a segurança do instrumento. As janelas, que são equipadas com o vidro de borosilicato moderado e situadas em três lados da embarcação, fornecem uma maneira direta de tomar uma fotografia da amostra. Este vidro foi testado com sucesso e provou resistir a um gás de até 10 MPa com uma baixa taxa da expansão, um transmittance de grande resistência, claro, e uma estabilidade química29.
Este trabalho descreve o procedimento para realizar uma experiência de compressão uniaxial de carvão de CO2-Bearing com o novo sistema de teste de acoplamento gás-sólido visualizado e de volume constante, que inclui a descrição de todas as peças que preparam um briquete amostra usando pó de carvão cru e Humate do sódio, assim como as etapas sucessivas para injetar a alta pressão CO2 e para conduzir a compressão uniaxial. Todo o processo de deformação da amostra é monitorado usando uma câmera. Esta abordagem experimental oferece uma forma alternativa de analisar quantivamente os danos induzidos pela adsorção e a evolução da fratura característicos do carvão de carga gasosa.

<table><tbody><tr>sistema microfotométrico <td>Leica, Alemanha</td><td>M090063016</td> do <td>fotômetro 3Y-Leica MPV-SP</td><td>Usado para a medida da refletância da vitrinita </td></tr><tr><td>Instrumento automático da adsorção</td> Tecnologia <td>do instrumento de BeiShiDe (Pequim) CO., Ltd.</td><td>3H-2000PH</td><td>Teste de adsorção isotérmica</td></tr><tr><td>Máquina de teste universal servo eletro-hidráulica</td><td>Jinan Shidaishijin máquina de teste CO., Ltd</td><td>WDW-100EIII</td><td>Usado para fornecer pressão axial</td></tr><tr><td>Sensor de gás</td><td>Beijing Star Sensor Technology CO., LTD</td><td>CYYZ11</td><td>Monitoramento da pressão do gás</td></tr><tr><td>Tanque de gás (dióxido de carbono / hélio)</td> <td>Heifei Henglong Gas., Ltd</td><td></td><td>Gás câmera</td></tr><tr><td>de alta velocidade</td> de recursos <td>Sony Corporation</td><td>FDR-AX30</td> Incubadora <td>de monitoramento de imagem</td></tr><tr><td></td><td>Yuyao YuanDong Digital Instrument Factory</td><td>XGQ-2000</td><td>Triturador de mandíbula de secagem de briquete</td></tr><tr><td></td><td>Hebi Tianke Instrument CO., Ltd</td><td>EP-2</td><td>Moagem</td></tr><tr><td>de carvão Válvula redutora de pressão manual</td><td>Shanghai Saergen Instrument CO., Ltd</td><td>R41</td><td>Pressão de gás de saída Analisador</td></tr><tr><td>Proximal</td> de <td>ajuste Changsha Kaiyuan Instrument CO.,Ltd</td><td>5E-MAG6700</td><td>Análise industrial de carvão</td></tr><tr><td>Medidor de tensão de resistência</td><td>Jinan Sigmar Technology CO., LTD</td><td>ASMB3-16/8 Medidor de</td><td>taxa de Poisson</td></tr><tr><td>Agitador de peneira (6,16mesh)</td><td>Hebi Tianguan Instrument CO.,Ltd</td><td>GZS-300 Abrigo de</td><td>pó de carvão</td></tr><tr><td>Tubo macio</td><td>Jinan Quanxing Tubo de alta pressão CO., Ltd</td><td></td><td>Diâmetro interno=5 mm pressão máxima=30 MPa</td></tr><tr><td>Instrumento padrão do teste da deformação circunferencial da amostra da rocha</td><td>Maquinaria CO. de Huainan Qingda, Ltd</td><td></td><td>Aquisição circunferencial da deformação </td></tr><tr><td>Tensão controlada instrumento de teste</td> CO. de Beijing <td>Aerospace Huayu, LTD</td><td>ZJ-4A</td><td>Resistência à tração, coesão, ângulo interno da fricção Bomba</td></tr><tr><td>de vácuo</td><td>Fujiwara, Japão</td><td>750D</td><td>Usado para vaccumizar o vaso</td></tr><tr><td></td><td>Válvula Jiangsu Subei Valve Co., Ltd</td><td>S4 NS-MG16-MF1</td><td>Vedação de gás</td></tr><tr><td>Embarcação de carregamento visual</td><td>Huainan Qingda Machinery CO., Ltd</td><td></td><td>Instrumento para carregamento de amostra e monitoramento em tempo real</td></tr></tbody></table>

um experimento de compactação uniaxial com carvão de rolamento de co2usando um sistema de teste de acoplamento de gás sólido de volume visualizado e constante

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

Injetar dióxido de carbono (CO2) em uma costura de carvão profundo é de grande importância para reduzir a concentração de gases de efeito estufa na atmosfera e aumentar a recuperação do metano coalleito. Um sistema de acoplamento gás-sólido visualizado e de volume constante é introduzido aqui para investigar a influência da sorção do CO2 nas propriedades físicas e mecânicas do carvão. Sendo capaz de manter um volume constante e monitorar a amostra usando uma câmera, este sistema oferece o potencial para melhorar a precisão do instrumento e analisar a evolução da fratura com um método de geometria fractal. Este papel fornece todas as etapas para executar um experimento de compressão uniaxial com uma amostra de briquete em diferentes pressões de CO2 com o sistema de teste de acoplamento gás-sólido. Um briquete, prensado a frio por carvão cru e cimento Humate de sódio, é carregado em CO2de alta pressão, e sua superfície é monitorada em tempo real usando uma câmera. No entanto, a semelhança entre o briquete e o carvão cru ainda precisa de melhorias, e um gás inflamável como o metano (CH4) não pode ser injetado para o teste. Os resultados mostram que a sorção de CO2 leva ao pico de resistência e redução do módulo elástico do briquete, e a evolução da fratura do briquete em um estado de falha indica características fractais. A força, o módulo elástico e a dimensão fractal estão todos correlacionados com a pressão de CO2 , mas não com uma correlação linear. O sistema de teste de acoplamento gás-sólido visualizado e de volume constante pode servir como uma plataforma para pesquisa experimental sobre mecânica de rochas Considerando o efeito de acoplamento multicampo.

A massa média da amostra de briquete foi de 230 g. dependendo da análise industrial, o briquete exibiu um teor de umidade de 4,52% e um teor de cinzas de 15,52%. Além disso, o conteúdo volátil foi de aproximadamente 31,24%. Como o Humate do sódio foi extraído do carvão, os componentes do briquete eram similares ao carvão cru. As características físicas são exibidas na tabela 2.
A comparação das propriedades mecâ...

Este protocolo demonstra como preparar uma amostra de briquete e realizar um experimento de compressão uniaxial com um briquete em diferentes pressões de CO2 usando um sistema de teste de acoplamento de gás-sólido visualizado e de volume constante. Também tem como objetivo investigar as mudanças em termos de propriedades físicas e mecânicas do carvão induzidas pela adsorção de CO2 .

Um experimento de compactação uniaxial com carvão de rolamento de CO2usando um sistema de teste de acoplamento de gás sólido de volume visualizado e constante

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and ...

Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo do sequestro geológico de dióxido de carbono e da recuperação de metano a carvão sobre a relação entre as propriedades do carvão e a adsorção de gás. A principal vantagem dessa técnica é que a carga estática e dinâmica pode ser aplicada na briquette em estado de volume constante e todo o processo de experimentação é visualizado pelo monitoramento fotográfico. Não há exigência específica para as espécies da amostra, portanto este método pode aplicar-se a testes mecânicos de qualquer rocha porosa.Para começar, pesam 1000 gramas e 300 gramas de carvão pulverizado com distribuição de tamanho de partícula de zero a um milímetro e de um a três milímetros, respectivamente. Coloque-os juntos em um béquer em uma proporção de massa de 0,76 a 0,24 e use uma haste de vidro de seis milímetros de diâmetro para misturá-los bem. Para preparar o cimento, coloque quatro gramas de pó de humato de sódio em um béquer e adicione aproximadamente 96 milímetros de água destilada.Use uma haste de vidro para mexê-los e certifique-se de que todo o zumbido de sódio está bem dissolvido. Em seguida, misture 230 gramas de pó de carvão misto e 20 gramas de solução de humato de sódio em um béquer. Para produzir uma briquette de tamanho padrão, cubra a superfície interna das ferramentas de modelagem com óleo lubrificante.Monte os componentes da ferramenta Placa inferior, corpo principal e anel e encha o orifício com 250 gramas de material misto. Coloque o pistão em cima do material misto e coloque todas as partes sob o Pistão de uma máquina de teste eletrohidraúlica servo universal. Inicie o software WinWdw para controlar a máquina de teste servo universal eletrohidraulica.No software, clique no intervalo de força para definir a força máxima para 50 kilonewtons e clique em redefinir para limpar o valor de deslocamento. Clique à esquerda no controle de carregamento de força de opção. Defina a razão de movimento para 0,1 quilonovtons por segundo.Defina o valor da força-alvo em 29,4 kilonewtons e o tempo de espera em 900 segundos. Em seguida, clique em iniciar. Depois disso, tire as ferramentas de modelagem e inverta-as em uma placa de borracha.Use um martelo de borracha para desmontar os componentes da ferramenta na ordem da parte inferior até a parte superior. Coloque a briquette em uma incubadora de 40 graus Celsius por 48 horas. Primeiro, conserte a porta traseira do vaso visualizado com parafusos de alta resistência.Conecte o computador, a caixa de aquisição de dados e o sensor de pressão de gás incorporado à porta traseira. Para adquirir os dados de pressão de gás na nave visualizada, inicie o software Data Acquisition Sensor. No software, clique em iniciar.Abra a válvula V1 e feche V2, V3 e V4 para aspirar a câmara do vaso visualizado. Após 30 minutos, desligue o V1 e a bomba de vácuo. Abra V2 e o tanque de gás com hélio.Use a válvula de redução de pressão manual para ajustar a pressão de saída do tanque de gás. Observe cuidadosamente a curva de pressão do gás exibida no sensor de aquisição de dados 16. Quando chegar cerca de dois megapascals desligar V2 e o tanque de gás.Em seguida, no computador, inicie o software WinWdw para medir a força de atrito do pistão de carregamento movendo-se para baixo na máquina de teste. No software, clique no intervalo de força para definir a força máxima para cinco quilonewtons e clique em redefinir para limpar o valor de deslocamento. Clique à esquerda na taxa de carregamento de deslocamento da opção e defina a razão de movimento para um milímetro por minuto.O clique no início. Abra V4 e descarreja hélio no ar. Desmonte a porta traseira do vaso visualizado e feche O V4. Meça a altura e o diâmetro da briqueta utilizando uma pinça vernier com precisão de 0,02 milímetros.Pesar a massa da briqueta utilizando uma balança eletrônica com precisão de 0,01 gramas. Instale o rolo de corrente do aparelho de teste de deformação circunferencial ao redor da posição média do briquete e fixe o suporte do grampo. Conecte o sensor com a caixa de aquisição de dados através do conector de aviação no vaso visualizado e coloque-os sob o pistão de carregamento.Para garantir a precisão da aquisição dos dados, ajuste o rolo de corrente e a superfície superior da briquete para que sejam paralelos ao pistão de carregamento. Em seguida, inicie o WinWdw para controlar a máquina de testes universal. No software, clique à esquerda na taxa de carregamento de deslocamento da opção.Defina a taxa de movimento em 10 milímetros por minuto. No controlador remoto, pressione o botão para baixo para a máquina de teste universal até que a distância deixada entre o pistão e o briquete seja de cerca de um a dois milímetros. Em seguida, monte a porta traseira da nave visualizada.Aspire a câmara de vasos visualizada como anteriormente. Próximo V3 aberto e o tanque de gás de dióxido de carbono na pureza 99,99% Use o valor manual de redução da pressão para ajustar a pressão de saída do tanque de gás. Observe cuidadosamente a curva de pressão do gás exibida no sensor de aquisição de dados 16.Quando chegar perto o suficiente do valor alvo, feche v3 e o tanque de gasolina. Após 24 horas de tempo de adsorção, a curva de pressão do gás permanece estável e a briquette atingiu seu estado de equilíbrio dinâmico de adsorção e desorção. Coloque uma câmera com um tripé ao lado da janela do vaso visualizado e ajuste a altura e o ângulo para garantir que a imagem da amostra seja mostrada no centro da tela da câmera.Inicie o software SDU Deformation Acquisition v2.0 para monitorar a deformação circunferencial do briquette. Clique no início. No WinWdw clique em nova amostra e digite a altura e o diâmetro do briquete.Clique na área seccional e clique em confirmar. Clique no intervalo de força para definir a força máxima para cinco quilonewtons e clique em redefinir para limpar o valor de deslocamento. Clique à esquerda na taxa de carregamento de deslocamento da opção e defina a razão de movimento em um milímetro por minuto.Clique em iniciar para comprimir a amostra. Ao mesmo tempo, pressione o botão de partida na câmera para iniciar a gravação de vídeo. Quando a amostra falhar totalmente, clique em stop e na salvação de dados tanto no WinWdw quanto na aquisição de deformação SDU v2.0.Em seguida, pressione o botão de partida novamente na câmera para parar a gravação de vídeo. Abra V4 para liberar dióxido de carbono na câmara do vaso e desmonte a porta traseira do vaso. Desconecte os conectores de aviação para o sensor de pressão de gás e o aparelho de teste de deformação circunferencial.Clique à esquerda na taxa de carregamento de deslocamento da opção no WinWdw, defina a relação de movimento em 10 milímetros por minuto. Pressione o botão de cima no controlador remoto da máquina de teste universal. Quando o pistão de carga da embarcação estiver em torno de dois a três milímetros acima da briquete, retire a briquete e remova-a do rolo de corrente.Desmonte a ferramenta de conexão entre os pistões e use um aspirador de pó para limpar o vaso visualizado. Neste experimento, o teste de adsorção isotemal mostrou capacidade semelhante para adsorção de gás metano entre carvão bruto e briquette. A força das amostras de briquette utilizadas no teste apresentou alguma flutuação, mas foi bastante leve e teve pouca influência na análise dos resultados experimentais.Quando sob diferentes pressões de dióxido de carbono, variando de zero a dois megapascals, as curvas de tensão axial de estresse mostraram fases óbvias de compactação, elástica e deformação plástica. À medida que a pressão de dióxido de carbono aumentava, a força máxima da amostra de carvão diminuiu, onde mostrou uma relação não linear. O módulo elástico diminuiu sob a condição saturada de dióxido de carbono e que a relação entre o módulo elástico diminuiu e a pressão do gás também não era linear.As imagens obtidas através da câmera eventos a evolução da fratura na superfície da amostra, sob diferentes pressões de dióxido de carbono. O método de dimensão de contagem de caixas foi adotado para descrever a característica das fraturas em estado de falha sob diferentes pressões de dióxido de carbono. Os coeficientes de correlação entre o número da caixa e o comprimento lateral foram todos superiores a 0,95.Os valores da dimensão fractal foram proporcionais aos da pressão de dióxido de carbono e sua tendência indicou semelhança com a do grau de dano ao corpo de carvão. O mais importante é ter uma boa compreensão do procedimento de teste e alguma experiência em experimentos de mecânica de rochas e operação de gás de alta pressão. Após sua melhoria, essa técnica pode fornecer uma forma de estudo da mídia porosa e do efeito de acoplamento de gás sob o estado de carga uniaxial ou triaxial.Como os tanques de gás de alta pressão são usados nesta técnica, as pessoas precisam operar cuidadosamente durante o enchimento e liberação de gás.

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