Эксперимент по uniaxial Сжатию с CO2-Bearing Coal с использованием визуализированной и постоянно-объемной газо-твердой системы сцепления
12 июня 2019 г.
Этот протокол демонстрирует, как подготовить образец брикета и провести эксперимент по однооясному сжатию с брикетом в различных давлениях CO2 с использованием визуализированной и постоянной газовой системы тестирования соединения. Она также направлена на изучение изменений с точки зрения физических и механических свойств угля, индуцированных CO2 адсорпцией.
Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области геологического секвестрирования двуокиси углерода и извлечения метана на угольных пластах о взаимосвязи между свойствами угля и газовой рекламой. Основным преимуществом этого метода является то, что статическая и динамическая нагрузка может применяться на брикет в постоянном объеме и весь процесс эксперимента визуализируется с помощью фотографического мониторинга. Особых требований к виду образца нет, поэтому этот метод может применяться к механическим испытаниям любой пористой породы.
Для начала взвесим 1000 граммов и 300 граммов распыленного угля с распределением размеров частиц от нуля до одного миллиметра и от одного до трех миллиметров соответственно. Положите их вместе в стакан в массе пропорции от 0,76 до 0,24 и использовать шесть миллиметров диаметром стеклянный стержень, чтобы смешать их хорошо. Чтобы подготовить цемент, положите четыре грамма порошка натрия в стакан и добавьте около 96 миллиметров дистиллированной воды.
Используйте стеклянный стержень, чтобы перемешать их и убедитесь, что все натрия хмумат хорошо растворяется. Затем смешайте 230 граммов смешанного угольного порошка и 20 граммов раствора натрия в стакане. Для получения стандартного размера брикет пальто внутренней поверхности формующих инструментов с смазолянием масла.
Соберите компоненты инструмента Нижняя пластина, основной корпус и кольцо и заполнить отверстие с 250 граммов смешанного материала. Положите пресс поршень поверх смешанного материала и поместите все части под поршень электрогидратного сервоприводного универсального испытательного аппарата. Запуск программного обеспечения WinWdw для управления электрогидравликом сервопривод универсального испытательного аппарата.
В программном обеспечении нажмите на силовой диапазон, чтобы установить максимальную силу до 50 килонов и нажмите на сброс, чтобы очистить значение смещения. Слева нажмите на элемент управления загрузкой силы опции. Установите коэффициент перемещения до 0,1 килонютонов в секунду.
Установите значение целевой силы на уровне 29,4 килонютонов и удерживая время на 900 секунд. Затем нажмите на начало. После этого выведайте инструменты для формирования и переверните их на резиновую пластину.
Используйте резиновый молоток, чтобы разобрать компоненты инструмента в порядке снизу вверх. Положите брикет в инкубатор 40 градусов по Цельсию в течение 48 часов. Во-первых, исправить заднюю дверь визуализированы судна с высокой прочностью болты.
Подключите компьютер, коробку для сбора данных и встроенный датчик давления газа к задней двери. Для получения данных о давлении газа в визуализировавом судне запустите программное обеспечение Data Acquisition Sensor. На программное обеспечение, нажмите на начало.
Откройте клапан V1 и закройте V2, V3 и V4 для вакуума визуализированой камеры сосуда. Через 30 минут выключите V1 и вакуумный насос. Откройте V2 и газовый баллон с гелием.
Используйте ручной клапан снижения давления для регулировки давления розетки газового баллона. Внимательно наблюдайте кривую давления газа, отображаемую на датчике получения данных 16. Когда он достигает около двух мегапаскалей выключить V2 и газовый баллон.
Затем на компьютере запустите программное обеспечение WinWdw для измерения силы трения поршня, двигаемого вниз в испытательной машине. В программном обеспечении нажмите на силовой диапазон, чтобы установить максимальную силу до пяти килоньютонов и нажмите на сброс, чтобы очистить значение смещения. Слева нажмите на скорость загрузки опциона и установите коэффициент перемещения до одного миллиметра в минуту.
Нажмите на старт. Откройте V4 и выгрузить гелий в воздух. Разобрать заднюю дверь визуализированном сосуда и закрыть V4. Измерьте высоту и диаметр брикета с помощью более верного калипера с точностью 0,02 миллиметра.
Взвешивайте массу брикета с помощью электронной шкалы с точностью 0,01 грамма. Установите цепной ролик окружного деформации испытательного аппарата вокруг среднего положения брикета и зафиксировать держатель зажима. Соедините датчик с коробкой для сбора данных через авиационный разъем в визуализировавом судне и поместите его под поршень.
Чтобы обеспечить точность сбора данных, отрегулируйте цепной ролик и верхнюю поверхность брикета так, чтобы они были параллельны поршню нагрузки. Затем запустите WinWdw для управления универсальной испытательной машиной. В программном обеспечении слева нажмите на скорость загрузки смещения опции.
Установите коэффициент движения на уровне 10 миллиметров в минуту. На пульте дистанционного управления нажмите кнопку вниз для универсальной испытательной машины, пока расстояние, оставленное между поршнем и брикетом, не будет около одного-двух миллиметров. Затем соберите заднюю дверь визуализированого сосуда.
Вакуумная визуализирована камера сосуда, как раньше. Следующий открытый V3 и газовый баллон с углекислым газом при чистоте 99,99%Используйте ручное снижение давления для регулировки давления розетки газового баллона. Внимательно наблюдайте кривую давления газа, отображаемую в датчике получения данных 16.
Когда он достаточно близко к целевому значению, закройте V3 и газовый баллон. После 24 часов времени adorption кривая давления газа остается стабильной и брикет достиг своего adorption и desorption динамического равновесного состояния. Поместите камеру с штативом рядом с окном визуализированого сосуда и отрегулируйте высоту и угол, чтобы изображение образца было показано в центре экрана камеры.
Запустите программное обеспечение SDU Деформация Приобретение v2.0 для мониторинга окружной деформации брикета. Нажмите на старт. На WinWdw нажмите на новый образец и ввените в высоту и диаметр брикета.
Нажмите на секционной области, а затем нажмите на подтвердить. Нажмите на силовой диапазон, чтобы установить максимальную силу до пяти килоневтонн и нажмите на сброс, чтобы очистить значение смещения. Слева нажмите на скорость загрузки смещения опции и установите коэффициент перемещения на один миллиметр в минуту.
Нажмите на начало сжатия образца. В то же время нажмите кнопку пуска на камеру, чтобы начать видеозапись. Когда образец полностью выходит из строя, нажмите на остановку и сохранить данные как в WinWdw, так и в SDU Deformation Acquisition v2.0.
Затем нажмите кнопку "Пуск" на камеру, чтобы остановить видеозапись. Откройте V4 для высвобождения углекислого газа в сосудной камере и разборки задней двери судна. Отключите авиационные разъемы для датчика давления газа и окружного испытательного аппарата деформации.
Слева нажмите на скорость загрузки опциона на WinWdw, установите коэффициент перемещения на уровне 10 миллиметров в минуту. Нажмите кнопку вверх на пульте дистанционного управления универсальной испытательной машины. Когда погрузочный поршень сосуда находится примерно на два-три миллиметра выше брикета, вынюхив брикет и снимите его с цепного ролика.
Демонтировать инструмент связи между поршнями и использовать пылесос для очистки визуализированы судна. В этом эксперименте, изотермальный тест adorption доказал аналогичную способность к метану газа adorption между сырым углем и брикетом. Сила образцов брикета, использованных в тесте, имела некоторые колебания, но она была довольно незначительной и мало повлияла на анализ экспериментальных результатов.
Когда при разном давлении двуокиси углерода, начиная от нуля до двух мегапаскалей, кривые напряжения ося показали очевидные этапы уплотнения, упругой и пластиковой деформации. По мере повышения давления двуокиси углерода пиковая прочность образца угля снижалась, что свидетельствует о нелинейной взаимосвязи. Упругий модуль уменьшился при насыщенном углекислым газом состоянии и что связь между эластичным модулусом уменьшилась, а давление газа также было нелинейным.
Изображения, полученные с помощью камеры событий эволюции перелома на поверхности образца, под различными давлениями двуокиси углерода. Метод измерения подсчета коробок был принят для описания особенности переломов в состоянии отказа при различных давлениях двуокиси углерода. Коэффициенты корреляции между номером коробки и боковой длиной были более 0,95.
Значения фрактального измерения пропорциональны значениям давления двуокиси углерода, и их тенденция указывает на сходство со степенью повреждения угольного организма. Самое главное – иметь хорошее понимание процедуры испытаний и некоторый опыт в экспериментах рок-механики и эксплуатации газа высокого давления. После его совершенствования, этот метод может обеспечить способ для изучения пористых средств массовой информации и газа связи эффект под одноосным или трехосным состоянием загрузки.
Поскольку в этой технике используются газовые баллоны высокого давления, люди должны работать осторожно во время заправки и высвобождения газа.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе демонстрируются подготовка образца-брикета и проведение эксперимента по одноосному сжатию при различных давлениях CO2. Целью работы является изучение изменений физических и механических свойств угля, вызванных адсорбцией CO2.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Геологическое секвестрирование
- Извлечение метана из угольных пластов
- Газо-твердофазные взаимодействия
Теоретические основы
- Данный метод позволяет изучить взаимосвязь между свойствами угля и адсорбцией газа.
- К брикетам в состоянии постоянного объема могут быть приложены статические и динамические нагрузки.
- Весь процесс эксперимента визуализируется с помощью фотографического мониторинга.
- Метод применим к любым видам пористых горных пород.
Цель исследования
- Исследовать влияние CO2 на физические и механические свойства угля.
- Получить данные для понимания процессов геологического секвестрирования диоксида углерода.
- Углубить понимание процессов извлечения метана из угольных пластов.
Используемые методы
- Отвесьте 1000 г измельченного угля с размером частиц 0-1 мм и 300 г с размером частиц 1-3 мм.
- Смешайте уголь в стакане в массовом соотношении 0,76 к 0,24.
- Приготовьте цементирующий раствор, смешав порошок гумата натрия с дистиллированной водой.
- Проведите эксперименты по одноосному сжатию при контролируемом давлении CO2.
Основные результаты
- Метод позволяет визуализировать ход экспериментального процесса.
- К образцам брикетов можно эффективно прикладывать статические и динамические нагрузки.
- Наблюдались изменения свойств угля вследствие адсорбции CO2.
- Данный метод универсален для исследования различных пористых пород.
Выводы
- Данный протокол представляет собой надежный метод изучения свойств угля в условиях воздействия CO2.
- Он предоставляет ценные данные для исследований в области секвестрации углерода и извлечения метана.
- Экспериментальная установка может быть адаптирована для различных типов образцов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Данный метод позволяет визуализировать взаимодействия в системе газ-твердое тело при контролируемом давлении, что способствует снижению неопределенностей в механизмах процессов при исследовании материалов для энергетики. Количественная оценка того, как адсорбция CO2 изменяет механические свойства, такие как прочность и модуль упругости, обеспечивает прогностическую достоверность моделирования поведения материалов в подземных условиях. Этот подход помогает оценить целостность материалов в условиях многополевого сопряжения, актуальных для геологического хранения и извлечения ресурсов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать реакцию материала на адсорбцию газа, что способствует проверке гипотез о взаимосвязи между свойствами материала и газом.
- Практическая ценность: предоставляет воспроизводимую платформу для оценки механических изменений в условиях контролируемого воздействия газа.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: обеспечивает получение количественных данных, включая пиковую прочность, модуль упругости и фрактальную размерность, для проведения сравнительного анализа.
- Практическая ценность: поддерживает стандартизацию за счет условий постоянного объема и визуализации в режиме реального времени.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Устанавливает корреляцию между давлением газа, механической деградацией и развитием трещин, что позволяет проводить экстраполяцию на основе оценки рисков.
- Практическая ценность: Обеспечивает преемственность перехода от испытаний в масштабе разведки к прогностическому моделированию поведения подземной среды.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод подходит для этапов ранних исследований, на которых оценивается стабильность материала под воздействием факторов окружающей среды перед его дальнейшим применением.
- Поисковая биология: обеспечивает проверку гипотез о том, как адсорбция газа влияет на механическую целостность пористых матриц.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные показатели механических свойств при различных давлениях газа для сравнительного скрининга.
- Аналитика: позволяет проводить анализ фрактальной размерности структур разрушения, что обеспечивает количественную характеристику эволюции повреждений.
- Трансляционные исследования: связывает механический отклик лабораторного масштаба с прогностическими моделями поведения in situ при воздействии газа.
- Корпоративное повторное использование: предлагает многократно используемую платформу для изучения взаимодействия газа и твердого тела в различных пористых материалах и при разных давлениях.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: снижает механистическую неопределенность путем установления связи между адсорбцией газа и измеримыми механическими и структурными изменениями.
- Эксплуатационная ценность: обеспечивает воспроизводимость за счет контроля постоянного объема и мониторинга в режиме реального времени.
- Стратегическая ценность: оптимизирует принятие решений о целесообразности дальнейшего использования материалов при их выборе за счет прогнозирования поведения в условиях высокой концентрации газа.
- Влияние на портфель: позволяет проводить приоритезацию материалов с учетом рисков на основе количественной оценки деградации, вызванной воздействием газа.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области механики горных пород и работы с газами под высоким давлением.
- Необходимо наличие оборудования, способного обеспечить контроль постоянного объема, приложение нагрузки и визуализацию в режиме реального времени.
- Требуется стандартизация подготовки образцов для обеспечения репрезентативности брикетов.
- Предусматриваются протоколы безопасности при работе с CO2 под высоким давлением и потенциально легковоспламеняющимися газами.
- Ограничено текущей невозможностью проведения испытаний с метаном из-за ограничений, связанных с его воспламеняемостью.
