ICS73.040 D 21 NB 备案号：49573-2015 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 10019—2015 煤的多组分气体等温吸附实验方法 Experimental method of multicomponent gas isothermal adsorptionon coal 2015-04-02发布 2015-09-01实施 国家能源局 发布 NB/T10019—2015 目 次 前言 范围 规范性引用文件 2 术语和定义 3 方法提要 仪器设备 5 5.1 平衡水含量测定装置 5.2 等温吸附装置 5.3集气装置 试剂· 样品制备 7.1 样品质量和制样 7.2 煤的工业分析 煤样的平衡水含量测定 7.3 8 实验步骤 8.1 试样装缸 8.2 气密性检查 8.3 自由空间体积测定 多组分气体等温吸附实验 9数据处理 9.1 计算自由空间体积和煤样体积 9.2 计算各压力点吸附量 9.3计算Langmuir体积V,和Langmuir压力pL 9.4 等温吸附曲线 10精度· 10.1重复性· 10.2再现性· 11实验报告 附录A（规范性附录）多组分气体等温吸附实验报告格式 附录B（资料性附录） 多组分气体等温吸附曲线 10 9一2015 NB/T10019 前言 本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草 本标准由能源行业煤层气标准化技术委员会（NEA/TC13）提出并归口。 本标准起草单位：中国石油勘探开发研究院廊坊分院、中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司、 中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司。 本标准主要起草人：邓泽、李贵中、陈振宏、梁为、苏雪峰、成前辉、庚勐、陈浩。 I NB/T10019—2015 煤的多组分气体等温吸附实验方法 1范围 本标准规定了煤的多组分气体等温吸附实验的方法提要、仪器设备、试剂、样品制备、实验步骤、 精度、实验报告等技术要求。 本标准适用于煤对不同浓度的甲烷、二氧化碳、氮气等多组分气体吸附量的测定。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T212煤的工业分析方法 GB474煤样的制备方法 GB/T13610天然气的组成分析气相色谱法 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 煤层气coalbedmethane/coalbedgas 赋存于煤层中、以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中及溶解于 煤层水中的烃类气体。 3.2 空气干燥基airdrybasis 以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准，以下标ad表示。 3.3 干燥无灰基dryash-freebasis 以假想无水、无灰状态的煤为基准，以下标daf表示。 3.4 平衡水基equilibriummoisturebasis 以某一温度下平衡水分后的煤为基准，以下标e表示。 4方法提要 将达到平衡水分的煤样置于密封容器中，测定相同温度、不同压力条件下达到吸附平衡时多组 分气体吸附量；根据Langmuir单分子层吸附模型，计算多组分气体的吸附常数一一Langmuir体积 （VL），Langmuir压力（pL），并绘制多组分气体等温吸附曲线；同时，测定不同压力条件下游离气 体组分，结合各单组分气体Langmuir参数和扩展Langmuir公式，计算对应吸附相组分和各组分吸 附量。 多组分气体等温吸附实验前，应按GB/T19560完成各单组分气体等温吸附实验。 1 NB/T10019—2015 5仪器设备 5.1 平衡水含量测定装置 5.1.1 恒温恒湿装置：温度控制精度土0.5℃，相对湿度控制精度土2%； 5.1.2 电子天平：感量0.1g。 5.2 等温吸附装置 5.2.1 样品缸：用不锈钢、钛合金等高强度材料制成，30MPa以内保持气密性。 5.2.2 参考缸：用不锈钢、钛合金等高强度材料制成，30MPa以内保持气密性。 5.2.3 恒温控制单元：灵敏度优于0.3℃。 5.2.4 温度监测单元：温度传感器灵敏度优于0.3℃。 5.2.5 压力监测单元：压力传感器灵敏度优于0.001MPa。 5.2.6 真空泵：极限压力不高于10Pa。 5.2.7 数据处理系统：微机及数据处理软件。 等温吸附装置示意图见图1。 L 气瓶；2——增压泵；3——阀门；4 升降控制器；5- 温压传感器：6 三通控制阀：7-— 样品缸； 参考缸：9— 真空泵：10- -恒温控制单元：11- 数据处理系统。 图1等温吸附装置示意图 5.3集气装置 5.3.1抽气针管：塑料材质，容积不大于50mL。 5.3.2气样瓶：玻璃材质，容积不小于50mL。 6试剂 试剂包含以下几部分： a） 硫酸钾过饱和溶液。 b） 甲烷：纯度不低于99.99%。 2 NB/T10019—2015 c）二氧化碳：纯度不低于99.99%。 d） 氮气：纯度不低于99.99%。 混合气体：根据要求配制的多组分气体。 f) 氨气：纯度不低于99.99%。 g） 蒸馏水。 h） 饱和盐水。 样品制备 7 7.1* 样品质量和制样 制取粒度粒径为0.25mm～0.18mm（60目～80目）的煤样，制样方法按照GB474执行。 7.2 煤的工业分析 按照GB/T212执行。 7.3煤样的平衡水含量测定 7.3.1称取空气干燥基煤样，样品质量宜不少于80g。 7.3.2将称量后的煤样置于敲口器血中，均匀喷加适量蒸馏水。 7.3.3将装有样品的器血放入恒温恒湿装置中，装置温度设定为30℃，底部装有足量的硫酸钾过饱和 溶液，每隔24h称量一次，直到相邻两次称量变化不超过样品质量的2% 平衡水含量计算见式（1)。 (1) G2 式中： 样品的平衡水含量，%； 平衡前空气干燥基样品质量，单位为克（g）； G,——平衡后样品质量，单位为克（g); -样品的空气干燥基水分含量，%。 8实验步骤 8.1 试样装缸 将7.3制作的煤样准确称量后，迅速装入样品缸内。 8.2 气密性检查 8.2.1 根据储层温度或实验要求，设置并调节样品缸和参考缸的温度。 8.2.2 充入氨气，压力高于等温吸附实验最高压力1MPa 0 8.2.3系统采集参考缸和样品缸的压力数据，压力在6h内保持稳定，则视为系统气密性良好。 8.3 自由空间体积测定 8.3.1充气 对系统抽真空后充入氨气，调节参考缸压力值达到2MPa～3MPa，然后关闭参考缸阀门。 3 NB/T10019—2015 8.3.2采集数据 打开参考缸阀门与样品缸阀门，平衡至压力稳定；记录参考缸和样品缸平衡前后的温度、压力，计 算自由空间体积。 8.3.3重复测定 重复8.3.1至8.3.2两次测定，任意两次计算结果相差应不大于0.3cm3。 8.3.4体积计算 取三次计算结果平均值作为自由空间体积。 8.4多组分气体等温吸附实验 8.4.1最高吸附平衡压力的确定 最高吸附平衡压力通常设置为储层压力的1.1倍，且不得低于8MPa。 8.4.2吸附平衡压力点分布 （1）当最高吸附平衡压力为8MPa时，实验压力点不少于6个； （2）当最高吸附平衡压力在8MPa～12MPa之间时，实验压力点不少于7个； （3）当最高吸附平衡压力大于12MPa时，实验压力点不少于8个。 8.4.3吸附平衡时间确定 根据煤变质程度、煤质等实际情况确定，但每一实验压力点不得少于12h。 8.4.4吹扫参考缸 首次充气前，用实验气体吹扫参考缸，清除其他气体， 8.4.5充气 打开调节阀门和参考缸阀门，向系统充入实验气体，至参考缸压力达到目标压力为止。打开参考缸 和样品缸阀门，按照8.4.3吸附平衡时间要求，直至达到吸附平衡。 8.4.6数据采集 采集并记录平衡前后样品缸和参考缸的时间、压力和温度。 8.4.7气体采集和分析 利用集气装置在取样口进行取样，按照GB/T13610分析气体组分。 8.4.8逐点实验 重复8.4.5到8.4.7步骤，自低而高逐个压力点进行实验，直至最后一个吸附平衡实验结束。 9数据处理 9.1计算自由空间体积和煤样体积 根据8.3.3中采集的压力、温度数据计算自由空间体积，自由空间体积见式（2）。 4