测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法技术

本发明专利技术公开了一种测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法。该方法包括如下步骤：1)测定吸附质气体在至少三种不同压力下的过剩吸附量和体相密度；2)根据修正的等温吸附模型和步骤1)测定的所述过剩吸附量和所述体相密度，得到吸附相体积；3)根据修正的等温吸附模型和等温吸附模型，得到所述吸附质气体在所述吸附质上的绝对吸附量；4)根据式(1)得到所述吸附质气体在所述吸附质上的吸附相密度，记为ρadsorption phase，单位为g/cm3。本方法方法在原等温吸附试验数据的基础上直接进行，方案简单易行，易于推广。由分子模拟对吸附行为的研究可知，本发明专利技术方法的假设条件更加合理，在合理性方面，明显优于传统优化方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法，属于页岩气勘探领域。
技术介绍
国内外学者在对煤系泥岩和页岩的吸附性能进行研究时(J.E.Fitzgeraldetal,2005；KatsuyukiMurataetal,2001；SommenJetal,1995；MoffatDHetal,1955；ThomasRuppleetal,1974；YeeDetal,1994；BerhardM.Krooss,2008,2010,2013；崔永君,1999,2003；周理,2000,2001)发现，在利用容量法对页岩吸附甲烷进行测试时，吸附相体积的存在将减小样品池中自由气体的体积，进而对页岩吸附能力的测试结果产生影响。然而在《GB/T19560-2004煤的高压等温吸附试验方法容量法》中忽略了吸附相体积存在，这必将导致对于吸附能力的评价存在较大偏差。针对这样的问题，国内外学者(PhilippeWenigeretal,2012；YvesGensterblumetal,2013；MatusGaspriketal,2014；DongyongLietal,2010；ThomasRuppleetal,1974；YeeDetal,1994；崔永君,1999,2003；周理,2000,2001)试图从不同的角度校正吸附相体积对吸附气能力测试所产生的影响。然而无论以何种方式对吸附相体积所产生的影响进行校正，终将遵循物质守恒原理，因此吸附相体积和密度的确定是无法回避的问题，且吸附相体积和密度的准确性将直接影响校正结果。以往的研究中，通常将吸附相密度假设为定值，详见下述现有的方案一、二和三。然而，借助分子模拟手段，可观察到不同压力时甲烷分子在伊利石夹缝型空隙内吸附的密度分布(如图1所示)。由图1可知，吸附相密度随着压力变化，并非定值，因此，以往将吸附相密度假设为定值的做法是明显不合理的。方案一：理论假设方法，YeeD.(1994)认为当温度高于临界温度时(通常情况下)，吸附相密度等于气体压缩的极限密度，以此推论甲烷的吸附相密度为0.375g/cm3。Arri(1992)假设吸附相密度为常压沸点下的液体密度，以此推论甲烷的吸附相密度为0.421g/cm3。KatsuyukiMurayta(2001)利用经验公式得到甲烷吸附相密度约为0.59g/cm3。其其缺点是将吸附相密度作为定值，未考虑温度、压力等条件产生的影响。方案二：德国学者BerhardM.Krooss及其团队(2008,2010,2012,2013,2014)将Gibbs关于吸附的定义与兰格缪尔方程结合，假设吸附相密度为定值，将吸附相密度作为待定参数，从数学优化角度对甲烷和二氧化碳在煤系泥岩和页岩上的吸附相密度进行评价。其缺点是假设吸附相密度为定值，未考虑压力的影响，与实际情况相悖。方案三：类似的，国内学者周理(2000,2001)将Gibbs对吸附的定义式与D-A方程相结合，假设吸附相密度为定值并作为待定系数，推导出绝对吸附量模型，对吸附性密度进行优化求取。其缺点是假设吸附相密度为定值，未考虑压力的影响，与实际情况相悖。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法，本专利技术以吸附机理为基础，建立了等温吸附模型，进而得到吸附相体积和吸附相密度。本专利技术所提供的测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法，包括如下步骤：1)测定吸附质气体在至少三种不同压力下的过剩吸附量和体相密度；2)根据修正的等温吸附模型和步骤1)测定的所述过剩吸附量和所述体相密度，得到吸附相体积；3)根据修正的等温吸附模型和等温吸附模型，得到所述吸附质气体在所述吸附质上的绝对吸附量；4)根据式(1)得到所述吸附质气体在所述吸附质上的吸附相密度，记为ρadsorptionphase，单位为g/cm3；ρadsorptionphase=PSTPVabsoluteZSTPRTSTP·M/Vadsorptionphase---(1)]]>式(1)中，PSTP表示标准状态的压力，单位为MPa，TSTP表示标准状态的温度，单位为K，ZSTP表示吸附质气体在标准状态下的压缩因子，R表示气体常数，为8.314J/(mol·K)，Vadsorptionphase表示吸附相体积，单位为cm3，Vabsolute表示绝对吸附量在标准状态下的体积，单位为cm3/g，M表示所述吸附质气体的摩尔质量，单位为g/mol。上述的方法中，所述吸附质气体为甲烷。上述的方法中，所述吸附质为页岩，所述页岩为伊利石。上述的方法中，步骤1)中，采用体积法等温吸附实验(GB/T19560-2008煤的高压等温吸附试验方法)测定所述过剩吸附量；根据温度和压力，由状态方程(比如PR方程，具体参考Peng.D.Y.andRobinson.D.B.ANewTwo-ConstantEquationofState,1976)计算求取所述体相密度，或由NIST(NationalInstituteofStandardsandTechnology)查得所述体相密度。上述的方法中，步骤2)中，所述修正的等温吸附模型如式(2)所示，Vexcess=VL×PPL+P-ρbulk·VadsorptionphaseMadsorbate·ZSTPRTSTPPSTP---(2)]]>式(2)中，VL表示Langmiur体积，单位为cm3/g，PL表示Langmiur压力，单位为MPa，P表示等温吸附曲线中上不同数据点所对应的实验压力，单位为MPa，ρbulk表示体相密度，单位为g/cm3，Vadsorptionphase表示吸附相体积，单位为cm3，Madsorbate表示所述吸附质气体的摩尔质量，，单位为g/mol，PSTP表示标准状态的压力，TSTP表示标准状态的温度，ZSTP表示吸附质在标准状态下的压缩因子，R表示气体常数，为8.314J/(mol·K)，Vexcess表示单位质量的所述吸附质所对应的过剩吸附量在标准状态下的体积，单位为cm3/g。上述的方法中，步骤3)中，所述等温吸附模型如式(3)所示，Vabsolute=VL×PPL+P---(3)]]>式(3)中，Vabsolute表示单位质量的所述吸附质所对应的绝对吸附量在标准状态下的体积，单位为cm3/g，VL表示Langmiur体积，单位为cm3/g，PL表示Langmiur压力，单位为MPa，P表示等温吸附曲线中不同数据点所对应的实验压力，单位为MPa。本专利技术方法具有如下优点：本方法方法在原等温吸附试验数据的基础上直接进行，方案简单易行，易于推广。由分子模拟对吸附行为的研究可知，本专利技术方法的假设条件更加合理，在合理性方面，明显优于传统优化方案。从计算结果来看，本专利技术方法对吸附相密度的计算与实际情况吻合更好，精度更高，明显优于传统方案。附图说明图1为孔径为2nm的伊利石夹缝型孔隙内甲烷气体密度分布曲线。图2为本专利技术方法的流程图。图3为过剩吸附量等温线。图4为本专利技术方法得到的过剩吸附量与原始模拟结果对比图。图5为吸附相密度随压力的变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法，包括如下步骤：1)测定吸附质气体在至少三种不同压力下的过剩吸附量和体相密度；2)根据修正的等温吸附模型和步骤1)测定的所述过剩吸附量和所述体相密度，得到吸附相体积；3)根据修正的等温吸附模型和等温吸附模型，得到所述吸附质气体在所述吸附质上的绝对吸附量；4)根据式(1)得到所述吸附质气体在所述吸附质上的吸附相密度，记为ρadsorptionphase，单位为g/cm3；ρadsorptionphase=PSTPVabsoluteZSTPRTSTP·M/Vadsorptionphase---(1)]]>式(1)中，PSTP表示标准状态的压力，单位为MPa，TSTP表示标准状态的温度，单位为K，ZSTP表示吸附质气体在标准状态下的压缩因子，R表示气体常数，为8.314J/(mol·K)，Vadsorption phase表示吸附相体积，单位为cm3，Vabsolute表示绝对吸附量在标准状态下的体积，单位为cm3/g，M表示所述吸附质气体的摩尔质量，单位为g/mol。

【技术特征摘要】
1.一种测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法，包括如下步骤：1)测定吸附质气体在至少三种不同压力下的过剩吸附量和体相密度；2)根据修正的等温吸附模型和步骤1)测定的所述过剩吸附量和所述体相密度，得到吸附相体积；3)根据修正的等温吸附模型和等温吸附模型，得到所述吸附质气体在所述吸附质上的绝对吸附量；4)根据式(1)得到所述吸附质气体在所述吸附质上的吸附相密度，记为ρadsorptionphase，单位为g/cm3；ρadsorptionphase=PSTPVabsoluteZSTPRTSTP·M/Vadsorptionphase---(1)]]>式(1)中，PSTP表示标准状态的压力，单位为MPa，TSTP表示标准状态的温度，单位为K，ZSTP表示吸附质气体在标准状态下的压缩因子，R表示气体常数，为8.314J/(mol·K)，Vadsorptionphase表示吸附相体积，单位为cm3，Vabsolute表示绝对吸附量在标准状态下的体积，单位为cm3/g，M表示所述吸附质气体的摩尔质量，单位为g/mol。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述吸附质气体为甲烷。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述吸附质为页岩。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述页岩为伊利石。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中，所述修正的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国辉，卢双舫，李进步，许晨曦，薛海涛，王民，田善思，黄开展，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37