[科学探索]煤岩优先吸附CO2吗？ [复制链接]

●李传亮

这几天听了几个石油工程设计大赛的汇报，很多选手都说，根据实验测试结果，煤岩优先吸附CO2，其次是甲烷。因此，在开发后期注入CO2，可以置换被吸附的甲烷，提高煤层气的采收率。

这个结果真是令人费解，煤岩在热演化过程中产生了大量的CO2，若煤岩优先吸附CO2，煤层气的主要成分就不应该是甲烷，而应该是CO2才对。实际情况并非如此。

CO2的极性比甲烷强，煤岩的主要成分为有机质，根据相似相吸原则，有机质优先吸附非极性的甲烷，而不是吸附极性较强的CO2。CO2容易溶于水中，不知道实验结果是怎么测出来的？

至于开发后期注入CO2可以提高采收率，与吸附解吸没啥关系。开发后期煤岩中充满了解吸下来的甲烷自由气，注入任何气体都会驱替甲烷，从而提高采收率。开发初期甲烷呈吸附状态，若这时注入CO2有效，说明优先吸附起了作用。

这肯定是引用的某些论文上的观点

煤吸附CO2的能力比吸附CH4强，是国内外无数实验结果。
至于为什么，不应该单单从极性角度来解释, 还应该从扩散角度分析.
CO2扩散系数明显高于CH4，因此优先吸附CO2.
http://www.doc88.com/p-702867626586.html

苏中良:煤吸附CO2的能力比吸附CH4强，是国内外无数实验结果。
至于为什么，不应该单单从极性角度来解释, 还应该从扩散角度分析.
CO2扩散系数明显高于CH4，因此优先吸附CO2.
http://www.doc88.com/p-702867626586.html (2014-05-04 14:13) 

现在有人把吸附分为宏观吸附和微观吸附, 宏观吸附包括微观吸附和扩散,微观吸附特指吸附质分子进入吸附层.
由于煤岩致密，气体扩散进去要很长时间，出来也要很长时间。从宏观上看，气体扩散进入煤岩基质就算被吸附了，当然是宏观吸附，也可能都没有发生微观吸附。

反正实验观察到的CO2比CH4优先被煤岩吸附的现象是绝对的，不是系统误差原因。
CO2优先扩散进去和煤岩分子结合并被微观吸附，就会阻碍CH4分子的微观吸附，CH4进去就只能置换了吧？
如果实验能用仪器监测气体的吸附过程就好了，只可惜我没有做过这个实验。

苏中良:反正实验观察到的CO2比CH4优先被煤岩吸附的现象是绝对的，不是系统误差原因。
CO2优先扩散进去和煤岩分子结合并被微观吸附，就会阻碍CH4分子的微观吸附，CH4进去就只能置换了吧？
如果实验能用仪器监测气体的吸附过程就好了，只可惜我没有做过这个实验。
 (2014-05-04 14:33) 

还是扩散造成的, 水分子进不到煤岩基质中,故没法被吸附.
如果纯粹是煤分子的话（扩散已经不是阻碍的情况），煤岩很可能是先吸附甲烷，后吸附二氧化碳。
但现在基质扩散占主导，就应该另外考虑。
煤化作用时期，先生成CO2，后来生成更容易被吸附的CH4，CH4可以置换CO2啊。因为煤化时期生成的气体分子都是在基质孔隙中的，不需要扩散了。

苏中良:现在有人把吸附分为宏观吸附和微观吸附, 宏观吸附包括微观吸附和扩散,微观吸附特指吸附质分子进入吸附层.
由于煤岩致密，气体扩散进去要很长时间，出来也要很长时间。从宏观上看，气体扩散进入煤岩基质就算被吸附了，当然是宏观吸附，也可能都没有发生微观吸附。 (2014-05-04 14:30) 

文献上只要用到Langmuir方程了，基本上就不会再涉及扩散问题了，说明工程上用Langmuir方程来描述宏观吸附的问题。

实际上, 吸附和扩散都是分子运动, 而且这个扩散严格的说都不能称为传统意义上的扩散, 因为只有一相. 目前的手段你很难将他们分辨出来. 所以干脆就测宏观吸附或解吸量了.  因此, 煤炭行业都说煤岩"放散"实验, 英文名字叫release, 值得就是解吸+扩散. 而且有好多学者用扩散方程来描述这一"放散".

苏中良:还是扩散造成的, 水分子进不到煤岩基质中,故没法被吸附.
如果纯粹是煤分子的话（扩散已经不是阻碍的情况），煤岩很可能是先吸附甲烷，后吸附二氧化碳。
但现在基质扩散占主导，就应该另外考虑。
煤化作用时期，先生成CO2，后来生成更容易被吸附的CH4，CH4可以置换CO2啊。因为煤化 .. (2014-05-04 14:50)

我也不太清楚为什么水分子进不到基质中去,现在的实验手段好像也并没完全证明水分子的确进不到煤岩基质中. 但我个人觉得, 水分子比甲烷的粘度高得多,相对甲烷分子不太容易通过煤岩基质是可能的. 再说水分子H键力较强，容易形成含多个分子的链，这样表观分子尺寸就大多了。而甲烷分子不存在这种极强的分子间作用力。

可以向煤中注入甲烷和二氧化碳试试