[科学探索]气体解吸能导致煤基质收缩吗？ [复制链接]

"把分子弄走，其他分子会填补，骨架并没啥变化。"
煤层气吸附是煤岩基质分子跟甲烷分子之间长期作用的结果，生产过程中的解吸确是相对较快的过程。
本来吸附完了以后，基质分子和甲烷分子是处于平衡的，但是由于外界压力或浓度变化（吸附层最外面有部分甲烷分子逃逸向井筒流动），导致解吸了。这时候如果有其他分子补充自然最好，骨架也不用变形了。
但是外界就那么多甲烷分子，骨架只能委屈求全，通过自我变形降低表面能吧。

苏中良:
"把分子弄走，其他分子会填补，骨架并没啥变化。"
煤层气吸附是煤岩基质分子跟甲烷分子之间长期作用的结果，生产过程中的解吸确是相对较快的过程。
本来吸附完了以后，基质分子和甲烷分子是处于平衡的，但是由于外界压力或浓度变化（吸附层最外面有部分甲烷分子逃逸向井筒流动），导致解吸了。这时候如果有其他分子补充自然最好，骨架也不用变形了。
但是外界就那么多甲烷分子，骨架只能委屈求全，通过自我变形降低表面能吧。
.......

我这里做了一个实验：密闭容器里装满了甲烷气体，里面再放一块岩石，岩石吸附了甲烷，然后开始降压，从100MPa降到了1MPa，甲烷解吸了，岩石却膨胀了，而不是收缩。你觉得这个实验错在哪里？

图片:图片1.gif

cllipe:我这里做了一个实验：密闭容器里装满了甲烷气体，里面再放一块岩石，岩石吸附了甲烷，然后开始降压，从100MPa降到了1MPa，甲烷解吸了，岩石却膨胀了，而不是收缩。你觉得这个实验错在哪里？
[图片] (2015-05-13 12:23)

不好意思，刚看到。我简单分析一下，未必准确。
对于容器内的岩石来说，100MPa和1MPa既是围压，又是孔压（认为作用时间足够长）。
从应力敏感角度，同时降低围压和孔压，根据有效应力公式（not太沙基公式），有效应力其实是减小的，这样岩石应该是扩大的。
从解吸敏感角度，假设1Mpa已经远低于临界解吸压力了，导致甲烷从岩石内部解吸出来，岩石实际上会收缩的。
但最后结果是岩石膨胀，这个是两种相反机制相互抗争的结果，个人觉得是应力敏感占了上风，原因如下：
根据平衡吸附曲线（Langmuir方程），压力达到一定程度吸附会饱和，再增加压力并不增加吸附量，这个临界压力可能20MPa，所以虽然外界是100MPa，但岩石吸收的只有20MPa情况那么多的气体。所以总的解吸量也就一定了，解吸收缩变形量也很有限。但外界从100MPa降至1Mpa，压力变化很大，应力敏感很强，实际超过解吸敏感。

我也没做过具体实验，我估计的20Mpa未必准确啊。
关键的因素是吸附量有多少（确切的说是吸附相的浓度），凭感觉来说，如果真是20MPa的话，最后应该可能收缩的。因为解吸变形效应比应力敏感应该至少高一个量级。

另外我想问一下，实验操作的细节。密闭容器如何实验降压的呢？是降低温度么？

苏中良:另外我想问一下，实验操作的细节。密闭容器如何实验降压的呢？是降低温度么？ (2015-05-14 10:23) 

恩，谢谢李老师。因为以前看到类似实验也有疑问的，总是纠结于“密闭”两个字了。

李老师，如果真的对这个解吸有研究兴趣的话，可以做一些基础验证实验的。
国外好多人做了解吸变形实验，并且给了一些所谓的“模量“数值（称为基质收缩系数），您可以用他们给的数值来简单计算两种作用机制的最终抗争结果，然后跟实验对比。
我现在没太多精力去分析这个理论对与错，我个人觉得应该是对的。因为我是觉得，那些老外不都是吃素的。

描述:煤岩吸附CO2膨胀系数

图片:膨胀系数.jpg

李老师，问个题外话吧。我现在正在练英语口语，不知道李老师觉得美式英语好还是英式英语好呢？
个人觉得，美式英语的发音好像不标准啊，所以不好掌握。

”石油行业经常制造奇迹，而传统的吸附解吸理论中又没有这些东西。”
好多石油行业的理论公式不是大学教授提出来的，而是现场工程师提出来的。
工程师的原则就是好用（简单而不复杂、结果误差不超过10%）就行，不会追究它的理论对不对和是否不违背各种定律。
所以，为搞研究的人创造了一些机会，可以从理论上去解释现象（我们可以把现场公式预测的结果当做现象来分析）。

苏中良:
”石油行业经常制造奇迹，而传统的吸附解吸理论中又没有这些东西。”
好多石油行业的理论公式不是大学教授提出来的，而是现场工程师提出来的。
工程师的原则就是好用（简单而不复杂、结果误差不超过10%）就行，不会追究它的理论对不对和是否不违背各种定律。
所以，为搞研究的人创造了一些机会，可以从理论上去解释现象（我们可以把现场公式预测的结果当做现象来分析）。

我从《物理化学》书上剪了固体吸附的一段话，很多书上都没说吸附会让固体膨胀的话，解吸收缩这东西值得怀疑，^_^

图片:QQ图片20150514110003.png