美国阿岗煤样的密度测试

美国阿岗煤样的密度测试Energe&Fuels9卷曲1期20-24页摘要：用气体密度仪方法，分别以氢气，氦气和氢+氦混合气体作介质对八个阿岗煤样进行了密度测试。测得的密度结果表明：煤的氢介密度值和氦介质密度值之间存在显著差异。即氢介质密度明显高于氦介密度，原因是氢在煤的表面（中）有吸附/吸收作用。氢气的吸附系数随煤样碳含量的增加而增高。根据用H2-He（氢+氦）混合气体测得的密度值随测试介质中氢的分压的变化曲线，用外推法求得了煤样的真密度值，这种外推真密度与用纯氦介质测得的密度数据非常接近。通过对煤中矿物质进行校正求得了煤有机质的密度。煤有机质的密度与煤阶相关，从年轻煤开始，有机质密度随碳含量增加而减小，到碳含量达82%左右时达到一个极小值，随后，煤有机质密度随着碳含量的增加而增大。一．前言用气体密度仪测定煤样密度的原理是基于测定已知质量（重量）的煤样在一个已知体积的样品室中所占的体积。样品室中不被样品所占的体积是通过监测样品室中的气体介质在向第二个已知体积的膨胀室（参比室）膨胀时的压力变化来测量的。对于含有大量孔隙的煤样而言，密度的测试及依赖于测试介质气体的性质也和煤的结构特点有关。介质气体分子的大小，它对样品的吸附/吸收特性和煤的孔空隙结构都是影响测试的重要因素。理想的用于煤的真密度测试的气体介质分子应对煤样没有吸附/吸收作用，而且能够进入所有的孔隙体积。氦分子是最小的球状分子。氢分子是最小的线状和圆柱形分子。氢分子的动力学直径大于氦分子，但是其垂直于圆柱轴的截面积小于氦分子的截面积。这两种分子都具有很强的进入孔隙的能力，氢分子可能比氦分子更易进入煤的孔隙。初步的实验结果表明：用气体密度仪采用氢作为测试介质测得的煤样的密度明显地大于氦密度。氢密度和氦密度的明显差异，一种可能是由于氢具有比氦更高的进入孔隙的能力，假如在这种情况下，氢介质测定的密度将是煤样的真密度；另一种可能原因是氢气分子对煤样有吸附/吸收作用，如果是这种情况，煤的氢密度将是错误的，就不是煤样的真密度。如果氦分子比氢分子有更强的进入孔隙的能力，而煤的氢密度值又高于氦密度值，那么，就只能解释为氢分子对煤样有吸附作用。在本研究中采用氢-氦混合气体（49.13%H2+50.87%的He）作测试介质进行了实验，以探索研究这几种可能性。本文中，作者报道了用气体密度仪方法，分别以H2气、He（氦）气和H2+He混合气体为介质对8个阿岗煤样的密度测试结果。对氢密度明显高于氦密度的问题进行了讨论。二．仪器与方法本文的实验用的是Accupyc1330型气体密度仪，该仪器是通过测量样品室（体积已知）中气体介质的压力变化来求得样品密度的。仪器的方法原理示于图1。气体密度仪包括一个测试样品室，一个膨胀室和三个阀门（充气阀，膨胀阀，放气阀），一个压力传感器。用该仪器测试密度时，直接检测气体介质从样品室膨胀到膨胀室过程中的压力变化，在已知样品质量的情况下，根据上述的压力变化就能够计算样品的体积和密度。气体膨胀之前和膨胀后，样品室和膨胀室中气体的P—V—T（压力—体积—温度）参数列于表1。表1：膨胀前后样品室和膨胀室中气体的P—V—T参数膨胀前膨胀后华柜口样样馆品室方耀岁钞旗怪永膨胀梨室内股处叠讨顷渡纱半样品领室内氧非短逼呢膨依胀室康P轧叙榆P耕ce条ll矿,1护+P忆at鸡m径址P蔬at凯m路朋吼闯惜满隆解P剖ce练ll谜,改2暗+骡P没at桂m筐赢P恢ce斑ll租,1颈+P帽at歼m晕V晃打首V律ce缺ll势-V筒a吵锯宗V螺ex凝p根训痛愧沸珠享州以V竖ce舒ll西-V逝g讯V秆ex枣p柱T雾逮啊本T俗a父前骨农代跨株控T束a京赤煎筒奥斑阿河班T扛a钻效炸宜伍顽锻腾T族a界参数宫：笼P连，川表压拒（盖Ps涨ig壁）；洋文Pa各tm表,抹大属气压浑力（毯P奖si浓g划）哪;微V展，侧体积滑（己cm先3慕）购;展ce纷ll钻,暑样很室；欠ex缩p趴，骗膨胀碰室；侍T撑a耻，波仪堵器的谣（环唐境）俊温度按.平因为驼膨胀凳前后波的气过体摩悔尔数较(N巾)赛是恒多定不略变的掘，如斯果在娇仪器候的工兴作压毫力（务<2漏0P什si肯g渴）锈,令测试帝环境川温度临(2链98钟K)证下，冠测试待介质兄气体穷是理砖想气悬体，觉则嗓稍(扶n品ce肾ll刮量+府n度ex嫁p叫)虎膨胀混前赴=联如(涌n欣ce豪ll绝咸+n前ex桂p乖)阔膨胀无后迟切悉（1志）唱根据跑理想障气体责方程芝，（颈1）侄式可回转换司为：企（肚Pc端el温l.蹦1+贝Pa部tm雾）辞Vf烂倾绑P泼at叔mV烘ex煮p伍转谈Vf裹(辰Pc择el悬l.全2+斩Pa础tm袍)掘键夜(软Pc绝el吴l.曲2+花Pa男tm薄)V吧ex咐p狡——奥——缩——掀——痕—跪+眠好——瓜——夕—长=碰谅——瞧——录——套——艺绒+拴讲——魄——答——协——雄—共(2烛)穷RT恳a康粗糖爆欺妇慈训RT木a洗摸障相裙矿R折Ta置铺哥优贯杜饺晒脑介R亡Ta暑式中件V双f叮是样就品室瞧中气咏体占狮有的靠自由等体积曲。重暮新排阿列式纹（2强），赵得出蔑：额P师ce畅ll悼.2少罗剧碑琴V贷f搅=倾——衰——邻——筑—称V崇ex酿p回(3锡)诸Pc无el解l.丛1-纸Pc魄el长l.群2牢由于日抵炼质V臂s=污Vc渡el甜l—丝Vf古(吉4)壳把式榆（3竟）代刺入式庄（4跪），闪得到著式（晓5）管：耳Pc爽el泻l.稿2写术症穿V束s动=森Vc驶el蛙l娇—梢——语——唇——钉——亚Ve繁xp跨尊姓患(5躲)必Pc煌el喝l.沙1—陡Pc榴el经l.馋2非妙按最后票，用聪式（这6）诊计算累煤样尸的密蛇度：泪W吐亿弱血今窜=玻W/墨Vs庙=哨咐——桐——马——颂——援——衫—蹈——淹——霉——碧—迫(6者)心范站恰加话约社驼辟础印浓伞侵Pc页el们l.举2霜帮菊茫荐捐茧揉汽葵建略Vc规el抛l拘-铅-钥张——妻——需——甜——勒胀Ve熄xp勒撇腊恶建郑朱勿液棒庙胞量Pc询el闲l.闯1—舌Pc泛el校l.假2产拆宽在式傲2、瓣3、诊5、钩6中良的压往力拖Pc誓el爱l.鼻1会和槽Pc灯el悟l.驱2侍是邪用连阶接到笨样品抄室的悼压力雹传感贤器测签得的爱（见侍图1箭）。洽式2脾、3答、4策、5去、6叉中的伙样品堪室体陕积（汇V读ce逮ll垂）和咸膨胀咳室体错积（碰V岗ex英p籍）俩是用凝标准址体积框钢球激标定钳得出更的。吃用本掩方法略测密跟度，艳在以篇下两鹿种情脚况下灭测得刘的数债据不怜能作蜓为真吨密度垒：（圾1）楼当测糕定含侍有孔友隙的冲物质蠢的密代度时火，如昂果介逗质气轨体不旧能渗档入全址部的摧空隙池，则签测试溪的密扔度值膨偏低礼；（母2）减如果送介质怠气体涉在样呀品表痒面有及吸附饶发生制或能睁够被途样品派吸收拾，则鱼测试趋结果兆高于恰真密贡度。乔三．董介质珠气体诵进入槽样品克孔隙蚁能力荷对测闲试的症影响专如果壮介质雨气体搞不能邪渗入毫样品起所有尝的孔包隙体舒积，询则样避品的针真实惨体积舌V总s,昨tr足ue旅应为踪：体V天s,描tr勺ue旬=饿V鬼s,雅m—淡Vp恢or魂e泊奋(品7)秤式中娘：谋V胁s,巡m用是们测得液的样勺品体程积；浓拦V低po鸽re徒是介筑质气锋体不弄能渗呜入的童孔空洽隙体悦积；员从式帜7，棋可以熔得到店式8豆：谷tr宏ue赔旧=穿W逮/辜V端s,干tr叛ue曲俯=搞W抚/牧(匠V峰s,纷m收–嘉Vp找or旧e至)泻稍(8倡)孟由式玩8，终可以即得到分式9档：圆1毫/占t种ru桂e隔=精雾Vs仗,m鞭/储W客–王V术po缸re葱/诵W处=紧柿1灯/摄m聚下—耕(9挑)料式中蝇，患是介宏质气蛾体不满能渗楼入的胳空隙鹅率，缎即：逗=绿麦V捷po板re宫/卧证W啦（1摄0）溪根据烛式9求，遵如果烧>柜0吨,决则管tr节ue禁耻>质m统，即违测试订的密斑度小斜于真肚密度毫。沙四．滔介质狭气体京在样总品表喷面吸灿附或摩吸收慈对密犯度测鸣定的收影响拖内严如果闷测试样用的稻介质陕气体兰能够绞吸附弹在煤侄样上见（区秩分气棵体吸稼附在扔样品避空隙中表面怕或/插和吸景收在装煤的旬机体使中是兔难以楚办得怠到的按，故物，在触此，与用吸乏附表姜示）舞，那热末，劝测试压中，摔介质武气体著在膨短胀前感后的叨摩尔耻数可睬以表当示为奉：狡扇(凡n屠ce剑ll达+劣n让ex系p桌+开n役ad其s困)陷膨胀钩前纸=辉(包n刊ce鲜ll应+饮毛n功ex伸p法+俘宿n带ad够s茫)贞泉膨胀阁后渗(婶11仆)猪如果逆在操精作压向力和尚温度努下，教测试朋介质冈气体陆是理些想气鄙体，间吸附仿等温订线符胞合式箩12咱，畅n粉ad多s西=练照kP杂W饭(平12龟)超式1特1太就转纵换为密式1含3：衡（P好ce膨ll宿,1懂+P誓at恋m杆）支Vf煎蜓约P吸at商m础Ve列xp挪条——正——晋——暂——奔——区—群恒+平——呼——盒—既田+将k座(P穗ce蜘ll业,1匀+纲Pa豆tm夏)着W不=夹浊叉R没Ta间欺扔往酱纪均遇阅曲RT往a这（P泄ce伪ll摊,2抹+P陵at挣m汤）搞Vf蕉隙组慌(卵Pc食el胃l.策2灿+P匪at件m)筑V蚀ex另p坏——始——今——搅——金—闻成+冤——泰——辫——促——详——篮+粪k谱(趁Pc上el订l,左2+城P搂at之m)达W淹植(1眯3)巧常遗R因Ta脾欣议李理蹄娘虚笔慌R逗Ta扶对式五13山进行叶重排孤，得植式1羽4：牢P择ce各ll艺,2熟Vf堪=富娱——仍——雷——柴——住——辉V若ex贤p柄哭—灯幅kR距Ta副W乞拘随妥(1重4)波蚂受侄挠P筐ce欣ll汗,肃1膛—斩P党ce拖ll丙,2渔将式厘14度代耀入式挎4耳，得秆式棉15趴：驾P混ce泛ll甩,驾2陶V史s扛=魂V纽ce撑ll辨——己——雄——锅——债——沙V凑ex宽p鸽+珍孙k炼RT送a钥W侮(1激5)枣以长走槽蒜签蜜粪(P水ce屠ll难,1绣—P财ce众ll逝,2铃)挥堤闸垦痰最后蹄，得因到测革试的猎密度弱和真崖密度径之间先的关变系如唱下：丛W布靠插蓬特为河姻蒸哥甲屠生横纯估纱1景tr翼ue音=葛W按/V植s常=宁您屡旗商胁吨舌僻元甲=准岩(1仗6)宴度滨个适赢识田挂镰泽就肯改滑P已ce酒ll码,2垂窝喷奇更芳每租丑味浪铲慢疫1客或际须亦爹输饥拌男寺世巴捐岛播训V笛ce辫ll干—谊——华——器——类—毫V踢ex尽p冲+穿k均Rt姜a们W分败守——壳—遇+零kR堂T答a慰邀妖笑撤编续瞧馋宽絮盖中P膛ce秃ll或,1催—P佣ce革ll设,2忌作告竖装驾神促夹糕推第m焦式1扯6香等同然于式解17状：舌1等偿掠亡顺蔽怕1象液妇柜袄辨杨霜——夫——帝陶=提徒——尿——艺+快状kR自Ta抚骂梳商则舌专雾样(1找7)临tr踢ue努末筋自根膀端m虏隔捉犯摔兼炕卸耽根据认式1永7，坊如果问盒k兆>0雅；阵tr么ue园愚<称胁挂m点贝地末间俩袖队奴测定壶的密序度大祖于真厕密度腰；忠将式廊9扩和或式料17侄相昏结合榨，介萌质气蚁体的村孔隙并进入害性和拾在样秤品的库吸附弦性对雀样品叛真密搬度的称影响灵可以祥用式警18稻表映示：谣式1迹6漏等同贼于式四17土：誉层残彻事净1撒巡俯姓躺昌柏乘——漏——遮雹=候痛——率——汤—帜+搬酬kR悟Ta店剂(袜1氧8)什tr衣ue必氏疮混角秤谜m梳失丢经殿绵酸提轨如果谣，用尼混合原测试从介质疲气体雪，其挨中气标体A点是吸饲附性常气体欧气体捉B逼是不上吸附角气体惕，则锋吸附夸恒温倚式1肚2中咽的压容力项龙应改撤为吸萄附气圆体的营分压地，即坟：竖n矮ad霉s助=职k燕p卡A上W=呀K锐y烛A莫pw兼(1脏9)惊式中料，贵y维A畏=凑p率A露/蒸P播（2绘0）市将式苍19钢代入蹈式1压1，准按照孩推导咱17粱式的文步骤谨推导圣，得谅到：训1捏弯岁尸凭俩葵1婶面寿——去——元主=臣邪——煌——腐+伞碌kR容T奶a供y套A关(萄2迈1)惯tr拢ue菌m惭输埋在分仓析操迁作中已，可县以通俊过改妥变下主列参相数，则以便复优化蜡分析吸：通扇气清篇洗次朴数，胜清洗语次数队多，哲系统蓬中的扭水分索，空副气等悔杂质碰清除伍的干报净，件介质均气氛平纯，沫干扰市少，永结果础好；钟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