煤的多组分气体等温吸附实验方法

邓泽、李贵中、陈振宏、梁为、苏雪峰、成前辉、庚勐、陈浩。

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。

《煤的高压等温吸附试验方法(GB/T 19560-2008)》由中国标准出版社出版。

不同温度下的吸附等温线是过程模拟和设计所必需的。获取的方法是通过测定各温度范围内的多条吸附等温线，然后将等温线拟合为温度的函数。以往常因缺乏各温度下的实验数据，采用假设吸附始终发生在等温的条件下，甚至假设各组份的吸附等温线均为线性，这样的结果与工业的实际操作情况会有较大的差距，因此，通过较少的吸附等温线数据准确预测其它温度范围内的等温线是很有实际意义的。胡涛等通过测定常温范围的2个特定温度下的吸附等温线，利用计算所得的等量吸附热预测其它温度下的吸附等温线，并与实验测定值和内插法获得的吸附等温线进行了比较，详细考察了通过吸附热预测等温线的准确性。同时还利用文献数据，通过计算等量吸附热，预测了较宽压力和温度范围的等温线数据，并与插值法和文献的实验数据进行了比较，探讨方法的适用性。

结果表明：用吸附热预测不同温度的等温线仅需两温度下的吸附等温线数据。这样的方法可以用于吸附过程模拟计算和设计中，解决需要不同温度下吸附等温线数据的问题。

测量比表面积方法有容量法、重量法、气相色谱法等。

BET 比表面积容量测量法，简称BET法，是研究同体表面结构和测量比表面积的重要方法之—。氮气、氪气常作为吸附气体，

BET方程是多分子层物理吸附理论中应用最广泛的等温式，南勃鲁纳尔（Brunauer）、爱曼特（Emmett）、泰勒（Teller）在1938年提出 前提假设是：

（1）吸附利表面是均匀的；

（2）吸附质分子间没柯相互作用；

（3）吸附可以是多分子层的；第二层以上的吸附热等于吸附质的液化热；当吸附达到平衡时。每一层的形成速度与破坏速度相等。

由上述假设出发，可推导出BET二常数公式：

P/V（P-P₀）=1/V_mC （C-1）P/V_mCP₀

式中：V为在气体平衡压力为P时的吸附体积量；V_m为单分子层饱和吸附量，常数；P为吸附气体的平衡压力；P₀为在吸附温度下吸附质气体的饱和蒸气压（查相关手册）；C为吸附热有关的常数。

BET公式适用比压P/P₀在0.05～0.35之间。因为P/P₀<0. 05，压力太小，不能建立多分子层物理吸附平衡（实为单分子层）；当P/P₀>0. 35，毛细凝聚现象显著，亦破坏多分子层物理吸附。

通过实验可测得一系列的P和V，若以P/V（P₀-P）对P/P₀作图可得一直线，由此求得V_m，若V_m以标准状态下的体积（mL）度量，则比表面S为

S=V_mN_Aσ/22400W

式中：N_A为阿伏加德罗常数；σ为每个吸附质分子的截面；W为吸附剂质量（g）；22400为标准状态下1mol气体的体积（mL）。

其中吸附质分子的截面积σ可由多种方法求出，可利用下式计算：

σ =1.09（M/N_Ad）^2/3

式中：M为吸附质的分子量；d为在吸附温度下吸附质的密度。

对于氮气，在78K时σ常取的值是0.162nm²。