页岩对甲烷高温高压等温吸附的热力学特性

李希建^1,2,3，尹鑫^1,2,3，李维维^1,2,3，刘尚平^1,2,3，张培^1,2,3

1. 贵州大学矿业学院2. 复杂地质矿山开采安全技术工程中心3. 贵州大学瓦斯灾害防治与煤层气开发研究所

摘 要：为了研究页岩在高温高压条件下对甲烷的吸附特性,采用高压等温吸附实验仪,分析了取自贵州岑巩地区天马1井的页岩对甲烷的吸附效果,并根据lausius-Clapeyron方程和Vant-Hoff方程求得甲烷吸附的等量吸附热和极限吸附热,从热力学角度分析甲烷在页岩上的吸附特性。研究结果表明:贵州岑巩地区天马1井页岩对甲烷的等温吸附曲线形态在不同温度条件下基本一致,都存在着明显的极值点;在低压阶段,等量吸附热随吸附量的增加而逐渐增加,平均吸附热为43.59kJ/mol,表明可能发生了化学吸附;在高压阶段,等量吸附热随吸附量的减少而逐渐升高,表明随压力增加解吸更加困难;通过Vant-Hoff方程计算得到的极限吸附热为39.61 kJ/mol,表明天马1井页岩孔隙表面与甲烷气体之间的相互作用力较强。对于相互作用力较强的页岩,在页岩气开采过程中可以结合注入与页岩孔隙表面作用更强气体的方法来促进解吸,如CO₂等气体。

关键词：页岩气;高温高压;吸附特性;等温吸附曲线;等量吸附热;极限吸附热;