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澳大利亚亚烟煤对氢的吸附行为

氢作为一种清洁能源，有可能在氢经济中取代化石燃料，从而缓解气候变化。向脱碳能源社会过渡的主要障碍之一是缺乏工业规模氢的存储空间(H2)．本文介绍Keshavarz等人关于煤中氢扩散及其对氢地质储存的影响的研究。这项研究发表在胶体与界面科学杂志。

氢、煤炭

图片来源:Alexander Limbach/Shutterstock.com

为广泛的氢储存找到新的解决方案是很重要的。地下储氢(UHS)是在这方面提出的一种选择。在这里,H2储存在地下地质构造中，如盐洞或枯竭的油气藏。

在最近的研究中，研究小组研究了澳大利亚亚烟煤样品中的氢吸附行为。然而，在目前的文献中，没有关于氢吸附速率或扩散动力学的数据。因此，在这项工作中，研究人员在澳大利亚煤样品中量化了这种动力学参数。该研究为UHS提供了基本的岩石物理数据，从而有助于大规模氢经济的实施。

方法

在澳大利亚无烟煤样品上，H2和有限公司2进行了动力学吸附试验。使用刀片磨床将煤样研磨至<500µm。动力学实验采用250-500 μ m的粒径分数。对煤进行了全面分析，最终分析和近似分析、氦密度和岩相分析结果见表1。

表1。澳大利亚无烟煤样品的基本分析性质。资料来源:Keshavarz,等, 2022

近似分析
含水率(wt%) 灰分含量
(wt %)		 挥发性的内容
(wt %)		 固定碳
(wt %)		 碳酸盐岩碳
2.5 13.8 13.8 69.9 0.048
岩相分析
镜质组
(卷%)		 类脂组
(卷%)		 惰性体
(卷%)		 矿物质
(卷%)		 镜质体反射率
(右v， Max %)
58.7 - - - - - - 33.3 8 4.86
最后分析
碳(wt %) 氢(wt %) 氮(wt%)硫 硫 氧气(wt %) 相对
密度
77.7 2.58 0.94 0.54 18.24 1.54

实验装置的示意图如图1所示。

实验设置:1。样品室;2.煤样;3.手动阀;4.自动阀门;5.压力传感器; 6. Big reference cell; 7. Small reference cell; 8. Temperature controller; 9. Vacuum line; 10. Vent line; 11. Test gas line; 12. Calibration gas line; 13. Control panel and data acquisition system.

图。1。实验设置:1。样品室;2.煤样;3.手动阀;4.自动阀门;5.压力传感器; 6. Big reference cell; 7. Small reference cell; 8. Temperature controller; 9. Vacuum line; 10. Vent line; 11. Test gas line; 12. Calibration gas line; 13. Control panel and data acquisition system. Image Credit: Keshavarz, et al., 2017

在表2中，与H2，和有限公司2扩散被制成表格。

表2．H2和有限公司2在平衡压力(约13 bar)下，测试煤在不同温度下的扩散参数和吸附能力。资料来源:Keshavarz,等, 2022

T(°C) H2
β 1 / t0(年代−1） D(米2/ s) 109 RMS * 平衡压力(12.78-13.03 bar)下的吸附量
20. 0.34 0.0702 0.9866 0.02 0.23
20. 0.33 0.0936 1.3159 0.02 0.26
20. 0.35 0.1113 1.5657 0.02 0.22
30. 0.33 0.1145 1.6096 0.02 0.28
30. 0.35 0.1223 1.7195 0.01 0.28
30. 0.39 0.1865 2.6224 0.01 0.24
45 0.40 0.2756 3.8756 0.01 0.23
60 0.39 0.4819 6.7762 0.01 0.21
有限公司2
20. 0.32 0.0114 0.1607 0.02 1.22
30. 0.37 0.0132 0.1852 0.02 1.21
45 0.35 0.0163 0.2297 0.01 1.28
45 0.40 0.0215 0.3027 0.02 1.18
45 0.40 0.0207 0.2904 0.01 1.00
60 0.35 0.0226 0.3174 0.02 1.10
60 0.36 0.0246 0.3465 0.02 1.09
60 0.37 0.0188 0.2648 0.02 1.09

结果与讨论

显然，H2和有限公司2正如预期的那样，在较高的温度下更快地达到平衡(图2)。这种更快的平衡是由于在较高的温度下气体分子动能的提高而发生的。

H2和CO2吸附速率参数比较:H2和CO2的吸附速率曲线随温度的变化(在所有H2和CO2动力学测试中，平衡压力在12.78-13.03 bar之间)。

图。2。比较H2和有限公司2吸附速率参数:H2和有限公司2(所有H的平衡压力在12.78 ~ 13.03 bar范围内2和有限公司2动力学测试)。图片来源:Keshavarz等，2022年

此外，在所有扩散试验(即H2和有限公司2)， β接近恒定(β = 0.36±7.5%)(见表2和图3)。

1/t0，结果是，D-两种气体的扩散系数随着温度的升高而增加(见图4和表2)。

H2和CO2测试在不同温度下的ß值。

图。3。H的β值2和有限公司2在不同温度下进行测试。图片来源:Keshavarz等，2022年

此外，众所周知，气体吸附(以及CO2和H2)随温度升高而减小(见图4)。

不同温度下H2和CO2的扩散系数

图。4。H2和有限公司2不同温度下的扩散系数。图片来源:Keshavarz等，2022年

此外，升高温度会增加H2有限公司2而H2有限公司2吸附比不变(见图5)。

不同温度下的扩散系数比(H2/CO2)和吸附容量比(CO2/H2)。

图。5。扩散系数比(H2/公司2)和吸附容量比(CO2/小时2)在不同的温度下。图片来源:Keshavarz等，2022年

值得注意的是，对于所有测试温度，CO2吸附能力明显高于H2(约5倍)，而两种气体的吸附能力都随着温度的升高而略有下降(见图6)。

H2和CO2在平衡压力(12.78-13.03 bar)下的吸附量与温度的关系。

图。6。H2和有限公司2平衡压力(12.78-13.03 bar)下的吸附容量与温度的关系。图片来源:Keshavarz等，2022年

结论

尽管煤中的气体扩散是一个公认的现象，但煤中氢扩散的数据严重缺乏，这主要是由于地质储氢概念的新颖。

因此，在本研究中，根据已经报道的煤中气体扩散测量，研究人员量化了H2在等温条件下，对澳大利亚无烟煤样品进行了4种不同温度(20°C、30°C、45°C和60°C)和约13巴的平衡压力。有限公司2在相似的平衡压力和温度下，对相同样品的扩散系数进行了量化比较。

结果表明，温度越高，H速率越高2和有限公司2吸附，但导致气体吸附能力较低。它们还表明H2扩散系数大于当量CO2一个数量级的扩散系数。H2−有限公司2扩散系数比由20℃时的10提高到60℃时的22。

此外,公司2吸附容量大约是H的5倍2在所有研究温度和平衡压力(约13巴)下的吸附能力。此外，H2动力学研究正在进行，以找出煤的特性对H的影响2在煤中的扩散。

期刊引用:

Keshavarz, A.， Abid, H.， Ali, M.， Iglauer, S.(2022)煤中的氢扩散:对氢地质储存的影响。胶体与界面科学杂志。卷608，第二部分，P. 1457-1462。网上:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979721017276．

参考资料及进一步阅读

  1. 汉利，e.s.，等．(2018)氢在低碳能源期货中的作用——现有观点回顾。《可再生和可持续能源评论》，82第3027-3045页。doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.034
  2. Tarkowski, R & Czapowski, G(2018)波兰的盐穹窿-洞穴中储氢的潜在地点。国际氢能杂志，43(46)，第21414-21427页。doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.212
  3. 张,F。,等．(2016)氢能储能关键技术综述。国际氢能杂志，41(33)，第14535-14552页。doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.05.293．
  4. 贝尔塔,M。等．(2018)地下水中毫摩尔氢浓度的地球化学效应:地下储氢背景下的实验研究。环境科学与技术，52(8)，第4937-4949页。doi.org/10.1021/acs.est.7b05467
  5. Flesch、S。等．(2018)地下储氢——模拟储层条件下储层砂岩室内实验岩石相和岩石物理变化。国际氢能杂志，43(45)，第20822-20835页。doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.112
  6. 海涅曼，N, et艾尔．(2018)多孔地质构造中的储氢-中部山谷(苏格兰，英国)的陆上勘探机会。国际氢能杂志，43(45)，第20861-20874页。doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.149
  7. 上帝，a.s.，等．(2014)氢的地质储存:扩大规模以满足城市交通需求。国际氢能杂志， 39(28)，第15570-15582页。doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.07.121
  8. 施、Z。等．(2020)天然气和氢气混合物地下储存的影响。国际氢能杂志，45(15)，第8757-8773页。doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.01.044．
  9. 叶克塔，a.e.，等．(2018)砂岩中氢水相对渗透率和毛细压力的测定:在沉积地层地下注氢中的应用。多孔介质中的运移，122(2)，第333-356页。doi.org/10.1007/s11242 - 018 - 1004 - 7
  10. Iglauer、S。等．(2021)亚烟煤的氢吸附特征及其地质储氢意义。地球物理研究快报，48(10)， p. e2021GL092976。doi.org/10.1029/2021GL092976
  11. Iglauer、S。等．(2021)砂岩储层氢能润湿性及其地质储氢意义。地球物理研究快报，48(3)， p. e2020GL090814。doi.org/10.1029/2020GL090814
  12. Hashemi L。等．(2021)地质多孔介质中氢-盐水多相流的孔隙尺度模拟及敏感性分析。科学报告，11(1)，第1 - 13页。doi.org/10.1038/s41598 - 021 - 87490 - 7
  13. Hashemi L。等．(2021)地下储氢氢/卤水/砂岩体系接触角的俘获泡法测量。水资源研究进展，154，第103964页。doi.org/10.1016/j.advwatres.2021.103964．
  14. 锅,B。,等．(2021)地下条件下岩石-流体界面张力:对H2、有限公司2以及天然气地质储存。国际氢能杂志， 46(50)，第25578-25585页。
  15. 锅,B。,等．(2021)地下储氢:影响参数和未来展望。胶体与界面科学进展“，，294，第102473页，doi.org/10.1016/j.cis.2021.102473．
  16. 阿里,M。等．(2021)压力、温度和有机表面浓度对盖层氢润湿性的影响;氢地质储存的启示。能源报告，7，第5988-5996页。doi.org/10.1016/j.egyr.2021.09.016
  17. Keshavarz, A。,等．(2017)澳大利亚煤中显微组分和煤阶对气体扩散的影响。国际煤炭地质杂志，173， 65-75页。doi.org/10.1016/j.coal.2017.02.005
  18. Buzek, F & lenickova, Z(2010)煤层气程序升温解吸-化学和碳同位素组成。燃料，89(7)，第1514-1524页。doi.org/10.1016/j.fuel.2009.09.020
  19. Staib, G。,等．(2015)煤中气体的分散扩散。第一部分:模型开发。燃料， 143，第612-619页。doi.org/10.1016/j.fuel.2014.11.086
  20. Staib, G。,等．(2015)煤中气体的分散扩散。第二部分:对先前提出的煤中扩散物理机制的评估。燃料，143，第620-629页。doi.org/10.1016/j.fuel.2014.11.087
  21. Kiani、。等．(2018)煤中气体吸附能力、气体吸附速率与纳米孔隙率。国际煤炭地质杂志，200第77-86页。doi.org/10.1016/j.coal.2018.10.012．
  22. Kiani、。等．(2019)利用红外光谱法确定大气压力下煤炭的甲烷排放速率。能源燃料，33(1)，第238-247页。doi.org/10.1021/acs.energyfuels.8b03547
  23. 雷姆纳，d.j.，等．(1986)煤层性质对瓦斯抽采效率影响的参数研究。油藏工程，1(06)，第633-646页。doi.org/10.2118/13366-PA
  24. 查理尔、D。等．(2010)压力和温度对CO扩散的影响2和CH4变成来自洛林盆地(法国)的煤炭。国际煤炭地质杂志，81(4)，第373-380页。doi.org/10.1016/j.coal.2009.03.007
  25. 王、Z。等．(2015)温度对煤中甲烷吸附动力学影响的物理模拟:273.15 K下的温度效益。燃料，158，第207-216页。https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.05.011
  26. 悦,G。,等．(2015)温度对煤中甲烷吸附动力学影响的物理模拟(II):煤中甲烷吸附测量与建模过程中的温度演化。能源燃料， 29(10)，第6355-6362页。doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5b01637
  27. Stephen G.(2013)。动力学理论:中等密度气体输运方程的Chapman-Enskog解。卷。3。爱思唯尔,
  28. 布莱斯，S. G .(2003)气体动力学理论，《经典论文集》，第1期。世界科学。
  29. 肯特,S。等．(2008年)通过烟气应用的聚合物膜系统分离二氧化碳。最近的化学工程专利，1(1)(2008)，第52-66页。doi.org/10.2174/2211334710801010052
  30. Kadoura、。等．(2016)蒙脱土水合物中二氧化碳、甲烷及其混合物的分子动力学模拟。物理化学杂志C，120(23)，第12517-12529页。doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b02748
  31. 腾,Y。,等．(1997)吸附系统的基本原理研究。应用热能，17(4)，第327-338页。doi.org/10.1016/s1359 - 4311 (96) 00039 - 7
  32. 王,K。等．(2017)气压和温度对中国无烟煤渗透性和稳态时间影响的实验研究。天然气科学与工程杂志，40， 179-188页。doi.org/10.1016/j.jngse.2017.02.014
  33. 张,Y。,等．(2015)中国无烟煤在大范围压力和温度下对纯甲烷、二氧化碳和氮的吸附:实验和建模。RSC的进步，5(65)，第52612-52623页。doi.org/10.1039/C5RA05745K
  34. 白金汉，公元等．(1968)一些简单分子的四极矩。美国化学学会杂志，90(12)，第3104-3107页。doi.org/10.1021/ja01014a023
  35. 白金汉，A. D .(1959)分子四极矩。化学学会季刊，13(3)，第183页。doi.org/10.1039/qr9591300183．
  36. Ralser、S。等．(2016)电荷对二氧化碳对带电富勒烯吸附能力影响的实验证据。PCCP，18(4)，第3048-3055页。doi.org/10.1039/C5CP06587A
  37. 阿比德，h。R。等．(2021) Hussein Rasool Abid, Stefan Iglauer, Ahmed Al-Yaseri, Alireza Keshavarz。CO的急剧增加2负电荷亚烟煤的吸附性能。能源，233，第120924页。doi.org/10.1016/j.energy.2021.120924．
  38. Plerdsranoy, P。等．(2021)镍纳米颗粒修饰的富O/ n层次碳支架的氢吸附:实验和计算研究。国际氢能杂志，46(7)，第5427-5440页。doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.042．
  39. Gregory N。等．(2015)对比气体吸附、压汞和SAXS技术测量煤的孔隙度和表面积。燃料，第293-304页。doi.org/10.1016/j.fuel.2014.10.046
  40. Arif, M。等．(2017)表面化学对低阶至高阶煤层界面性质的影响。燃料，194第211-221页。doi.org/10.1016/j.fuel.2017.01.027．
  41. 藤井裕久。等．(2002)微溶剂化苯酚中弱氢键的直接观察:苯酚- CO和- CO2 OH拉伸振动的红外光谱0和D0．物理化学杂志A， 106(43)，第10124-10129页。
  42. Raveendran, P。等．(2005)超临界二氧化碳的极性属性。化学研究纪要．，38(6)，第478-485页。
  43. Awoyemi A(2011)了解多环芳烃从水相吸附到活性炭。
  44. Nguyen-Thuy、T。等．(2020) MOF-74金属有机骨架的氢吸附机理:第一原理计算的洞察。RSC的进步，10(72)，第43940-43949页。
  45. 沈,F。,等．(2019)氧官能团在活性炭表面吸附硫化氢中的作用:密度官能团研究。工业与工程化学研究“，，58(14)，第5526-5532页。
  46. Busch, A & Gensterblum, Y(2011)煤中CBM和CO2-ECBM相关吸附过程:综述。国际煤炭地质杂志，87(2)，第49-71页。
  47. 穆罕默德·阿里,等(2021)有机分子对云母/H润湿特性的影响2/盐水体系:对氢结构捕获能力的影响。胶体与界面科学杂志．doi.org/10.1016/j.jcis.2021.10.080．
劳拉·汤姆森

写的

劳拉·汤姆森

劳拉·汤姆森毕业于曼彻斯特城市大学，获得英语和社会学学位。在她的学习期间，劳拉做过一名校对，并继续做全职校对，直到在一家领先的分析和媒体公司担任网站编辑。在业余时间，劳拉喜欢阅读各种书籍和写历史小说。她也喜欢去世界上新的地方，很多周末都在照顾狗。

引用

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  • 美国心理学协会

    汤姆森,劳拉。(2022年3月29日)。澳大利亚亚烟煤对氢的吸附行为AZoCleantech。检索于2022年7月29日，来自//www.polystomper.com/article.aspx?ArticleID=1487。

  • MLA

    汤姆森,劳拉。澳大利亚亚烟煤对氢的吸附行为。AZoCleantech．2022年7月29日。< //www.polystomper.com/article.aspx?ArticleID=1487 >。

  • 芝加哥

    汤姆森,劳拉。澳大利亚亚烟煤对氢的吸附行为。AZoCleantech。//www.polystomper.com/article.aspx?ArticleID=1487。(2022年7月29日访问)。

  • 哈佛大学

    劳拉·汤姆森，2022年出版。澳大利亚亚烟煤对氢的吸附行为．AZoCleantech，查看2022年7月29日，//www.polystomper.com/article.aspx?ArticleID=1487。

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