⑴ 吸附等溫線實驗吸附量是怎麼求得的
吸附容量是單位重量活性炭達到吸附飽和時能吸附的溶質量，和原料、製造過程及再生方法有關。吸附容量越大，所用活性炭量越省。吸附速率是指單位重量活性炭在單位時間內能吸附的溶質量。因吸附有選擇性，性能參數應由實驗測定。顆粒活性炭要有一定的機械強度和粒徑規格。
如果是吸附水體的雜質的話， 活性炭不斷吸附水中溶質，直到吸附平衡即溶質濃度不再改變時為止。一定溫度下，達到吸附平衡時，單位重量活性炭所吸附的溶質重量和水中溶質濃度的關系曲線，稱為吸附等溫線。曲線常用弗羅因德利希公式表示： X/M＝kC1/n式中X為活性炭吸附的溶質量;M為所加活性炭重量;C為達到吸附平衡時，水中溶質濃度；k和n為試驗得出的常數。
⑵ 什麼是氣體吸附等溫線
如果絕對溫度，壓力和氣體（吸附質）和表面（吸附劑）的作用能不變，則在一個特定表面的吸附量是不變的。因為固體表面對氣體的吸附量是溫度、壓力和親和力或作用能的函數，所以我們在恆定溫度下，就可以用平衡壓力對單位重量吸附劑的吸附量作圖。這種在恆定溫度下，吸附量對壓力變化的曲線就是特定氣-固界面的吸附等溫線。
⑶ 緻密頁岩吸附解吸性能評價研究
孫仁遠1，2 張召召1 熊啟勇3 胡新玉4 李泌5 傅鉞1
（1.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島 266555； 2.中國石油大學（北京）石油工程學院，北京昌平 102249； 3.新疆油田公司採油工藝研究院 新疆克拉瑪依 834000； 4.新疆油田公司風城油田作業區 新疆克拉瑪依 834001； 5.新疆油田公司石西油田作業區，新疆克拉瑪依 834001）
摘 要：頁岩氣是一種非常規天然氣能源，主體上以吸附態和游離相同時賦存於具有生烴能力的泥頁岩 地層中。美國在頁岩氣開發上取得巨大成功，使人們有理由相信頁岩氣將成為未來常規油氣資源的重要接替 者。頁岩氣的吸附性是頁岩的特性之一，頁岩的吸附解吸性能評價對頁岩氣的開發十分重要。採用自行設計 的頁岩等溫吸附解吸實驗裝置，研究了頁岩中甲烷、二氧化碳、氮氣等氣體的吸附解吸特性。結果表明，隨 壓力的增加，氣體在頁岩中的吸附量增加。25℃時，甲烷在1MPa的平衡壓力下吸附量是0.85cm3/g，平衡壓 力增加到10MPa時，吸附量增加到4.85cm3/g；不同氣體在頁岩中的吸附能力不同。甲烷、二氧化碳、氮氣 在頁岩中的吸附性強弱依次是二氧化碳大於甲烷，甲烷大於氮氣。採用同一個頁岩樣品，在25℃、平衡壓力 為5MPa時，氮氣，甲烷、二氧化碳的吸附量依次是0.45cm3/g、1.40cm3/g、6.14cm3/g。甲烷和二氧化碳在 頁岩中甲烷、二氧化碳在頁岩中吸附規律基本符合Langmuir方程，可以用Langmuir模型預測頁岩氣在頁岩中 的吸附；隨壓力降低，甲烷解吸量增大，在壓力較低時，解吸曲線變化較為平緩，壓力較高時，曲線下降 變陡，解吸量較低壓下增幅變大，氣體在頁岩中的解吸存在一定的解吸滯後效應；不同的頁岩樣品吸附性 不同。
關鍵詞：頁岩氣；吸附；解吸
Adsorption and Desorption Property Evaluations of Gases in Tight Shales
Sun Renyuan1，2，Zhang Zhaozhao1，Xiong Qiyong3，Hu Xinyu4，Li Mi5，Fu Yue1
（1.School of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Qing 266555，China； 2.College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Changping 102249，China； 3.Institute of Oil Proction Technology，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834000，China； 4.Fengcheng Oil Proction Zone，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834001，China； 5.Shixi Oil Proction Zone，Xinjiang Oilfield Company，Kelamayi 834001，China）
Abstract：Shale gas is an unconventional natural gas，mainly stored as a condensed phase on the shale matrix and organic materials.as well as free gas in the porous space.The great success on shale gas development make people believe that shale gas will offset the deficiency of conventional oil and gas.The adsorption of shale gas on shale is one of properties of shale.Adsorption and desorption property evaluations in Shales is very important for shale gas development.A self-designed laboratory apparatus was used for determining the adsorption and desorption properties of CH4，CO2，N2 in shales.Experiments show that gas can be absorbed in shales.The adsorption increases with the increasing of equilibrium pressure.When the temperature is 25℃and the equilibrium pressure is 1MPa，the adsorption of methane is 0.85cm3/g.As the pressure increases to 10MPa，the adsorption become to 4.85cm3/g.The adsorption is different with different gas.The adsorption ability of CO2 in shales is larger than CH4，and the adsorption ability of CH4 is greater than N2.When the temperature is 25℃and the equilibrium pressure is 5MPa，the adsorption of methane，nitrogen and carbon dioxide is 0.45cm3/g，1.4cm3/g and 6.14cm3/g，respectively.The adsorption of CH4 and CO2 can be described by Langmuir model.The desorption increases with the recing of equilibrium pressure.When the pressure is relatively low，the desorption is small.On the contrast，The desorption become faster when the pressure is relatively high.There are hysteresis effect when gas begin to be desorpted.The adsorption ability of gas in shales is different with different samples.
Key words：shale gas；adsorption；desorption
引言
頁岩氣是從頁岩層中生產出來的一種非常規天然氣［1～3］。氣體在頁岩中主要以溶解態、游離 態、吸附態存在，頁岩中吸附氣的含量約占總含氣量的50％［4～9］。H.S Lane等［10］從試井數據中 分析頁岩氣藏中氣體解吸參數、監測和估算氣體解吸量。E.Shtepani，等［11］研究了解吸罐測定吸 附氣含量、氣體組成和總的解吸時間，提出了一種精確估算損失氣量，從而估算原始地質儲量的 方法。Daniel J.K.等［12］研究了頁岩組成和孔隙結構對氣體吸附的影響，得出甲烷吸附量隨TOC 及微孔體積的增加而增大的結論。Ross等［13］研究得出頁岩中甲烷吸附量與TOC正相關，頁岩中 硅鋁酸鹽中存在納米級孔隙［14～18］，對甲烷的吸附能力有重要影響。Chamelers［17］研究得出了白 堊系頁岩甲烷吸附量隨微孔體積的增加而增大。Xiao-chun Lu等［19］研究了泥盆系頁岩吸附影響 因素，得出有機質、粘土含量、壓力溫度是影響頁岩吸附的主要因素，但沒有研究氣體在頁岩 中的解吸性質。頁岩氣的吸附解吸性質對頁岩氣的壓裂增產和產量預測等具有重要的意義［10］。
採用自行設計的實驗裝置，測定了高壓和室溫下甲烷、二氧化碳、氮氣在頁岩中的等溫吸附曲線。應用朗格繆爾方程［19］對曲線進行擬合，並分析了影響頁岩吸附解吸性能的因素，為進一步研究頁岩氣 吸附解吸機理鑒定了基礎。
1 實驗材料及設備
1.1 實驗材料
頁岩樣品（粉碎、過篩，顆粒直徑為60～230目）。甲烷氣體（瓶裝，純度為99.99％）；二氧 化碳氣體（瓶裝，純度為99.99％）；氮氣氣體（瓶裝，純度99.99％）；氦氣（瓶裝，純度 為99.99％）。
1.2 實驗設備
自行研製的頁岩吸附解吸性能評價裝置如圖1、圖2所示。它主要包括真空泵、樣品室、標准室、 高壓氣瓶等。
圖1 頁岩吸附性能評價系統示意圖
圖2 頁岩解吸性能評價系統示意圖
2 實驗方法與步驟
2.1 模型制備
將現場取心得到的頁岩樣品粉碎、篩分、烘乾、填裝、壓實，即得到實驗用的頁岩樣品，其基本參 數見表1。
2.2 氣體吸附性能評價步驟
（1）連接儀器，檢查氣密性。
（2）打開真空泵對系統抽真空。
（3）關閉樣品室閥門7，打開閥門3、5，向標准室充入實驗氣體，關閉閥門3，記錄壓力 為P1（1）。
（4）打開閥門5，待標准室和樣品室壓力平衡後記錄平衡壓力之值P2（1）。
（5）關閉閥門7，打開閥門3，向標准室繼續充入氣體至P1（2），關閉閥門3，重復步驟4。
（6）重復步驟5直至實驗壓力P1（n）。
表1 頁岩樣品基本參數
2.3 氣體解吸性能評價步驟
（1）連接好儀器，將氣體最後一次吸附平衡的壓力記為P2（1）。
（2）關閉樣品室閥門5，降低標准室壓力，記錄此時的標准室壓力P1（1）。
（3）待壓力穩定後打開樣品室閥門5，待樣品室和標准室壓力平衡後記錄平衡壓力值P2（2）。
（4）重復步驟2和3，直至標准室壓力降為大氣壓。
3 實驗結果及討論
3.1 氣體吸附、解吸量計算公式
應用真實氣體狀態方程，將吸附平衡後的體積換算到標准狀態下的氣體體積。可以得到氣體吸附 量。第一個吸附平衡壓力P2所對應的吸附氣體積為：
國際非常規油氣勘探開發（青島）大會論文集
式中：P1為第一次向標准室中注入氣體的壓力，MPa；P2為樣品室第一個吸附平衡壓力，MPa；Psc為 標准大氣壓，MPa；Vh為標准室體積，m3 ；Vφ為樣品室孔隙體積，m3 ；Z1、Z2分別為壓力P1和P2 對應的真實氣體壓縮系數。
第n個吸附平衡壓力點P2（n）對應的氣體吸附體積：
國際非常規油氣勘探開發（青島）大會論文集
氣體吸附量：
國際非常規油氣勘探開發（青島）大會論文集
式中，m為樣品質量，kg。
氣體解吸量：
國際非常規油氣勘探開發（青島）大會論文集
式中，Q解為甲烷解吸量，m3/kg；V為甲烷解吸體積，m3。
3.2 頁岩吸附等溫線測定
在25℃條件下，測量了甲烷氣體在頁岩樣品SN121中的 吸附等溫線，實驗結果如圖3所示。從圖3中可以看出，甲 烷的吸附量隨壓力升高而增大，壓力影響氣體吸附能力。在 平衡壓力為10.99MPa時，岩樣品的吸附量可達4.85cm3/g。
3.3 不同氣體在頁岩中的吸附實驗結果及討論
圖3 25℃時SN121頁岩樣品 甲烷吸附等溫線
實驗分別測定了25℃條件下，甲烷、二氧化碳在同一種 頁岩樣品中的吸附性能，實驗結果如圖4所示。由圖可見，在25℃和5.08MPa下，CH4、CO2在頁岩SN121中的吸附氣 量分別是3.39cm3/g、10.65cm3/g，二氧化碳在頁岩中的吸附能力大約是甲烷的3倍，表明二氧化碳對 頁岩的吸附能力大於甲烷。而且，甲烷和二氧化碳吸附規律都基本符合Langmuir等溫吸附方程。Langmuir方程的擬合參數如表2所示。
表2 Langmuir方程擬合參數
圖4 25℃條件下SN121頁岩甲烷、二氧化碳等溫 吸附線及Langmuir擬合曲線
3.4 頁岩吸附解吸曲線測量結果及討論
選取兩種不同的頁岩樣品SN3、SN121進行 了甲烷吸附解吸等溫實驗，結果如圖5和圖6 所示。
由圖5可見，甲烷在頁岩樣品中的吸附曲線 和解吸曲線並不重合，說明氣體在頁岩中吸附和 解吸在機理上存在明顯差異，存在一定的滯後 效應。
由圖6可見，隨著壓力的降低，甲烷的解吸 量增大，在壓力較高時，曲線下降變陡，解吸量 較低壓下增幅變大，壓力越低，解吸量變化變 緩。當壓力從11.46MPa降低到8.32MPa，解吸 量是2.46cm3/g；壓力從3.24MPa降低到 0.14MPa，解吸量是1.17cm3/g。高壓下解吸量較大，說明快速降低地層壓力有利於促進甲烷在頁岩中 的解吸。
圖5 25℃條件下，SN3、SN121頁岩樣品 甲烷吸附解吸等溫線
圖6 25℃條件下SN3頁岩樣品 甲烷解吸等溫線
4 結論
（1）在等溫條件下，頁岩吸附甲烷的量隨壓力增加而增大，在低壓時吸附量隨壓力增加較快，當壓 力增大到一定值後，吸附量增加變緩。
（2）二氧化碳在頁岩中吸附能力大於甲烷。
（3）甲烷、二氧化碳在頁岩中吸附規律基本符合Langmuir方程，因而可以用Langmuir模型預測頁 岩氣在頁岩中的吸附。
（4）隨壓力降低，甲烷解吸量增大，在壓力較低時，解吸曲線變化較為平緩；壓力較高時，曲線下 降變陡，解吸量較低壓下增幅變大。甲烷解吸曲線與其吸附曲線不重合。
參考文獻
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⑷ 什麼是吸附（解吸）等溫線，其在食品中有何應用
吸附等溫曲線是指在一定溫度下溶質分子在兩相界面上進行的吸附過程達到平衡時它們在兩相中濃度之間的關系曲線。在一定溫度下,分離物質在液相和固相中的濃度關系可用吸附方程式來表示〔1〕。作為吸附現象方面的特性有吸附量、吸附強度、吸附狀態等,而宏觀地總括這些特性的是吸附等溫線〔2〕。吸附等溫曲線用途廣泛,在許多行業都有應用。在地質科學方面,可以用於基於吸附等溫線的表面分形研究及其地球科學應用〔3〕;在煤炭方面,煤對混合氣體中CH4和CO2的吸附呈現出不同的吸附特點;煤對CO2優先吸附,並且隨著壓力的升高,煤對CO2選擇性吸附…