ИСТИНА

Исследование деформации микропористых материалов при адсорбции метана крайне важно для развития систем адсорбционного аккумулирования природного газа, основным компонентом которого является метан. Развитие подходов к описанию деформации адсорбентов, стимулированной адсорбцией метана, позволит прогнозировать разрушение горных пород при добыче природного газа, а также позволит повысить эффективность выбора адсорбентов на стадии проектирования адсорбционных систем хранения природного газа. В работе экспериментально исследована деформация углеродных адсорбентов АУК (на основе карбида кремния), АР-В (на основе каменноугольной пыли), СКТ-3 (на основе торфа) и Carbon xerogel (на основе золь-геля из органического сырья) при адсорбции метана. Экспериментальные измерения проводились на дилатометрическом стенде [Школин А.В., Фомкин А.А., Пулин А.Л., Яковлев В.Ю. Методика измерения адсорбционно-стимулированной деформации // Приборы и техника эксперимента. 2008. № 1. С.163-168.] в широких интервалах давлений от 1 Па до 10 МПа и температур от 178 до 393 К. Установлено, что зависимости адсорбционной деформации от давления метана для всех исследуемых адсорбентов имеют общий вид. За исключением начальной области давлений, адсорбционная деформация увеличивается с ро-стом давления и падает с ростом температуры. В начальной области на кривых деформации при низких температурах имеется область сжатия, уменьшающаяся с ростом температуры. При относительно высоких температурах, в среднем, более 333 К с ростом давления метана наблюдается первоначальное расширение адсорбента. При этом величина деформационных эффектов существенно зависит от адсорбента. Для жестких углеродных адсорбентов АУК и Carbon xerogel деформационные эффекты менее выражены, чем для менее жестких промышленных углеродных адсорбентов имеющих широкое распределение пор по размерам и графитоподобную структуру углеродного каркаса. Например, начальное сжатие адсорбента АУК достигает при 273 К величины в 0.006 %, а адсорбента АР-В и СКТ-3 до 0.03 и 0.05 %, соответственно. В тоже время деформация расширения при 273 К и давлении 6 МПа для исследованных адсорбентов имеет существенно меньшие различия и находится в интервале от 0.15 % до 0.25 %. На основе термодинамического подхода Бакаева [Бакаев В. А. Молекулярная теория адсорбции …. Дисс. доктора наук, ИФХ АН СССР, Москва, 1989, 348 с.] проведена оценка влияния деформации адсорбентов на термодинамические функции процесса адсорбции. В частности, установлено, что в измеренных интервалах давлений и температур поправка на деформацию к дифференциальной изостерической теплоте адсорбции адсорбентов не превышает 5 %. Таким образом, деформация углеродных адсорбентов при адсорбции метана имеет схожий вид. Максимальные различия в деформационных эффектах наблюдаются в начальной области давлений метана. В общем случае, деформационные эффекты определяются структурой углеродного каркаса, в частности его жесткостью.