二氧化碳/甲烷在煤微孔中傳遞擴(kuò)散特性的分子模擬研究

【摘要】：基于CO_2和CH_4在煤中的擴(kuò)散和吸附規(guī)律研究結(jié)論不一致的前提,本文從Wiser煙煤分子模型構(gòu)建出發(fā),使用巨正則蒙特卡洛(GCMC)和分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法,嘗試通過熱動(dòng)力學(xué)因子將微觀自擴(kuò)散系數(shù)與宏觀傳遞擴(kuò)散系數(shù)建立聯(lián)系,分析、對比了兩種氣體在煤中的擴(kuò)散特性,考察了溫度的影響,并進(jìn)一步計(jì)算了相應(yīng)的擴(kuò)散活化能。主要結(jié)論包括:1)單種氣體的熱動(dòng)力學(xué)因子隨溫度的升高而降低;在同一溫度下,CO_2的熱動(dòng)力學(xué)因子大于CH_4。3)自擴(kuò)散系數(shù)、校正擴(kuò)散系數(shù)、傳遞擴(kuò)散系數(shù)均隨溫度的升高而逐漸增大;傳遞擴(kuò)散系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值吻合較好,驗(yàn)證了傳遞擴(kuò)散系數(shù)對于描述煤微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的擴(kuò)散特性的正確性。4)CO_2的擴(kuò)散活化能480.15J/mol小于CH_4的508.25J/mol,CO_2的擴(kuò)散過程比CH_4的更易發(fā)生。本文研究結(jié)果可為ECBM工程提供理論指導(dǎo),并為氣體在微孔材料中的擴(kuò)散特性的表征提供一定的思路和方法。 【作者單位】：北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 北京科技大學(xué)冶金工業(yè)節(jié)能減排北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
【關(guān)鍵詞】：CO_-ECBM 熱動(dòng)力學(xué)因子 自擴(kuò)散系數(shù) 傳遞擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散活化能
【分類號】：TQ531
【正文快照】： 1引言化石能源一直是全球主要的能量來源,特別是煤,在工業(yè)能源利用中發(fā)揮著非常重要的作用。然而化石能源的利用卻帶來了嚴(yán)重的環(huán)境破壞,尤其嚴(yán)重的是排放的溫室氣體已經(jīng)導(dǎo)致全球升溫,海平面上升等現(xiàn)象[1]。在溫室氣體中,CO2對溫室效應(yīng)的作用最大,數(shù)據(jù)[2-5]表明CO2單種氣體的

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