二氧化碳/甲烷在煤微孔中传递扩散特性的分子模拟研究

【作者】 赵永亮； 冯妍卉； 张欣欣；

【机构】 北京科技大学机械工程学院； 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室；

【摘要】 基于CO₂和CH₄在煤中的扩散和吸附规律研究结论不一致的前提,本文从Wiser烟煤分子模型构建出发,使用巨正则蒙特卡洛（GCMC）和分子动力学（MD）方法,尝试通过热动力学因子将微观自扩散系数与宏观传递扩散系数建立联系,分析、对比了两种气体在煤中的扩散特性,考察了温度的影响,并进一步计算了相应的扩散活化能。主要结论包括:1)单种气体的热动力学因子随温度的升高而降低;在同一温度下,CO₂的热动力学因子大于CH₄。3)自扩散系数、校正扩散系数、传递扩散系数均随温度的升高而逐渐增大;传递扩散系数与实验值吻合较好,验证了传递扩散系数对于描述煤微孔结构内的扩散特性的正确性。4)CO₂的扩散活化能480.15J/mol小于CH₄的508.25J/mol,CO₂的扩散过程比CH₄的更易发生。本文研究结果可为ECBM工程提供理论指导,并为气体在微孔材料中的扩散特性的表征提供一定的思路和方法。更多还原