二氧化碳/甲烷在煤微孔中传递扩散特性的分子模拟研究

【摘要】：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,并利用传递扩散系数来研究CO2/CH4在煤微孔中的扩散特性,考察了温度的影响,并计算相应的扩散活化能。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。2)在自扩散系数、校正扩散系数、传递扩散系数中,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。3)三种扩散系数均随温度的升高而逐渐增大;从阿累尼乌斯定律出发,计算了扩散活化能:CO2(36.40 k J/mol)小于CH4(38.34 k J/mol),说明CO2的扩散过程比CH4的更易发生。本文研究可以反映气体在煤微孔材料中的扩散机理,并为二氧化碳驱采煤层气工程提供理论指导。 【作者单位】：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
【关键词】：传递扩散系数 自扩散系数 二氧化碳驱采煤层气 热力学因子 扩散活化能
【分类号】：TE377
【正文快照】： 1引言化石能源一直是全球主要的能量来源,特别是煤,在工业能源利用中发挥着非常重要的作用。然而化石能源的利用却带来了严重的环境破坏,尤其严重的是排放的温室气体已经导致全球升温,海平面上升等现象[1]。在温室气体中,CO2对温室效应的作用最大,数据[2-5]表明CO2单种气体的

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