CH4、CO2在烟煤结构模型中吸附的分子模拟研究

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1、中图分类号：TE992单位代码：10425学号：S11090971CH4、CO2在烟煤结构模型中吸附的分子模拟研究MolecularSimulationStudyoftheAdsorptionofMethaneandCarbonDioxideinBituminousCoalModel学科专业：材料科学与工程研究方向：材料电化学与能源材料作者姓名：田力指导教师：胡松青教授二〇一四年四月MolecularSimulationStudyoftheAdsorptionofMethaneandCarbonDioxideinBituminousCoalModelAThesi

2、sSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TianLiSupervisor：Prof.HuSongqingCollegeofScienceChinaUniversityofPetroleum(EastChina)关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学（华东）或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工

3、作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学（华东）有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交、赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要注CO2提高煤层气采收率技术

4、（CO2-ECBM）不仅有利于煤层气的规模化开发和利用，而且能够实现CO2的煤层封存，达到温室气体减排的目的。本文采用分子模拟方法，系统的研究了不同条件下CH4、CO2单组分以及CH4/CO2二元混合组分在烟煤结构模型中的吸附行为，从微观层次认识了CH4、CO2在烟煤中的吸附机理以及CO2-ECBM的机制。本文的主要结论如下：1、利用Wiser烟煤大分子构建了密度为1.21g/cm3的烟煤结构模型，并证明了该模型的合理性。2、随着压力的增大，CH4、CO2的吸附量先是迅速的上升，然后趋于平稳。CH4、CO2的吸附曲线很好的符合I型等温吸附曲线的特征，可以用Lan

5、gmuir等温吸附方程进行拟合。低温有利于CH4、CO2的吸附，高温促进了CH4、CO2的解吸。CO2的等温吸附热大于CH4，是导致CO2在烟煤结构模型中吸附量大于CH4的主要原因。3、随着含水率的增加，CH4、CO2的等温吸附热逐渐减小，导致CH4、CO2的吸附量降低。但H2O分子的存在不改变CH4、CO2在烟煤结构模型中的吸附机制，CH4、CO2的等温吸附曲线依旧符合第I类等温吸附曲线，可以用Langmuir等温吸附方程进行拟合。4、在所考察的温度和压力范围内，CO2的竞争吸附能力强于CH4，在烟煤具有优先吸附性。随着温度的升高、压力的增大，CO2相对于CH

6、4在烟煤中的竞争吸附能力减弱，从而导致CO2-ECBM效率和CO2的煤层封存效率降低。5、在不同的地质深度和CO2体相摩尔分数下，CO2的竞争吸附能力强于CH4，具有优先吸附性。CO2的注入位点深度和体相摩尔分数越大，CO2相对于CH4在烟煤中的竞争吸附能力越弱。过多的CO2注入煤层会导致CO2的封存和CH4的驱替效率降低，并且在驱替相同数量CH4的情况下深部煤层封存CO2的数量小于浅部煤层。6、H2O分子的存在并没有改变CO2在烟煤中的优先吸附性，CO2在烟煤中的竞争吸附能力强于CH4。少量H2O分子的存在会显著的降低CO2相对于CH4在烟煤中的竞争吸附能力；

7、随着H2O分子数量的增多，CO2的竞争吸附能力也逐渐增强，但始终低于不含水情况下的竞争吸附能力。关键词：烟煤结构模型，吸附，CO2封存，CO2-ECBM，分子模拟iMolecualrSimulationStudyoftheAdsorptionofMthaneandCarbonDioxideinBituminousCoalModelTianLi（MaterialsScienceandEngineering）DirectedbyProf.HuSongqingAbstractEnhancedcoalbedmethanerecoverybyinjectingCO2tec

8、hnology(CO2-