水分赋存状态对煤N₂/CH₄/CO₂竞争吸附与选择性的影响机理

摘要

为揭示水分赋存状态对煤N₂/CH₄/CO₂竞争吸附的影响机理，依托穿透曲线传质分析平台，开展水蒸气等温吸附试验，明确煤中水分赋存状态及特征含水率，并在30℃、1～4 MPa、等配比N₂/CH₄/CO₂条件下进行动态竞争吸附试验，结合FTIR官能团演化与动力学模型拟合，揭示水分赋存状态对竞争吸附的调控机制。结果表明:升压显著强化竞争吸附，N₂、CH₄更容易被置换，含水条件下CO₂在部分工况出现置换（驼峰）现象;试验数据与Yoon-Nelson模型拟合R²均值大于0.9，拟合效果良好，干煤中传质速率常数满足■，且随着压力的升高整体下降，含水煤中CO₂的传质速率常数k随着含水率的升高而增加，水分为CO₂提供了“水膜-溶解-扩散”迁移通道;随着压力的增大，吸附选择性系数S（CO₂/CH₄）与S（CO₂/N₂）降低，而S（CH₄/N₂）升高，高压不利于CO₂,N₂对CH₄的驱替，随着含水率的升高，S（CO₂/N₂）与S（CH₄/N₂）升高、S（CO₂/CH₄）先降低后升高，水分对弱吸附质气体的抑制更为显著，并削弱CH₄的选择性优势。研究完善了含水煤体多组分竞争吸附理论，凸显了水分在CCUS与ECBM工程中对竞争吸附效应的关键调控作用。

关键词

水蒸气吸附 / 竞争吸附 / 水分赋存状态 / 官能团特征 / 吸附选择性