气体压力与粒径对煤CO₂动态扩散-吸附特征影响研究

摘要

为探究粒径及气体压力对煤中CO₂动态扩散规律的影响机制，利用自主研制的煤层高压吸附解吸实验系统，以容量法吸附实验为基础，结合经典单孔扩散模型对不同时间下的CO₂扩散系数进行计算，分析煤中气体吸附平衡前的动态扩散特征。结果表明：吸附平衡时间与煤样粒径呈正相关，随吸附平衡压力增加呈减小趋势，且煤样粒径越大，吸附平衡时间减小趋势越明显；有效扩散系数比扩散系数能更好地解释粒径大小与平衡时间的关系，煤样粒径越小，有效扩散系数越大，达到吸附平衡的时间越短；有效扩散系数与时间成幂函数关系；初始有效扩散系数(D_e0)和有效扩散衰减系数（β）都随粒径增大而减小，D_e0随平衡压力增大先增大后减小，不同粒径煤样β随平衡压力增大呈现不同规律。粒径越小的煤孔隙间的连通性越好，气体分子扩散路径越短、扩散阻力越小，更容易进行吸附。气体压力对CO₂吸附扩散有驱动作用，但随着煤样不断吸附，煤基质膨胀堵塞孔隙，扩散通道变窄，驱动作用减弱。

关键词

粒径 / CO₂吸附 / 平衡压力 / 平衡时间 / 扩散特征