常压下CO2和O2在煤体中吸附特性及扩散规律分子模拟研究

贾廷贵; 吴兴玉; 曲国娜

doi:10.19606/j.cnki.jmst.2024910

矿业科学学报 ›› 2024, Vol. 9 ›› Issue (06) : 977 -987. DOI: 10.19606/j.cnki.jmst.2024910

常压下CO₂和O₂在煤体中吸附特性及扩散规律分子模拟研究

贾廷贵, 吴兴玉, 曲国娜

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摘要

为探究CO₂、O₂在煤体中的吸附特性及扩散规律，采用巨正则系综蒙特卡洛和分子动力学方法对CO₂、O₂气体在不同摩尔比、温度和压力下煤体中的吸附及扩散过程进行了模拟研究。结果表明：（1）在煤体中CO₂呈簇状聚合分布，O₂呈点状分散分布；在同等条件下，吸附量、等量吸附热、平均质量密度、吸附选择性均为CO₂大于O₂;随着CO₂的摩尔比增加，CO₂的吸附量、等量吸附热和扩散系数呈增加趋势。（2） CO₂的质量密度随摩尔分数的增加而增大，但CO₂的摩尔分数过量增加，会导致O₂扩散系数增大；随着压力增大，CO₂的吸附选择性系数从7.67降低至3.69。（3） O₂的吸附性弱于CO₂,扩散呈降低趋势，而CO₂的扩散呈升高趋势；温度升高会弱化煤体对CO₂和O₂气体的吸附能力，但对O₂和CO₂扩散有显著促进效果，较高的温度有助于两气体的扩散，加速从煤体中脱附，扩散系数呈升高趋势。研究结果可为煤自燃等灾害事故的防治提供参考。