吸附平衡和热力学分析的有限公司₂和CH₄在沁水盆地无烟煤

文摘

吸附等温线的CH₄和有限公司₂在沁水盆地无烟煤得到的温度283 K, 303 K, 323 K用重量法。CH的位移的可行性₄通过注入股份有限公司₂在这个无烟煤的分析计算,验证了CO的选择性系数₂在CH₄( ),吸附亲和力,CH的热力学性质₄和有限公司₂。结果表明,的值超过4.0。亨利常数( )CH的₄比的小公司₂,CH₄有一个较弱的亲和力与煤表面。随着温度的提高,的有限公司₂和CH₄减少。吉布斯自由能变化 )和表面潜力( )的有限公司₂更消极的CH₄,表明有限公司₂吸附在无烟煤更自发,有利。的绝对值和CH的₄和有限公司₂增加的压力上升。等排的吸附热( )CH的₄低于公司吗₂。随着加载,和熵损失( )CH的₄减少,而和的有限公司₂增加。越高的有限公司₂表明吸附CO₂比CH分子构成一个更加稳定的重排₄分子。高温会降低CH的₄和有限公司₂。

1。介绍

在过去的几十年里,煤层气逐渐生长在意义代替常规天然气资源由于其低污染,煤炭储量丰富,和广泛的分布1]。同时,煤层气是视为一个危险气体的地下煤炭开采活动,CH的释放₄在煤炭开采过程中可能导致瓦斯爆炸的风险和煤与瓦斯突出2]。煤层气的有效开发和性格对煤炭安全开采至关重要。随着全球温室效应的恶化,封存的人为有限公司₂深层地质结构,如深unmineable煤层,盐碱含水层,枯竭的石油和天然气水库、沉积物和页岩气,已经收到了大量的关注(3- - - - - -6]。基于吸附亲和力较高的公司₂在CH₄在煤表面,注入有限公司₂可以取代preadsorbed CH有竞争力吗₄的微孔隙,随后在骨折和煤炭矩阵(4),这是一个很有前途的技术,增强煤甲烷回收和公司的好处₂封存在地质时间尺度。

技术的基本原则的增强煤甲烷回收有限公司₂注入(有限公司₂-ECBM)注入公司之间的竞争吸附₂和preadsorbed CH₄。超过80%的煤层气的形式存储在吸附气体(7]。调查对CH的吸附性能₄和有限公司₂对煤炭可以提供有用的信息来理解CH的吸附机制₄和有限公司₂和验证的可行性技术有限公司₂-ECBM。迄今为止,许多研究解决CH的吸附行为₄和有限公司₂煤在不同等级的室内试验和数值模拟分析2,8- - - - - -17]。他们的研究结果表明,CO的吸附量和吸附率₂对煤炭大于CH₄(2,13,16]。CH的吸附能力₄和有限公司₂煤炭是紧密相关的储层条件(压力,温度和有效应力)和煤的理化性质(矿物组成、总有机碳含量、灰分含量、孔隙结构、表面官能团和含水率)(8- - - - - -12,14,16,17]。各种吸附模型包括朗缪尔模型、Brunauer-Emmett-Teller(打赌)模型和孔隙充填模型能够处理的吸附数据CH₄和有限公司₂对煤炭(2,14,15,17,18]。CO的选择性系数的值₂在CH₄,这是一个关键指标来评估公司的驱替效率₂,都高于煤在不同等级(8,13,15- - - - - -18]。

吸附过程往往伴随着热量生成和吸附系统的熵和焓的变化。研究煤基质表面和吸附分子之间的相互作用的热力学的观点有利于理解CH的内在吸附机制₄和有限公司₂上煤。吸附热力学性质即,等排的吸附热( ),表面电位( ),吉布斯自由能变化 ),焓变化( ),和熵变(Δ年代),有特定的物理意义来说明吸附现象。目前,CH的吸附热力学₄和有限公司₂在多孔材料,如页岩、碳分子筛、活性炭纤维,分析了13 x沸石,(19- - - - - -22]。段et al。19]研究了CH的热力学₄和有限公司₂在四川盆地海相页岩。他们发现,熵的绝对值,吉布斯自由能变化,表面的潜力有限公司₂更大比CH₄、有限公司₂分子构成一个更加稳定和有序排列在基质表面。歌等。20.CH)进行了热力学分析₄和有限公司₂在三个碳分子筛。他们的研究结果表明,随着表面覆盖,熵变化的绝对值增加,而吉布斯自由能降低的绝对值。周et al。21]讨论了热力学特性的有限公司₂在活性炭纤维和建议公司的吉布斯自由能变化₂增加顺利在整个压力范围内,而熵损失不断减少。Mofarahi和Bakhtyari22估计CH的热力学参数₄在13 x沸石。他们观察到吸附装载没有影响等排的吸附热的CH₄较低程度的报道,和吉布斯自由能和表面电位的绝对值增加,提高平衡压力。

也有一些研究CH的热力学行为₄和有限公司₂对煤炭(13,14,23,24]。布希和Gensterblum14CH)透露,等排的吸附热₄和有限公司₂对煤炭都逐渐减少随着水分含量的增加。周et al。23)有限公司后发现,吉布斯自由能的变化₂吸附在煤是高于CH₄吸附和初始等排的吸附热有限公司₂和CH₄分别是48.2和33.4焦每摩尔。董et al。24)进行了分子模拟研究对CH的吸附₄和有限公司₂中级煤炭,报道称,与吸附载荷的增加,的有限公司₂和CH₄减少,然后慢慢地上升。此外,CH的₄低于公司吗₂在同一吸附密度。你等。13]研究CH的吸附行为₄、有限公司₂,他们的混合物对烟煤的数值模拟的手段。他们的研究结果表明,CH的₄和有限公司₂减少与吸附量增加,这种下降是由于杂原子官能团的存在。显然,CH的热力学特性₄和有限公司₂煤,尤其是表面潜力和熵的变化,需要进一步研究。因此,它是基本的重要的执行公司的详细的热力学分析₂和CH₄上煤。

在本文中,CH的吸附等温线₄和有限公司₂使用准确的重量法测定无烟煤在温度283 K, 303 K, 323 K和压力1.80 MPa。Langmuir-Freundlich模型采用合适的吸附数据。CO的选择性系数₂在CH₄无烟煤是预测基于单组分吸附等温线使用理想吸附溶液理论。亨利的恒定的估计和用于分析表面吸附物和煤炭矩阵之间的亲和力。CH的吸附热力学参数₄和有限公司₂对煤炭进行计算和讨论。本研究将为更好的理解奠定基础CH的吸附机制₄和有限公司₂煤炭和提供指导未来的应用技术有限公司₂-ECBM。

2。材料和方法

2.1。材料制备和表征

2.1.1。材料制备

沁水(QS)本研究采用无烟煤是来自中国沁水盆地南区的采样深度为350米。测量和描述之前,大部分煤粉碎,渗到0.85到0.425毫米的微粒。

2.1.2。表征煤的样品

(1)中孔和大孔隙形态学分析。的中孔和大孔隙结构分析了无烟煤的尽快2020系统(微粒学乐器,美国),使用低压N₂吸附在77 K。打赌表面积( ),大孔隙体积( ),中孔体积( ),微孔体积( ),总量( ),和孔隙大小分布(PSD)得到基于N₂吸附等温线数据。

N的解吸和吸附等温线数据₂在77 K图所示1(一)。QS的PSD样本由N₂吸附在图中进行了描述1 (b)。估计的中孔和大孔隙参数表中列出1。

吸附和解吸曲线之间的磁滞回线属于类型H2的定义基于国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)。这个类型的磁滞回线表明QS无烟煤的孔缝形状。在图所示的PSD1 (b)表明QS无烟煤连续宽内消旋/大孔隙大小分布从13到60 nm。此外,它可以从表中找到1QS无烟煤有大量中孔(2-50纳米孔隙大小)的体积( )比大孔隙的体积大得多(孔隙大小大于50 nm)。

(2)微孔形态分析。QS样品的微孔结构也得到尽快使用2020系统有限公司₂吸附在273.15 K。微孔表面积( )和微孔体积( )被Dubinin-Radushkevich计算基于有限公司(博士)模型₂吸附数据。微孔尺寸分布是由外地密度泛函理论(NLDFT)模型。

CO的吸附等温式₂在273.15 K图所示2(一个)。估计微孔参数表中列出1。QS的微孔尺寸分布样本由公司决定₂吸附在图中进行了描述2 (b)。我们可以发现QS无烟煤有着广泛的微孔分布与主要峰在0.55海里。

值得注意的是,的价值58.59米的²/ g比这高得多0.62米的²/ g。与此同时,的价值0.023厘米的³/ g比的大0.0018厘米的³/ g和0.0005立方厘米/ g。因此,表面和孔隙体积的QS无烟煤主要由微孔、微孔和将提供大量的吸附吸附CH的网站₄和有限公司₂无烟煤。

(3)最终和近似分析。最终和近似分析被用来描述煤化学成分。最后分析是由Flash EA2000元素分析仪、热费希尔科学。最终的结果和近似分析的无烟煤在表2。很明显,碳,氢,氧,氮是主要的元素在煤储层,占总额95%以上的元素内容。

2.2。吸附等温式测量和仿真

高分辨率的智能重量分析仪(iga - 100 b,英国)是用来衡量CH的吸附等温线₄和有限公司₂在1.80 MPa压力和温度283 K, 303 K, 323 K。

吸附等温线可以提供有用的信息对多孔材料的表面性质和吸附剂和被吸附物之间的交互25]。同时,吸附等温线的模拟的预测是非常重要的吸附容量和吸附机制的解释。在这项研究中,Langmuir-Freundlich (l f)模型应用于模拟的吸附数据CH₄和有限公司₂。l f模型是描述在以下表格26]: 在哪里吸附量是压力 ; 吸附站点的饱和吸附容量;亲和吸附系数的网站;和等于 在哪里是偏离理想同质表面。

2.3。理想吸附溶液理论

二进制的吸附气体混合物可以直接预测从纯组件使用理想吸附溶液吸附数据(IAST)迈尔斯和Prausnitz提出的理论27]。许多研究已经证实的有效性IAST预测混合气体的吸附各种多孔材料(28- - - - - -30.]。

当达到混合气体的吸附平衡时,每个组件在吸附阶段的化学势等于相应的组件在气相(31日]。基于这一标准的热力学平衡,可以断定 在哪里是吸附系统的总压强;和纯组分的摩尔分数吗在气相体积和吸附阶段,分别;是平衡气相的压力组件在混合物的温度和压力传播( )。

对二元混合气体,满足以下方程(32]: 在哪里和组件1的摩尔分数的大部分阶段,吸附阶段,分别;和气相平衡压力组件组件1和2的混合温度和压力传播,分别。

传播的压力和减少传播的压力是由(31日]: 在哪里是温度,是通用气体常数,是每单位质量吸附剂的表面积。

用方程(1)方程(5),它可以发现

当二元混合气体的吸附达到平衡,减少传播的压力组件组件1和2都是平等的。 在哪里和是减少传播的压力组件组件1和2,分别;和组件1和组件的l f系数是2,分别;和组件1和组件的饱和吸附容量是2,分别;和组件1和组件的关联系数是2,分别。

结合方程(3- - - - - -7)和(8)会导致:

对于给定的和 ,的价值可以通过方程(8)。

选择性的因素可以决定: 在哪里和组件2的摩尔分数是在气相体积和吸附阶段,分别。

2.4。亨利定律常数

亨利常数( )可以应用于计算吸附剂表面与吸附分子之间的亲和力。Molecule-surface力量占主导地位在低压,亨利常数直接相关矩阵与表面吸附分子之间的相互作用(33]。一个更大的反映了吸附对之间的强关联。

为了计算 ,吸附量和平衡压力之间的关系可以表达的维里方程(34]: 在哪里 , ,和维里系数。第一维里系数有关亨利常数,是吗 。在低压范围内,在方程(小,高阶术语10)可以忽略。因此,方程(10)可以写成:

拟合的线性区域 与加载 , 和可以获得。

2.5。吸附热力学

本文中的热力学参数计算使用以下方程(19,22,35,36]: 在哪里是积分常数。

3所示。结果与讨论

3.1。吸附等温线的有限公司₂和CH₄对无烟煤

CO的吸附等温线₂和CH₄三个温度如图3。我们可以发现,CO的吸附量₂和CH₄增加单调增加平衡压力。对CO的吸附₂煤的吸附速率快,低压范围内。压力提高,有限公司₂吸附率逐渐降低。吸附的CH₄煤的吸附率几乎是相同的在整个压力范围内。这两种气体的吸附量在三个温度如下:283 K > 303 K > 323 K。高温将有害气体吸附在无烟煤,尤其是对CO的吸附₂。这主要是因为温度增加会给被吸附物分子更多的能量来克服范德华力和静电作用和在气相21]。页岩有机纳米通道,温度对CH的效果₄吸附更显著(37]。与此同时,两种气体的吸附等温线属于I型根据IUPAC分类,这表明吸附剂样本通常是微孔材料符合的结果表征孔隙结构的无烟煤。

在同等条件下,吸附量有限公司₂对无烟煤远高于CH₄。CO的吸附量的比率₂相对于CH₄( )三个温度显示在图中4。我们可以发现的值 从1.8到6.1不等,这些值在巧合与先前的报道1,9,10,12,38]。超过1.8的价值 验证吸附CH的位移的可能性₄通过注入股份有限公司₂。与升降平衡压力, 下降。似乎不断降低CO的吸附率₂和CH的吸附速率的轻微变化₄可以解释的下行趋势 。在低于0.2 MPa的压力, 在323 K是最大的,而在303 K 是最小的。当压力大于0.2 MPa,低温有利于获得更大 。

更大的吸附容量有限公司₂比CH₄煤炭是归因于CH的不同特点₄和有限公司₂。表3总结了公司的物理和化学性质₂和CH₄分子。较小的动力学直径和有限的线性形状₂分子允许有限公司₂扩散到更多限制内部孔隙空间的入口CH₄是不允许的。相关研究表明,有限公司₂分子可以扩散到一个额外的40%的有机孔隙结构与CH₄分子(39]。此外,CH₄非极性,而公司吗₂有一个永久的四极矩。这四极矩之间的密集的静电作用会导致有限公司₂分子和多孔吸附剂表面(20.),从而更大的吸附量。与此同时,CH的沸点₄低于公司吗₂。高沸点的液体是很容易吸附多孔材料,随着液体沸点较高的较大的分子间吸引力和容易液化40]。

3.2。吸附等温线的模拟有限公司₂和CH₄

CH的吸附曲线的仿真结果₄和有限公司₂使用l f模型给出的数字5(一个)和5 (b),分别。很明显,模拟结果与实验结果吻合较好,表明采用l f模型能够描述CH的吸附曲线₄和有限公司₂无烟煤。

表4CH的参数列表₄和有限公司₂在l f模型中。下表4,为有限公司₂和CH₄同时减少随着温度增加,暗示低温有助于实现较高的煤层气含量和没收大量的有限公司₂。与此同时,的值的气体也减少随着温度的提高。此外,的值吸附的CH₄和有限公司₂所有偏离团结,这表明无烟煤是异构的沉积岩。天然的碳质富含有机物的材料,如煤和页岩,这些固体表面最突出的特点是其不均匀性(41]。一方面,非均匀性来自晶格缺陷,职位空缺,混乱在晶体。另一方面,化学杂质的存在也会引起固体表面的不均匀性。

3.3。吸附CO的选择性₂在CH₄对无烟煤

预测的吸附CO的选择性因素₂在CH₄( )无烟煤见图6。对于一个克分子数相等的有限公司₂/ CH₄混合系统, 推断,有限公司₂优先吸附在二元混合物(37]。高选择性的浓缩在吸附阶段意味着有限公司₂在CH₄相比之下,在气相比例8]。值得注意的是,公司的摩尔分数₂( )在混合气体具有显著的影响 。与此同时,的变化趋势三个温度是不同的。

在283 K,随着压力的增加,迅速增加到最大,然后慢慢下降。在低压范围内,改善公司的增加₂混合气体的摩尔分数。在高压范围,减少与增加公司₂混合气体的摩尔分数。在303 K,改变模式类似的在283 K。所不同的是,变化曲线的拐点推迟在303 K。应该注意的是,在323 K的变化模式是不同的吗在283 K和303 K。在323 K,不断减少随着压力增加。与此同时,较低的公司₂在混合气体摩尔分数有助于获得更大在323 K。Zhang et al。8和你et al。13]还发现CO的吸附选择性₂在CH₄大部分公司的增加逐步下降₂摩尔分数。

的比较在不同温度下的吸附不同的公司₂/ CH₄混合气体( , ,和 )描绘在图7。它可以发现在283 K高于303 K的吸附三个选定的有限公司₂/ CH₄混合气体。当平衡压力大于0.20 MPa,在283 K是最高的混合气体的吸附10:90 /有限公司₂:CH₄。混合气体的吸附50:50 / CO₂:CH₄,在283 K时最高的平衡压力大于0.10 MPa。90年混合气体的吸附:10 / CO₂:CH₄,在283 K时最高的平衡压力大于0.05 MPa。一般来说,技术有限公司₂-ECBM应用于深unmineable煤层储层压力高于0.5 MPa。因此,低温有利于注入有限公司₂取代preadsorbed CH₄。

如图7的值,超过4.0,表明吸附CH₄流离失所的煤表面上可以直接注入有限公司₂。越高是,驱替效率越高的公司₂是多少。因此,进一步的应用技术有限公司₂-ECBM无烟煤seam是可行的。

的比较在不同的煤和页岩是列在表中5。很明显,的值在研究无烟煤的值的范围内先前的研究者们报告的其他煤8,13,15,18,42]。这证实了使用IAST模型计算的值是可靠的。此外,的值在煤相媲美页岩,表明加强页岩气恢复的技术有限公司₂注射也是可行的。

3.4。亨利定律常数的有限公司₂和CH₄对无烟煤

CH亨利常数的计算结果₄和有限公司₂对无烟煤在表6。为有限公司₂和CH₄随着实验的温度降低。高温会降低无烟煤表面两种气体的吸附亲和力。因此,吸附容量随温度升高而减小,如图3。在相同条件下,CH的₄比这小得多的公司吗₂、有限公司₂具有较强的吸附亲和力与无烟煤。公司的永久四极矩₂分子,导致更强的静电相互作用有限₂和吸附剂,带来更大的亲和力的有限公司₂在多孔材料表面(21]。因此,吸附量有限公司₂远高于CH₄无烟煤。

3.5。吸附的热力学分析有限公司₂和CH₄对无烟煤

3.5.1。表面电位

最低等温工作,需要加载吸附剂给定水平,被定义为表面的潜力(36]。表面CH潜力的计算结果₄和有限公司₂作为压力的函数图8(一个)和8 (b),分别。实验温度,绝对的值的有限公司₂和CH₄单调增加系统压力上升。这主要是因为需要更高的等温线填补毛孔吸附物分子空腔比在初始阶段吸附(19]。这种现象也发现在其他多孔材料吸附气体,如13 x沸石、页岩,菱沸石沸石(19,22,36]。与此同时,随着温度的提升,减少在负值。表面可能是一个必要的工作标准来实现系统的平衡。因此,平衡能力较低导致较小的(更少的消极的)表面电位(33),和高温度的绝对值可以减少的有限公司₂和CH₄。应该注意的是,在同等条件下,的绝对值的有限公司₂比这大得多的CH₄显示有限公司₂吸附在无烟煤更有利。

3.5.2。吉布斯自由能变化

吉布斯自由能是指系统的自由能的增量增加吸附剂在恒定的温度和压强下单位面积(23]。吉布斯自由能变化的计算结果的有限公司₂和CH₄对无烟煤中显示数据9(一个)和9 (b),分别。我们可以注意到的值的气体都是负的,这意味着两种气体的吸附过程在无烟煤是自发的。的绝对值的气体逐渐增加的压力上升,这表明自发性的气体吸附的程度更大在高压力。因此,CO的吸附₂和CH₄在高压条件下更容易发生。的绝对值的有限公司₂显然是更大的比CH的₄的程度的自发性有限公司₂吸附更大。根据最小能量原理,任何接口的自发倾向降低界面的能量。固体界面难以缩小由于静止的分子或原子在界面。因此,只能降低表面自由能吸附其他分子。更大的自由能变化导致更大的动机吸附气体和较大的吸附量23]。这就是为什么CH的吸附量₄比这小得多的公司吗₂无烟煤。

3.5.3。等排的吸附热

吸附的热效果可以量化等排的吸附热( ,焓的变化)。吸附热会导致温度的变化(19]。这个温度变化将导致局部动力学和平衡特性的变化,最终影响吸附行为和驱替效率44]。当吸附剂表面能量均匀和外侧adsorbate-adsorbate交互可以被忽视,独立于被吸附物装载。当吸附剂大力异构,就被吸附物的函数加载(45]。吸附剂的程度异质性有很强的影响 。间接估计的方法从随温度而变的吸附平衡数据或直接测量的剂量量热法可以采用收购(44]。本文的价值为有限公司₂和CH₄通过间接估算方法基于在三个温度下的吸附等温线数据。

的计算结果为有限公司₂和CH₄绘制在图10。的值( )对于气体是消极的,表明CO的吸附过程₂和CH₄无烟煤是放热的。因此,低温可以提高吸附量的有限公司₂和CH₄。此外,为有限公司₂和CH₄不是常数随着吸附量的增加,确认研究无烟煤本身是异构的。随着吸附量提高,的有限公司₂持续增加,而CH的₄单调下降。

在吸附的初始阶段,可用吸附网站丰富和外侧adsorbate-adsorbate交互能量较低。随着吸附负荷增加,越来越多的蛀牙被吸附物。因此,减少与吸附装载发生(46]。吸附的CH₄无烟煤,持续减少表明,CH之间的相互作用能₄分子在较高的表面覆盖弱得多。随着压力的增加(即。加载),更多的CH₄分子处于一个自由州内无烟煤的孔隙结构。吸附的CH₄页岩,等排的吸附也减少吸附热负荷增加(19]。

为有限公司₂吸附在无烟煤,公司之间的分子间作用力₂分子逐渐加强的腔孔与提高的压力。相比之下,CH₄分子,有限公司₂沸点较高的分子较大的分子间吸引力,容易液化。在更高的表面覆盖,具有较强的横向互动有限公司₂分子的增加 。类似的变化趋势周等人报道的公司吗₂吸附在煤矩阵(23]。

与此同时,的价值CH的₄低于公司吗₂。他等。47)发现,球形分子的阻碍作用引起的孔隙壁小于nonspherical分子的大小相同。与常规的四面体CH₄分子的扩散棒状的有限公司₂分子进入微孔隙更受到内部孔隙的墙壁,从而释放更多的能量和热量。在煤层气位移过程中,释放的热量有限公司₂吸附将提高煤储层的温度。温度升高有利于CH₄煤层气的解吸和增强经济复苏。然而,温度的增加对注入的封存公司是有害的₂。

3.5.4。熵变

熵是障碍或模式的测量热力学系统的重新安排(22]。熵的变化的净平衡旋转、振动、和翻译中的吸附分子自由矩阵(33]。研究关于熵的行为变化的函数吸附装载有助于理解吸附分子的包装方式。的计算结果的有限公司₂和CH₄无烟煤如图(11日)和11 (b),分别。可以看出,的值的有限公司₂和CH₄是负面的,入手,CO的吸附₂和CH₄在煤表面来自一个随机相位订单阶段。吸附过程涉及到减少自由度和形成更稳定的重排在吸附剂表面。

相关文献发现了CH的吸附₄分子,熵的损失是-82年至-87年J / mol / K温度范围从273到423 K (48]。对CH₄吸附在无烟煤的价值从-4.96到-14.51 J / mol / K / 283 - 323 K的温度范围内,这是非常大的超过-82 J / mol / K。小熵CH的损失₄对无烟煤意味着注入CH₄不是完全吸附在煤基质而是自由气体留在内心的毛孔。如图11 (b),CH的熵损失₄减少随着吸附量的增加。因此,更多的注入CH₄分子被困在煤孔隙体积而不是在基质表面吸附和表面覆盖率,增加和系统的有序程度变得更低。

如图(11日)为有限公司₂吸附在无烟煤,熵损失和提高表面覆盖率提高,推断,整个系统的有序程度变得更大。熵损失的增加主要是因为腔的自由空间减少,和吸附分子的自由变得严重限制(21]。因此,吸附CO₂处于一个更稳定的状态在更高的表面覆盖。的价值的有限公司₂从-12.97到-45.76 J / mol / K温度范围从283到323 K。的价值的有限公司₂无烟煤是小于的有限公司₂5日和13 x沸石(33),这表明吸附CO的整齐₂5日和13 x沸石高于无烟煤。

很明显,CH的熵损失₄无烟煤是低于有限公司₂在相同的条件。酒吧(49)发现,永久四极矩分子之间的相互作用和静电场可以导致一个更高效的包装。如果分子包装是更有效的,更大的吸附热将被释放33]。由于四极矩的存在,公司的包装方式₂分子在无烟煤更有效率的有限公司₂是更大的,如图10。与此同时,更大的熵的损失有限公司₂表明吸附CO₂分子形成一个更稳定的配置,这也是原因之一CO的吸附量₂对煤炭大于CH₄。此外,两种气体的熵损失稍微下降随着温度的增加。高温将不利于形成更有序和稳定吸附CH的配置₄和有限公司₂,因此,这两种气体的吸附量随着温度上升下降。

4所示。结论

在本文中,CH的吸附等温线₄和有限公司₂在沁水盆地无烟煤得到的温度283 K, 303 K, 323 K。CO的吸附选择性的因素₂在CH₄无烟煤是预测。CH的亲和力和热力学性质₄和有限公司₂无烟煤进行了调查。主要结论如下:(1)的吸附能力有限公司₂对无烟煤远远大于CH₄。在283 K和303 K的温度,迅速增加到最大,然后缓慢下降随着压力的增加。在323 K,单调减少压力提高。有限公司₂摩尔分数混合气体具有明显的影响 。的值超过4.0,显示技术有限公司₂-ECBM是可行的。在实际煤储层中,低温有利于注入有限公司₂取代preadsorbed CH₄。亨利常数的CH₄比的小公司₂,CH₄与基体表面有较弱的吸附亲和力(2)的值两种气体的增加更多的负面压力。的绝对值的有限公司₂比这大得多的CH₄显示有限公司₂吸附是更有利的。随着压力的增加,绝对的值的有限公司₂和CH₄上升。大的绝对值的有限公司₂表示程度的自发性的有限公司₂吸附较高(3)吸附负荷提高,的有限公司₂增加,而CH的₄下降。的价值的有限公司₂是比CH₄。随着表面覆盖,CH的熵损失₄熵减少,而公司的损失₂扩大。提高温度会降低这两种气体的熵的损失。熵的损失越高有限公司₂表明吸附CO₂分子构成比吸附CH命令配置₄分子

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的数字国土资源部重点实验室基金江西省,华东理工大学(批准号DLLJ201914),特殊的青年项目的科技创新企业资本的中国煤炭技术&工程集团有限公司有限公司(批准号2018 - 2 - qn016),华东理工大学博士启动基金(批准号DHBK2018020)和核资源与环境国家重点实验室基金(批准号NRE1606)。

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