烟煤的CO、CO2和O2竞争吸附特性研究
董轩萌1
郭立稳2
董宪伟2
王福生2
1.华北理工大学矿业工程学院,河北唐山 0632102.华北理工大学矿业工程学院,河北唐山 063210;河北省矿业开发与安全技术重点试验室,河北唐山 063210
摘要：为明晰煤与CO、CO2、O2 之间的吸附规律,研究CO与CO2、O2 在煤中的竞争关系,以钱家营烟煤为研究对象,基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)的试验结果,通过定量分析和分子单元参数构建的方法,构建钱家营烟煤分子晶胞结构(C1160H860O80N20),为验证构建模型的准确性,利用量子化学计算模拟分子的红外光谱,计算结果与试验结果基本吻合.在此基础上,采用巨正则蒙特卡罗和分子动力学方法,研究压力(0～16 MPa)、温度(20～60℃)对煤吸附CO、CO2、O2 的影响.研究结果表明:拟合的等温吸附曲线符合Langmuir方程,在相同压力下,温度越高,CO、CO2、O2 吸附能力越弱,在相同温度下,煤层埋深压力与吸附量之间呈正相关趋势,单一气体CO、CO2 和O2 的吸附量为CO2>O2>CO,且CO2 率先达到饱和吸附状态;二元组分气体的竞争吸附结果显示,在低压或浅埋深煤层,CO2/CO的吸附选择性有明显优势,随压力变化,O2/CO的吸附选择性变化不明显.CO2 的竞争吸附能力大于CO,随CO物质的量分数增加,CO2 的吸附量减少;在CO与O2 物质的量之比≤1时,O2 的竞争吸附量大于CO,而CO物质的量远大于O2 时,CO的吸附量大于O2,所以CO物质的量分数越高,对CO2 和O2 的吸附能力起到抑制作用.在CO异常浓度较高的烟煤煤层,利用注射CO2 控制灭火的效果不显著,所以还应控制工作面漏风量,以防CO脱附煤体,保证井下CO浓度在规定允许范围.
关键词：烟煤竞争吸附分子模拟吸附特性分子结构
分类号：TD752.2(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51974128)
论文发表日期：2023-06-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 111-121 )
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