烟煤的CO、CO2和O2竞争吸附特性研究

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 51; no. 6; pp. 111 - 121
• Main Authors: 董轩萌, 郭立稳, 董宪伟, 王福生
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 河北省矿业开发与安全技术重点试验室,河北唐山 063210 01.06.2023; 华北理工大学矿业工程学院,河北唐山 063210%华北理工大学矿业工程学院,河北唐山 063210
• Subjects: 吸附特性; 烟煤; 分子结构; 竞争吸附; 分子模拟
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2022-0125

TD752.2; 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.