煤炭学报

作者：王金鑫, 周动, 冯雪健, 王梦露, 冯增朝,

关键词：非均匀势阱, 煤, 甲烷吸附/解吸过程, 吸附/解吸能力,

为了研究煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸过程的影响，在吸附科学和分子动力学理论基础上建立了非均匀势阱模型。该模型可以表征煤的吸附/解吸性能以及精确计算出煤体内不同势阱所对应的势阱数量。为了验证非均匀势阱模型对煤的吸附/解吸性能方面的表征能力的准确性，将其与Langmuir模型分别对甲烷吸附/解吸过程进行拟合，再将拟合数据和等温吸附线的相关系数分别进行比较。结果表明，非均匀势阱模型在表征煤体的吸附/解吸性能方面更优。在研究煤体内的势阱分布时，发现煤在不同温度压力下对甲烷的吸附/解吸过程中，煤体内的势阱分布出现明显差异。在分析煤的势阱规律时，发现在吸附阶段煤体内的势阱数量比解吸阶段多，但解吸过程中煤的平均势阱深度比吸附过程大。并且平均势阱深度随着煤阶的降低而降低。在吸附阶段势阱数量集中在某个势阱深度的范围内，但在解吸阶段势阱数量的分布相较而言就更分散。在同一温度下，势阱数量随着煤阶的降低而减少。从势阱分布来看，在相同温度下，高煤阶煤的势阱分布方差明显比低煤阶煤的势阱分布方差要大得多。温度上升会使得平均势阱深度随着温度的升高而下降。对于同一煤阶而言，温度的变化对5～15 kJ/mol内的势阱深度影响更大，且这种现象在低阶煤中更为明显。研究发现，势阱深度较大的势阱更能抵抗温度变化对其产生的影响。在煤体加热或加压过程中，甲烷吸附/解吸率的非线性变化是由势阱的不均匀性引起的。

来源：2023年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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