基于广义Canonical Monte Carlo的煤裂缝孔径对CH4和CO2吸附特性的影响研究

CO2增强煤层气开采（CO2-ECBM）技术整合了多种经济、资源、环境和安全益处，如碳固定、增强煤层气回收、促进天然气开发和减少温室气体排放。研究发现，基于吸附势理论，计算了裂缝孔中CH4和CO2的吸附势，并根据孔内的势能分布和气体分子的平均动能划分了孔区。正吸附势φsf的位置被定义为排斥区，|φsf / Ek|>2的区域为强吸附区，1<|φsf / Ek|≤2的区域为弱吸附区，以及|φsf / Ek|≤1的区域为自由相区。本研究调查了不同大小裂缝孔中CH4和CO2的吸附和扩散特性。该研究通过进行广义Canonical Monte Carlo（GCMC）和分子动力学（MD）模拟实现，分析了压力、温度和裂缝孔大小对吸附量的影响，并在不同压力和孔径条件下获得了吸附构型。发现CH4主要存在于小于3.5 nm的煤孔中，主要表现为微孔填充和单层吸附。当裂缝孔尺寸从2.5 nm增大到8.0 nm时，CO2的吸附等温线符合Langmuir IV型，吸附行为包括微孔填充、单层吸附和多层吸附，随着压力增加观察到毛细管合并现象。以下论文将探讨CH4和CO2在裂缝孔中的吸附-扩散机制，以提高煤层气的回收率、预测煤层气储量并增加CO2封存的潜力。