基于分子模擬的微觀結構特征對無煙煤吸附CH4、CO2影響規律對比研究

辛鑫昕 ，撒占友 ，楊 帥 ，王冬梅 ，劉 杰 ，盧守青 ，邵 兵

（1.青島理工大學 機械與汽車工程學院, 山東 青島 266520；2.中國農業銀行股份有限公司 日照東港支行, 山東 日照 276800）

0 引 言

注二氧化碳強化煤層氣開采（CO2-Enhanced Coal Bed Methane Recovery, CO2-ECBM）是一種典型的二氧化碳捕集、利用和儲存（Carbon Dioxide Capture, Utilization and Storage, CCUS）技術[1-2]，其基本原理是利用煤層對CO2的優先吸附性[3-4]，向煤層中注入CO2，不僅可以封存一定量的CO2，有利于緩解全球氣候變暖；同時可以促進CH4的解吸，有利于煤層氣這種非常規天然氣的開采，具有環境、經濟雙重效益。在“雙碳”目標的大背景下，學者們已通過大量的宏觀試驗針對煤吸附CH4、CO2過程進行研究與分析，馬東民等[5]開展了CO2與CH4的吸附試驗并計算了兩種氣體的吸附熱，發現CO2的吸附熱大于CH4的吸附熱，說明CO2在競爭吸附中占據優勢；楊宏民等[6]分別對無煙煤、瘦煤、氣肥煤3 種不同變質程度的煤樣進行吸附實驗并計算吸附量，結果表明隨著煤樣變質程度的加深，CO2與CH4的吸附量均增大，且CO2的吸附量大于CH4；王向浩等[7]分別對高階、低階2 種煤樣開展了單組分和雙組分吸附試驗，試驗結果表明高階煤樣的氣體吸附能力明顯強于低階煤樣。宏觀層面的試驗可在一定程度上揭示煤對CO2和CH4的吸附規律，但卻無法從微觀角度深入認識吸附機理，而分子模擬可從微觀角度模擬宏觀試驗難以進行的情景，且具有成本低、不受試驗設備精度限制等優點。關于吸附過程的分子模擬，ZHOU 等[8]對褐煤中CO2和CH4的競爭吸附進行了分子模擬，結果表明在CO2存在的條件下，CH4的吸附被明顯抑制；……