查看更多>>摘要：为了明确硫化氢(H2S)在煤中吸附扩散的微观动力学机理,揭示不同温度、压力对煤吸附H2S分子吸附扩散特性的影响机制,基于巨正则蒙特卡罗(GCMC)、分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)方法,利用Material Studio软件研究了温度在 273.15～313.15 K、压力 1～1 000 kPa时H2S在气肥煤大分子模型中的吸附扩散特征.结果表明:温度由 273.15 K升至 313.15 K时,H2S的饱和吸附量由 38.34 mL/g降至 31.85 mL/g,降低了 16.93%,当压力为 1 kPa时,温度对吸附量的影响最为敏感.温度为 293.15 K时,压力由 1 kPa升至 1 000 kPa时,最可几相互作用能由-39.391 kJ/mol升至-34.301 kJ/mol,随着压力的增加,最可几相互作用能先快速增加,后缓慢增加.在吸附H2S过程中,H2S的等量吸附热在 36.63～41.43 kJ/mol内,为物理吸附,等量吸附热随着吸附量的增加呈现出负指数变化;H2S的吉布斯自由能ΔG为-3.57～-24.57 kJ/mol,吸附熵ΔS为-0.126～-0.194 8 kJ/(mol·K),随吸附量升高ΔG和ΔS的绝对值线性降低,H2S的吸附自发性和系统的混沌程度均降低.H2S与气肥煤的相互作用能为-492.47～-3 390.95 kJ/mol,以范德华能为主,占总能量的 58.67%,以静电能为辅,占 41.33%,随着吸附量的增加,相互作用能绝对值增加,吸附量与相互作用能的变化具有一致性.H2S与羧基的相互作用最强,羟基次之,H2S在—OH、—COOH、—C=O周围存在双层吸附.温度由 273.15 K升至 313.15 K,H2S分子的扩散系数由 1.066×10-10 m2/s升至 2.025×10-10 m2/s,温度升高会导致原本闭合的孔吼孔道打开,增加裂隙的连通性,温度升高,增加H2S分子平均自由程,使得H2S扩散能力增强,H2S扩散活化能为 11.206 kJ/mol.H2S相对体积分数分布呈现多峰结构,H2S在气肥煤大分子模型中呈层状结构分布.H2S的极限吸附热为 42.898 kJ/mol,H2S与煤体上—OH、—COOH、—C=O活性基团产生氢键作用,H2S在吸附初期存在微弱的化学吸附.
万方数据
维普