錢家營煙煤的CO、CO_(2)和O_(2)競爭吸附特性

【摘要】：為明晰煤與CO、CO_(2)、O_(2)之間的吸附規律，研究CO與CO_(2)、O_(2)在煤中的競爭關系，以錢家營煙煤為研究對象，基于傅里葉變換紅外光譜（FTIR）的實驗結果，通過定量分析和分子單元參數構建的方法，構建錢家營煙煤分子晶胞結構（C_(1160)H_(860)O_(80)N_(20)），為驗證構建模型的準確性，利用量子化學計算模擬分子的紅外光譜，計算結果與實驗結果基本吻合。在此基礎上，采用巨正則蒙特卡羅和分子動力學方法，研究壓力（0～16MPa）、溫度（20～60℃）對煤吸附CO、CO_(2)、O_(2)的影響，研究結果表明：擬合的等溫吸附曲線符合Langmuir方程，在同壓力下，溫度升高CO、CO_(2)、O_(2)吸附能力越弱，在同溫度下，煤層埋深壓力與吸附量之間呈正相關趨勢，單一氣體CO、CO_(2)和O_(2)的吸附量大小為CO_(2)＞O_(2)＞CO，且CO_(2)能率先達到飽和吸附狀態；二元組分氣體的競爭吸附結果顯示，在低壓或淺埋深煤層，CO_(2)/CO的吸附選擇性有明顯優勢，隨壓力變化O_(2)/CO的吸附選擇性變化不明顯。CO_(2)的競爭吸附能力大于CO，隨CO物質的量濃度增加，CO_(2)的吸附量減少；在CO與O_(2)物質的量濃度之比≤1時，O_(2)的競爭吸附量大于CO，而CO物質的量濃度遠大于O_(2)時，CO的吸附量大于O_(2)，所以CO物質的量濃度高，對CO_(2)和O_(2)的吸附能力起到抑制作用，換言之，在CO異常濃度較高的煙煤煤層，利用注射CO_(2)控制滅火的效果不顯著，所以還應控制工作面漏風量，以防CO脫附煤體，保證井下CO濃度在規定允許范圍。