甲烷在页岩黏土矿物中吸附行为的分子模拟

论文摘要

为从微观角度研究页岩气在页岩黏土矿物中的吸附行为,利用分子模拟软件Materials studio构建了蒙脱石、伊利石及伊/蒙混层3种黏土矿物的模型,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法对页岩气主要成分甲烷在黏土矿物上的吸附行为进行模拟。研究表明,甲烷在不同孔径蒙脱石、伊/蒙混层和伊利石上的平均等量吸附热均小于42 kJ/mol,说明甲烷在黏土矿物表面发生物理吸附。甲烷在3种黏土矿物表面的吸附等温线呈现出相同的规律,均符合I型吸附曲线特征,Langmuir模型的拟合精度较高。3种黏土矿物对甲烷的吸附能力强度顺序为:蒙脱石>伊/蒙混层>伊利石。在伊/蒙混层矿物中,层间离子比甲烷分子更靠近黏土片层,蒙脱石片层一侧吸附的甲烷密度大于伊利石一侧,表明蒙脱石片层的吸附能力强于伊利石,但伊/蒙混层矿物中黏土片层的吸附作用对甲烷吸附层密度的影响随着压力升高而减弱。本文分别构建了孔径为1,2和4 nm的3种黏土矿物模型,从微观角度研究孔径对甲烷吸附的影响。模拟结果表明,黏土矿物孔径越小,甲烷吸附的等量吸附热越大,证明吸附更加牢固,对甲烷的吸附能力更强,但受到孔内有限空间的限制,甲烷在黏土矿物内的绝对吸附量及饱和吸附量随孔径减小而降低。

论文目录

• 1 分子模型
•   1.1 蒙脱石模型的构建
•   1.2 伊利石模型的构建
•   1.3 伊/蒙混层模型的构建
•   1.4 分子模拟细节
• 2 结果与讨论
•   2.1 分子模型验证
•   2.2 等量吸附热
•   2.3 等温吸附量
•   2.4 甲烷在伊/蒙混层狭缝中的空间分布
• 3 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 吕兆兰,宁正福,王庆,黄亮,孟翰,余雄飞,秦慧博

关键词: 页岩,黏土矿物,蒙混层,分子模拟,吸附

来源: 煤炭学报 2019年10期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,基础科学

专业: 地质学,石油天然气工业

单位: 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,中国石油大学(北京)石油工程学院,中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室

基金: 国家自然科学基金资助项目(51774298)

分类号: P618.13

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.1690

页码: 3117-3124

总页数: 8

文件大小: 709K

下载量: 386