基于蒙特卡洛方法的煤吸附水机理

金智新^1,2，武司苑^1,3，邓存宝^1,3，戴凤威^1,3

1. 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院2. 山西焦煤集团有限责任公司3. 辽宁工程技术大学安全工程技术研究院

摘 要：为研究煤对水的吸附机理,建立煤大分子结构模型,采用巨正则系综蒙特卡洛方法,在分子尺度研究分析了压力1¹00 k Pa不同温度下水在煤中的吸附行为,为涉及煤水相互作用的进一步研究奠定理论基础。结果表明:水的吸附量和等量吸附热与温度负相关,与压力正相关。在大于临界压力的某一压力下,两吸附位的势能概率分布间形成高原区,说明比例相当。超过该压力,相互作用更强的氢键占主要地位,吸附量开始急剧增大,发生毛细凝聚,形成水团簇。随着压力增大,吸附继续由较弱的H₂O-煤相互作用的吸附位向较强的H₂O-H₂O相互作用的吸附位移动,直至全部作用在由已吸附的H₂O形成的第2吸附位,等量吸附热趋于平稳。得到了水在煤中吸附过程概率密度的三维分布,从而更直观全方位地认识水的吸附行为及机理。

关键词：水;煤;吸附机理;蒙特卡洛;毛细凝聚;