【摘要】：由于短缺的常規(guī)天然氣資源很難滿足日益增長的能源需求,頁巖氣的開發(fā)成為了世界能源新的焦點(diǎn)。甲烷是頁巖氣最主要的組成成分,常以吸附態(tài)為主要形式賦存于頁巖石中。頁巖石的主要成分為無機(jī)粘土礦物,包括蒙脫石、伊利石和高嶺石等,其中蒙脫石對(duì)甲烷的吸附性能最強(qiáng)。為了了解甲烷在蒙脫石中的吸附機(jī)理,本文采用了分子力學(xué)和蒙特卡洛方法,通過改變溫度、壓力、孔隙間距等條件,研究了甲烷在蒙脫石結(jié)構(gòu)中的吸附特性。主要內(nèi)容如下:(1)應(yīng)用分子力學(xué)方法構(gòu)建了甲烷分子、二氧化碳分子和蒙脫石結(jié)構(gòu)的模型并進(jìn)行了優(yōu)化,使得吸附系統(tǒng)中吸附質(zhì)和吸附劑的能量達(dá)到最低,吸附過程最穩(wěn)定。(2)應(yīng)用蒙特卡洛方法研究了甲烷在蒙脫石內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的吸附特性,內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為微孔級(jí)和介孔級(jí)兩類。結(jié)果表明,甲烷的吸附量隨著溫度的升高而減小,隨著層面間距的增加而增大。當(dāng)層面間距為10?左右時(shí),甲烷吸附層由單層吸附變?yōu)殡p層吸附。在相同條件下,微孔級(jí)結(jié)構(gòu)中甲烷的吸附效率約為介孔級(jí)結(jié)構(gòu)的2.5倍。(3)應(yīng)用蒙特卡洛方法研究了甲烷在蒙脫石孔隙結(jié)構(gòu)中的吸附特性,孔隙結(jié)構(gòu)分為裂縫孔、三角孔和方形孔三種。結(jié)果表明,甲烷吸附量的變化趨勢與蒙脫石內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體相同。在相同條件下,甲烷的吸附效率大小關(guān)系為:裂縫孔三角孔方形孔。進(jìn)一步驗(yàn)證得知,孔隙形狀越接近圓形,甲烷的吸附效率越高。(4)應(yīng)用蒙特卡洛方法研究了甲烷和二氧化碳在蒙脫石孔隙結(jié)構(gòu)中的混合吸附特性。結(jié)果表明,甲烷的吸附量隨溫度的升高而明顯減小,而二氧化碳的吸附量則幾乎不受溫度變化的影響。在相同條件下,單一吸附模擬中甲烷的吸附量是混合模擬的2.5倍左右,即混合吸附中二氧化碳對(duì)甲烷的吸附有一定的抑制作用。
【圖文】：

第 1 章 緒論附特性的結(jié)構(gòu)模型[24-26]。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于近年來頁巖氣的勘探和開采發(fā)展迅速，關(guān)于頁巖氣的主要成分——甲烷的吸附研究也逐漸增多。2014 年，KeFeng Yan 等人[27]運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了甲烷水合物在蒙脫石結(jié)構(gòu)中的嵌入行為，研究表明水分子會(huì)使蒙脫石內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹，層面間距增大，甲烷水合物與蒙脫石表面分子的相互作用比較復(fù)雜，，且水分子對(duì)甲烷分子的吸附有一定的抑制作用（如圖 1.1）。

圖 1.2 CH4吸附等溫線和擴(kuò)散系數(shù)隨溫度變化示意圖Fig. 1.2 Adsorption isotherms and diffusion coefficients of methane at different temperatures2015 年，Aman Sharma 等人[29]研究了甲烷和乙烷在蒙脫石內(nèi)部結(jié)構(gòu)中吸附行為，研究表明當(dāng)溫度為 298.15 K 時(shí)，甲烷和乙烷的在蒙脫石內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的吸附等溫線符合朗格繆爾等溫線，甲烷和乙烷的吸附量均隨蒙脫石層面間距的增加而增大（如圖 1.3）。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE37

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本文編號(hào)：2664946