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含微孔和介孔的页岩纳米孔系统中甲烷/乙烷混合物吸附行为的分子模拟
Fuel ( IF 6.7 ) Pub Date : 2023-11-04 , DOI: 10.1016/j.fuel.2023.130294 Wuquan Li , Jinrong Cao , Yunfeng Liang , Yoshihiro Masuda , Takeshi Tsuji , Kohei Tamura , Tomoaki Ishiwata , Daisuke Kuramoto , Toshifumi Matsuoka
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更新日期:2023-11-04
Fuel ( IF 6.7 ) Pub Date : 2023-11-04 , DOI: 10.1016/j.fuel.2023.130294 Wuquan Li , Jinrong Cao , Yunfeng Liang , Yoshihiro Masuda , Takeshi Tsuji , Kohei Tamura , Tomoaki Ishiwata , Daisuke Kuramoto , Toshifumi Matsuoka
页岩地层具有广泛的孔径分布,除了大孔隙和裂缝之外,干酪根基质中还存在微孔(<2 nm)和中孔(2-50 nm)。甲烷和乙烷是页岩气的两种主要烃类,干酪根微孔和中孔中的竞争吸附行为尚不清楚。在这项工作中,采用大正则蒙特卡罗(GCMC)方法研究了甲烷、乙烷及其二元混合物(1:9至9:1)在具有微孔和中孔的干酪根纳米孔系统中在327 K和压力下的吸附行为范围从 1 到 50 MPa。定义了三个区域(区域 I:游离气体、区域 II:吸附气体和区域 III:吸附气体)来描述微孔和介孔中的吸附。结果显示了三个不同区域乙烷相对于甲烷的不同选择性特征。获得了不同区域气体分子的质量密度,可用于天然气地质储量估算。计算出的页岩样品的吸附等温线与之前的实验相当吻合。我们证明朗缪尔模型可用于描述纯甲烷和乙烷的绝对吸附等温线。对于二元混合物,多组分 Langmuir (ML) 模型预测的各种气体的绝对吸附与 GCMC 模拟结果存在偏差。然而,通过两个校正系数,修改后的 ML 模型与 GCMC 的绝对吸附量非常匹配。最后,推导了超绝对吸附关系的微孔-中孔(MM)模型,显着提高了页岩气系统绝对吸附的预测精度。这项研究强调了使用具有微孔和中孔的干酪根纳米孔系统的重要性。
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