高岭石甲烷吸附规律的分子模拟研究

摘要：

高岭石作为黏土矿物的主要吸附载体,其对甲烷吸附的贡献不可忽略.考虑高岭石独特的1:1型双层晶体结构,建立高岭石双层吸附空间模型.采用巨正则系综下的蒙特卡洛方法研究甲烷分子与高岭石超晶胞的定位吸附模拟和高岭石对甲烷的等温吸附模拟,分析高岭石的晶体结构、温度和含水率对甲烷吸附行为的影响.研究结果表明:高岭石硅氧四面体层(硅氧烷化面)对甲烷的吸附作用强于铝氧八面体层(铝氧羟基化面),甲烷优先吸附于硅氧烷化面;吸附的甲烷分子呈聚集态分布于硅氧四面体六元环空穴上方位置,且以正三角锥构型吸附最为稳定;在280～400 K温度下,高岭石吸附甲烷符合Langmuir等温吸附类型,且属于物理吸附;甲烷吸附量和吸附热均随温度升高而呈线性降低,证实可以利用低温条件下的吸附量预测高温条件下的吸附量;高岭石吸水饱和前,水分子的存在不会改变高岭石对甲烷的吸附趋势和类型,仅降低甲烷吸附量,当含水率由0增至20.94％,甲烷吸附量下降35.06％.

关键词：分子模拟、蒙特卡洛方法、高岭石晶体结构、页岩气吸附、吸附量

所属期刊栏目：26

分类号：TE319(油气田开发与开采)

资助基金：国家自然科学基金项目"煤系页岩瓦斯吸附解吸渗流与变形耦合作用多尺度联动机制研究"51374119

在线出版日期：2019-07-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：43-49