《納米管道內甲烷氣體富集及輸運機制動力學研究》是依託中國礦業大學，由孟現文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米管道內甲烷氣體富集及輸運機制動力學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孟現文
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
煤炭、石油、天然氣是現在地球上三種主要的化石能源。相比於煤炭、石油，天然氣是一種比較清潔的能源。頁岩氣是分布於頁岩層的一種天然氣，其主要成分為甲烷。這是一種非常規的天然氣資源，能夠極大擴大世界範圍內天然氣的供應。據國外機構估計，我國有世界上最大的頁岩氣儲量，這對保障我國的能源安全非常有利。現在商業開採頁岩氣的方法是利用水壓裂法。利用壓裂的方法把頁岩層壓裂成大量碎片，從而使得頁岩氣從企檔催壓裂層中逸出。然而這樣獲得天然氣的效率非常低。為了能夠提高頁岩氣的產率，一件很重要的事情是必須使得甲烷分子能夠有效得從狹縫中逸出來。所以我們提出三項研究內容：（1）納米管道內甲烷混合氣體的分離機制（2）納米管道婆膠背兆對甲烷輸運的影響（3）外場對甲烷輸運的影響。我們主要的宙趨重邀研究方法是分子動力學模擬以及理論分析。我們用物理的觀點提出提高甲烷氣體的富集效率以及輸運速率的方法。這為有效開採頁岩氣提供相應的建議。
結題摘要
頁岩氣是分布於頁岩層的一種天然氣，其主要成分為甲烷。這是一種非常規的天然氣資源，能夠極大擴大世界範圍內天然氣的供應。據國外機構估計，我國有世界上最大的頁岩氣儲量，這對保障我國的能源安全非常有利。現在商業開採頁岩氣的方法是利用水壓裂法。利用壓裂的方法把頁岩層壓裂成大量碎片，從牛套匪而使得頁岩氣從壓裂層中逸出。然而這樣獲得天然氣的效率非常低。為了能夠提高頁岩氣的產率，一件很重要的事情是必須使得甲烷分子能夠有效得從狹縫中逸出來。所以我們提出三項研究內容：（1）納米管道內甲烷混合氣體的分離機制（2）納米管道對甲烷輸運的影響（3）外場對甲烷輸運的影響。在國家自然科學基金支持下，我們實質進行了（1）驅動甲烷氣體逸出碳納米管的可行性研究，我們以氮氣/甲烷氣體在碳納米管內吸附研究，得到在氮氣與甲烷濃度相等時，氮氣不能驅動甲烷氣體逸出碳納米管道，隨著甲烷氣體濃度升高，碳納米管內甲烷氣體分子吸附數量逐漸增加。這是由於碳納米管道系統對甲烷吸附勢能更大引起的。再探究其它氣體對驅動甲烷頁棄旋逸出碳納米管可能性時，我們發現驅動甲烷逸出碳納米管道的機率隨著氣體種類參數ε增加而增加，隨著氣體種類參數σ增加而出現，逸出機率先增加後減小的趨勢。（2）研究了有間隙的串聯型碳納米管對碳納米管擔籃內水分子輸運的調控作用。通過改變串聯型碳納米管間隙的長度，我們發現水分子通過有間隙長度的碳納米管流速會先增加後減小的趨勢，這對研究甲烷與水混合物通過有間隙的碳納米管有參考意義。（3）研究了水分子通過一維有破缺結構的碳納米管動力學特點，我們發現水分子通過有一維有缺陷結構的碳納米管流速會隨著破缺長度的增加，水分子流速會逐漸降低甚至會出現一維水分子練斷裂的現象。（4）總結了控制水分子流通碳納米管的方式以及方法。我們通過分子動力學模擬以及理論分嘗套勸析，模擬甲烷或者水通過碳納米管的動力學行為，這為有效開採頁岩氣提供相應的建議。
