地下咸水中CO_2溶解能力研究

【摘要】过量排放温室气体（CO2，CH4等）导致的环境灾害已促使CO2减排的重要性不断加强。在地下深部咸水含水层中实施CO2储存是公认的应对温室效应最有前景的方案。CO2在地下深部咸水中的储存机制主要包括：气态封存，溶解封存及矿化封存。其中，溶解封存是将超临界态CO2（温度高于31.4℃，压力高于7.38MPa）溶解于地下咸水中，从而达到封存的目的，其封存量占据CO2地质封存总量的90%左右。地下咸水中离子浓度能达到400g/L，并且如K+，Na+，Ca2+和Mg2+是地下水中的最常见离子，查明这些离子对CO2溶解度的影响是否存在明显差异具有广泛的理论和实际意义。然而对高压条件下不同种类离子对CO2溶解度的影响却鲜有人研究，许多CO2溶解度模型只将电子价态作为不同种类阳离子对溶解度影响的依据，但是经过一些实验证明，这个定位是不准确的。为了获得地下咸水环境下的CO2溶解度，本文通过理论和实验两种途径对此进行研究。本研究基于Peng-Robinson状态方程和Krichevsky-Kasarnovsky方程对CO2溶解度进行了理论预测，通过求取CO2在超临界流体相中的逸度和在液相中的逸度获得了温度为313-453K，5-48MPa下的CO2溶解度，离子浓度的预测范围为0-4mol/L（综合离子浓度）。另外，本研究基于体积分析法以及化学分析法测定了CO2溶解度。其中，通过体积分析法测定的CO2溶解度应用了新设计的仪器，通过对达到溶解平衡的体系减压，并通过测定逸出气体体积的方法获得CO2溶解度。此方法克服了传统高压釜取样不便和实验重现性差的缺点。两组不同原理的实验测定和对比了40-70℃，0-20MPa下，0.1mol/L、0.2mol/L和0.5mol/L的CaCl2以及MgCl2溶液中CO2溶解度。以及40-70℃，8-11MPa下人工合成咸水中CO2溶解度。实验结果表明，CO2在含有不同离子的溶液中溶解度变化是比较明显的，结合Krichevsky-Kasanovsky方程与阳离子“盐析效应”，分别对温度，压力对溶解度的影响做了理论分析，并对不同阳离子对溶解度的影响给出了比较合理的解释。
【作者】王璐；
【导师】于青春；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），水利工程，2014，硕士
【关键词】地质储存；溶解度；地下咸水；鄂尔多斯盆地；

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