地质封存条件下模拟深部盐水层溶液中CO2溶解度研究

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随着人类社会的不断发展,煤炭、化石燃料等能源资源的需求量与消耗量也日益增长,这一过程就导致了诸如二氧化碳(CO2)等温室气体的过度排放。而CO2能够在大气环境中长期留存,且其产生的增温效应极大地影响着全球范围内的气候变化,进而对全球范围内的环境造成了严重的负面影响。CO2的捕集与封存技术(CCS)作为最有效的CO2减排技术之一,能够极大程度地减少世界各地工业生产过程中的CO2排放量,减缓由CO2过多引起的温室效应,越来越成为人们关注的焦点。而在该类技术中,CO2的地质封存技术由于最具发展潜力与发展前景,成为各科研机构研究的热点。本文利用课题组前期建立的CO2-盐溶液体系溶解度测定方法,用耐高温高压微型可视石英毛细管平衡釜(FSCC)代替传统的高压不锈钢平衡釜,结合循环泵、80 MPa相平衡釜、Linkam冷热台、30 MPa定量泵以及联用显微DVD数字实时录像系统的拉曼光谱原位在线检测系统,开展了800 m、1300 m、1800 m、2300 m、2800 m等5个不同埋存深度温压条件下,8.25 g/L、33.0 g/L、66.0 g/L、99.0 g/L等4个不同矿化度模拟深部盐水层溶液中CO2溶解度随埋存深度变化规律研究,为CO2地质封存技术的发展提供有力的实验依据。本实验研究利用模拟盐溶液体系水相拉曼光谱图中CO2-H2O拉曼峰强度比与溶液中的CO2浓度之间的线性关系绘制了相应的标准曲线,并进行了相应的线性拟合,得到两者之间的关系式,进而利用此关系式计算得到了不同埋存深度温压条件下各不同矿化度模拟盐溶液中的CO2溶解度数据。实验结果表明:(1)随着埋存深度的增加,模拟盐溶液中CO2的溶解度呈先减小后增大的趋势,变化的转折点出现在1800m左右深度;(2)在同一深度温压条件下,随着模拟盐溶液矿化度的增加,盐溶液中CO2的溶解度不断减小,且CO2溶解度的变化趋势也逐渐减缓;(3)通过对不同埋存深度下的CO2溶解度变化曲线拟合发现,两者之间存在着三次多项式的非线性关系;(4)由深部盐水层埋存深度与CO2溶解度之间的关系式,对现有深部盐水层溶解封存量估算公式进行修整,并计算得到了不同封存面积范围以及不同沉积层厚度范围的深部盐水层CO2溶解封存总量;(5)根据本课题研究实验数据,得到了不同矿化度与埋存深度条件下的模拟深部盐水层溶液CO2溶解度计算关系式。
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