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地质埋存中超临界CO2/深部盐水的界面特性研究
结题报告
批准号:
51106027
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
赵伶玲
依托单位:
学科分类:
E0605.多相流热物理学
结题年份:
2014
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
周建新、孟庆敏、葛伟、陈振东
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中文摘要
咸水含水层是二氧化碳(CO2)封存的主要地质储体,具有巨大的埋存潜力。当CO2封存于咸水含水层时,CO2的注入能耗以及注入率在很大程度上取决于CO2与地下含盐水(brine)之间的界面性质。本项目拟采用分子动力学仿真的方法,对地质封存中的界面现象及物理机理进行解释与研究。主要分析CO2/brine复杂界面系统中分子间(内)作用力、分子的结构、potential of mean force和virial等,以期得到系统内各种作用力对界面张力(IFT)的贡献以及CO2分子和盐离子的行为;从分子层面解释盐成分、浓度、温度、压强和多种盐共存等影响因素对界面特性的影响规律和原因,从而进一步为IFT的大小控制、变化过程预测提供理论依据。此外,本项目还拟对(CO2+oil)/brine多相界面进行初步研究。本项目的研究,将对CO2地质封存的存储效率、存储能力的提高和存储地址、表面添加物的选取起到指导作用
英文摘要
本项目采用分子动力学仿真的方法,对地质封存中的界面现象及物理机理进行解释与研究。根据立项内容,开展了四个方面的研究,并取得了一定的进展:(1)盐离子成分对CO2/brine界面张力(IFT)的影响研究。对不同的盐离子添加到水中会产生不同的IFT增加斜率(如CaCl2的增加斜率是NaCl的二倍多)这一现象从阳离子电荷数、原子量、Lennard-Jones参数σ和ε,及离子强度三个方面进行了详细分析。结果表明,约80%的IFT变化是由阳离子电荷数引起的;在电荷相同时,Lennard-Jones参数σ越大,ε值越小,则IFT增加量越小;势能阱的深度越大离子对水分子内部结构的影响越大,而该影响超过了离子粒径的影响。(2)温度、压强等操作参数对IFT的影响研究。详细研究了不同温度和压力下CO2-NaCl盐水系统,计算所得的界面张力随温度及压力的变化与实验一致,并观测到了压强平衡点。分析了界面系统内CO2的体相性质、物质界面过余量及界面分子取向随环境条件的变化规律。(3)混合盐成分对IFT的影响研究。分析了CO2/(NaCl+CaCl2)系统在不同的NaCl:CaCl2配比情况下,混合盐浓度为0.9, 1.8 和2.7 molar时IFT以及界面结构的变化。结果表明,在不同盐浓度下,IFT均随NaCl: CaCl2的比值呈线性变化,而随离子强度变化几乎不变,且与总浓度的变化关系不大,为我们进行混合盐IFT的预测提供了新的思路。(4)(CO2+oil)/brine系统的初步研究。对330K、20MPa下CO2-正己烷-NaCl溶液系统的界面特性进行了研究,CO2与正己烷形成混溶,界面粗糙度随着混溶相中CO2摩尔分数增加而增大;CO2摩尔分数为65%时,界面内CO2的累积量以及正己烷的驱离量最大;界面处CO2、正己烷及水的分子取向分布规律都随着CO2摩尔分数的增加而减弱。但界面相互作用与分子形态之间的相互联系,以及CO2浓度变化时界面微观结构的变化及影响还有待进一步研究。在本项目资助下,基本完成了任务书中的研究内容,发表SCI检索论文1篇,国内期刊论文1篇,投稿1篇;出国参加国际会议1人次,宣读论文1篇;参加国内工程热物理年会3次,每次2人,宣读论文2篇,已培养1名博士研究生与3名硕士研究生,其中1名硕士研究生已毕业,获得工学硕士学位。
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
scCO2-brine多相流体在岩石孔隙内流动特性的研究
  • 批准号:
    51776041
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    赵伶玲
  • 依托单位:
O2/CO2煤燃烧数学模型的研究
  • 批准号:
    51376045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    赵伶玲
  • 依托单位:
国内基金
海外基金