地質(zhì)封存中CO2-鹽水體系密度測(cè)量及模型研究.pdf

1、博士學(xué)位論文地質(zhì)封存中C 0 2 - 鹽水體系密度測(cè)量及模型研究S t u d y o n m e a s u r e m e n t a n d m o d e l i n g o f C 0 2 一b r i n es o l u t i o n’ - 1 ' ’ · o ·· ’‘ ‘a(chǎn) e n s i t y U n d e r g e o l o g l c a l s e q u e s

2、 t r a t i o n c o n d i t i o n s學(xué) 號(hào)： 1 0 9 1 0 0 1 6學(xué)科、 專(zhuān)業(yè)： 籃返皇巫境王猩答辯日期： 墊i 魚(yú)：f 壘絲大連理工大學(xué)D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘 要化石能源的大規(guī)模利用，導(dǎo)致大氣中C 0 2 濃度日益增加，并由此產(chǎn)生溫室效應(yīng)等一系列環(huán)境問(wèn)題。地下鹽水層封存是最具前景的

3、C 0 2 減排方法之一，超臨界C 0 2 地下鹽水溶液密度是影響C O ：運(yùn)移的重要參數(shù)，決定了地質(zhì)封存的安全性。本文基于磁懸浮天平實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究了溫度、壓力、N a C l 濃度、C 0 2 濃度等因素對(duì)C 0 2 ．H 2 0 - N a C l 體系密度的影響規(guī)律，建立了改進(jìn)的密度預(yù)測(cè)模型，并針對(duì)我國(guó)的工程示范區(qū)地下鹽水進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，研究成果為C O ：地下鹽水層封存量評(píng)價(jià)、安全性分析和選址提供了理論依據(jù)。主要內(nèi)容如下：基于磁

4、懸浮天平搭建了高溫、高壓C O z 溶液密度測(cè)量的高精度實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)量了典型地質(zhì)封存工況( 6 0 ～1 4 0 ℃，1 0 ～1 8M P a ) 下H 2 0 - N a C l 和C 0 2 ．H 2 0 ．N a C l 溶液密度，分析了溫度、壓力、N a C l 濃度和C 0 2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)溶液密度的影響。結(jié)果表明：溫度和N a C l濃度的影響顯著，C 0 2 ．H z O - N a C l 溶液的密度隨N a C l 濃

5、度的增加而增加、隨溫度的升高而減小，并隨著壓力的增加近似線(xiàn)性增加；在低N a C l 濃度( 1 ～3 m o l ／k g ) 下，溶液密度隨溶液中C 0 2 濃度的增加近似近似線(xiàn)性增加。本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)了高N a C l 濃度( 4m o l ／k g ) 下C 0 2 ．H 2 0 ．N a C l 溶液的等密度溫度現(xiàn)象，即高于等密度溫度時(shí)，溶液密度隨C 0 2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小，這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)的溶解封存觀點(diǎn)，揭示了

6、等密度溫度以上的高鹽度地質(zhì)條件不利于C 0 2 在咸水層中的安全埋存?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了C 0 2 ．H 2 0 ．N a C I 體系的密度模型和密度差模型，并將兩種模型應(yīng)用到天津大港、塘沽地下鹽水的密度預(yù)測(cè)中，預(yù)測(cè)精度和擴(kuò)展性較好。根據(jù)密度數(shù)據(jù)對(duì)C 0 2 表觀摩爾體積進(jìn)行了分析，建立了相應(yīng)的表觀摩爾體積模型。基于H 2 0 ．N a G l 體系密度模型和C 0 2 表觀摩爾體積的關(guān)聯(lián)分析，提出了等密度溫度模型，模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)

7、數(shù)據(jù)具有高度一致性，并利用該模型證明了天津地區(qū)進(jìn)行C O ：鹽水層封存的安全性。建立了改進(jìn)的e P C ．S A F T 模型用于C 0 2 多元體系的密度預(yù)測(cè)，優(yōu)化了H 2 0 的模型參數(shù)，并根據(jù)C 0 2 ．H 2 0 、H 2 0 - N a C l 體系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了C 0 2 ．H 2 0 、H 2 0 ．N a C l 兩種體系的二元相互作用系數(shù)與溫度的關(guān)系式，并將其擴(kuò)展至C 0 2 ．H 2 0 ．N a C l =

8、元體系的密度預(yù)測(cè)，改進(jìn)的e P C ．S A F T 模型能夠準(zhǔn)確預(yù)N c 0 2 二元、三元體系的密度。引入離子轉(zhuǎn)換法，將地下鹽水離子濃度進(jìn)行轉(zhuǎn)化，應(yīng)用改進(jìn)的e P C 。S A F T 模型對(duì)天津塘沽、大港地下鹽水、W e y b u r n 地下鹽水及其C 0 2 溶液密度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，為C 0 2地下鹽水層封存提供了重要的模型支持。關(guān)鍵詞： c 0 。地質(zhì)封存；C 0 ?！獺 。0 一N a C l 密