《地質埋存中超臨界CO2/深部鹽水的界面特性研究》是依託東南大學，由趙伶玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：地質埋存中超臨界CO2/深部鹽水的界面特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙伶玲
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鹹水含水層是二氧化碳(CO2)封存的主要地質儲體,具有巨大的埋存潛力。當CO2封存於鹹水含水層時，CO2的注入能耗以及注入率在很大程度上取決於CO2與地下含鹽水（brine）之間的界面性質。本項目擬採用分子動力學仿真的方法，對地質封存中的界面現象及物理機理進行解釋與研究。主要分析CO2/brine複雜界面系統中分子間（內）作用力、分子的結構、potential of mean force和virial等，以期得到系統內各種作用力對界面張力（IFT）的貢獻以及CO2分子和鹽離子的行為；從分子層面解釋鹽成分、濃度、溫度、壓強和多種鹽共存等影響因素對界面特性的影響規律和原因，從而進一步為IFT的大小控制、變化過程預測提供理論依據。此外，本項目還擬對(CO2+oil)/brine多相界面進行初步研究。本項目的研究，將對CO2地質封存的存儲效率、存儲能力的提高和存儲地址、表面添加物的選取起到指導作用
結題摘要
本項目採用分子動力學仿真的方法，對地質封存中的界面現象及物理機理進行解釋與研究。根據立項內容，開展了四個方面的研究，並取得了一定的進展：（1）鹽離子成分對CO2/brine界面張力（IFT）的影響研究。對不同的鹽離子添加到水中會產生不同的IFT增加斜率（如CaCl2的增加斜率是NaCl的二倍多）這一現象從陽離子電荷數、原子量、Lennard-Jones參數σ和ε，及離子強度三個方面進行了詳細分析。結果表明，約80%的IFT變化是由陽離子電荷數引起的；在電荷相同時，Lennard-Jones參數σ越大，ε值越小，則IFT增加量越小；勢能阱的深度越大離子對水分子內部結構的影響越大，而該影響超過了離子粒徑的影響。（2）溫度、壓強等操作參數對IFT的影響研究。詳細研究了不同溫度和壓力下CO2-NaCl鹽水系統，計算所得的界面張力隨溫度及壓力的變化與實驗一致，並觀測到了壓強平衡點。分析了界面系統內CO2的體相性質、物質界面過餘量及界面分子取向隨環境條件的變化規律。（3）混合鹽成分對IFT的影響研究。分析了CO2/(NaCl+CaCl2)系統在不同的NaCl:CaCl2配比情況下，混合鹽濃度為0.9, 1.8 和2.7 molar時IFT以及界面結構的變化。結果表明，在不同鹽濃度下，IFT均隨NaCl: CaCl2的比值呈線性變化，而隨離子強度變化幾乎不變，且與總濃度的變化關係不大，為我們進行混合鹽IFT的預測提供了新的思路。（4）(CO2+oil)/brine系統的初步研究。對330K、20MPa下CO2-正己烷-NaCl溶液系統的界面特性進行了研究，CO2與正己烷形成混溶，界面粗糙度隨著混溶相中CO2摩爾分數增加而增大；CO2摩爾分數為65%時，界面內CO2的累積量以及正己烷的驅離量最大；界面處CO2、正己烷及水的分子取向分布規律都隨著CO2摩爾分數的增加而減弱。但界面相互作用與分子形態之間的相互聯繫，以及CO2濃度變化時界面微觀結構的變化及影響還有待進一步研究。在本項目資助下，基本完成了任務書中的研究內容，發表SCI檢索論文1篇，國內期刊論文1篇，投稿1篇；出國參加國際會議1人次，宣讀論文1篇；參加國內工程熱物理年會3次，每次2人，宣讀論文2篇，已培養1名博士研究生與3名碩士研究生，其中1名碩士研究生已畢業，獲得工學碩士學位。
