《超臨界CO2環境下煤的玻璃化轉變及其結構回響研究》是依託中國礦業大學，由李偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超臨界CO2環境下煤的玻璃化轉變及其結構回響研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李偉
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深部煤層中的CO2封存以及注入CO2驅替CH4能夠有效的減少溫室氣體並提高煤層氣的採收率，以超臨界CO2注入煤層已在多個國家開展了先導性試驗，在超臨界CO2環境下，具有聚合物結構的煤可能發生玻璃化轉變效應，使得CO2在煤層中封存環境發生顯著變化，存在CO2更易泄露的危險。本項目以超臨界CO2環境下的煤為研究對象，採用實驗室測定與理論分析相結合的方法，開展不同煤的玻璃化轉變實驗研究，並對玻璃化轉變前後煤的顯微組分、孔隙結構、分子結構、表面形態等結構回響特性以及玻璃化轉變條件下煤對CO2吸附解吸回響特徵進行實驗研究。並通過實驗結果對比分析，獲得不同煤的玻璃化轉變規律、物理化學結構的演化規律以及CO2吸附解吸特徵參數。本項目旨在揭示超臨界CO2與煤相互作用下的玻璃化轉變規律及其結構的回響特徵，為安全有效的進行煤層CO2封存提供理論基礎。
結題摘要
深部煤層的CO2封存是實現溫室氣體CO2的減排的途徑之一，當CO2所處的溫度和壓力超過CO2的臨界點後，CO2進入超臨界狀態，一般在煤層埋深560m左右就可以達到。特殊性質的超臨界CO2與煤的相互作用將對CO2封存產生影響。項目研究了超臨界CO2環境下煤的玻璃化轉變及其結構回響研究，主要研究了超臨界CO2環境下煤的玻璃化轉變的實驗、玻璃化轉變煤的物理化學結構回響實驗和玻璃化轉變效應下煤對CO2吸附解吸回響實驗研究。結果表明隨著CO2壓力的增高，高壓下，窯街煤發生了玻璃化轉變，煤體進入高彈態，CO2解吸擴散其受控於濃度梯度與高彈態煤體引起的應力梯度，擴散係數快速增大，遠大於低壓下的擴散係數，擴散係數的突變可作為表征超臨界CO2環境下煤的玻璃化轉變的特徵參數。超臨界CO2作用下不同煤的孔隙結構呈現增大的特徵，尤其是在微孔階段，而紅外光譜測定結果表明煤的結構官能團未發生變化，主要是含有極性弱的小分子合物在煤樣經超臨界CO2處理的過程中被萃取出去，導致了其含量降低。煤與CO2的相互作用表明CO2使得聚合物的玻璃化溫度降低，CO2能夠進入煤的交聯網狀結構中，產生分子鏈的鬆弛，使得煤體產生溶脹效應，並導致含CO2煤的玻璃化轉變現象的發生。那么當煤對CO2吸附實驗溫度大於等於一定壓力下含CO2煤的玻璃態轉變溫度，煤體將進入高彈態，同時伴隨著自由體積的驟增，從而導致過剩吸附量的驟增，獲得了具有兩階段特徵的吸附等溫線。超臨界CO2環境下煤的玻璃化轉變對煤層CO2封存以及注入CO2驅替煤層CH4評估和實踐具有重要的指導意義。
