超临界CO2在页岩气开发中的应用研究进展

以页岩气的开采技术为研究对象,对超临界CO2在提高页岩气开采率中的应用进行研究.论述了国内外在超临界CO2压裂技术开采页岩气方面的研究进展.目前,使用CO2进行增强的技术被视为页岩气开采的有效手段,该技术可以大幅提高产量,具有很好的应用前景.CO2不仅能够取代水介质对页岩进行压裂作业,还能够高效的驱替页岩中的甲烷,与此...     

离子对CO2-盐水系统界面特性的影响

应用分子动力学模拟的方法对不同浓度及组分比例的CO₂-NaCl、CO₂-CaCl₂和CO₂-（NaCl+CaCl₂）等CO₂-盐水系统的界面张力进行了研究,从分子层面上分析了不同种类的盐离子对界面张力的影响。结果表明,盐离子的存在会增加CO₂-纯水的界面张力,界面张力增量主要由阳离子电荷数导致,其余则由阳离子兰纳-琼斯势参数、原子质量等原子特性参数引起;3种系统的界面张力增量均与离子强度呈线性关系,且其曲线的斜率和盐溶液种类无关,为IFT预测提供理论指导。     

超临界CO2对碳纤维环氧树脂的界面性能的改善

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面结合性能,采用超临界CO2对碳纤维表面进行处理.结果表明:在处理后碳纤维的单丝拉伸强度下降2.81％,碳纤维/环氧树脂界面剪切强度和层间剪切强度在处理后分别提高25.19％和17.11％.通过对碳纤维原子力显微镜(AFM)观察,经过处理的碳纤维表面粗糙度增加明显,同时对复合材料层间剪切断口端面用扫描电子显微镜(SEM)观察,经过超临界CO2处理后的碳纤维与环氧树脂的复合性能得到改善.     

超临界CO2强化开采煤层气研究进展

scCO2强化煤层气开采技术因其具有节能减排和高效开采煤层气的特点,已成为未来煤层气开采和发展的新方向.经室内试验和现场实践证明,scCO2-ECBM技术可以显著提升煤层气的产量,对残余CO2实施就地封存,减少碳的排放.介绍了scCO2的特性,简述了scCO2开发煤层气的相关机理,着重论述了scCO2-ECBM工艺的关...     

温度及压强对CO2-盐水系统界面张力的影响

在超临界态CO₂封存于深部盐水层过程中,温度、压强等控制条件是影响封存效率和封存量的重要因素。应用分子动力学模拟的方法对343～373 K和6～35 MPa范围内的CO₂-NaCl盐水系统进行了界面张力（IFT）及界面特性的研究,分析了IFT随温度及压强的变化关系,并观测到了压力平衡点p_plateau;从分子尺度（物质密度、界面过余量、界面水合物密度）分析了IFT随压强、温度的变化,以及p_plateau产生的原因。结果表明,p_plateau前压强升高或温度降低将导致CO₂密度升高,IFT下降,而p_plateau后IFT趋于稳定且受温度影响较小;CO₂的界面过余量及界面处水合物数量随压强及温度变化,与IFT的变化相反;高压下界面水合物密度的饱和现象可能是p_plateau产生的重要原因。     

封存CO2的泄漏过程预测与泄漏速率的影响因素特性

地下封存CO₂泄漏的评估方法和风险控制是碳捕集和封存（CCS）技术亟待解决的核心问题。为了揭示封存CO₂泄漏过程的影响因素及其特性,本文建立两相流驱替过程数学模型描述封存CO₂的泄漏过程,采用COMSOL Multiphysics 3.5a软件进行数值模拟。通过对基准问题及其解的拓展,分别对注入井与泄漏通道之间距离、泄漏通道半径、泄漏通道渗透率、CO₂注入速率和CO2注入深度等因素对封存CO2泄漏过程的影响特性进行研究,通过过程模拟和数据分析得到了影响因素的定量函数关系。研究表明：封存CO₂的渐近泄漏速率与注入井与泄漏通道之间距离倒数呈对数线性关系,与泄漏通道半径呈抛物线型关系,与注入速率呈线性关系;泄漏通道的绝对渗透率是CO₂泄漏速率控制的关键因素,而CO₂注入深度的增加并不能有效地降低CO₂泄漏速率。本文的计算模型和数值模拟结果不仅揭示了地下封存CO₂泄漏过程的影响因素与泄漏速率之间的定量关联规律,还可为地下封存CO₂的封存地点选择、泄漏速率估计和泄漏风险评估提供工程分析方法和计算工具。     

超临界CO2强化开采页岩气技术研究进展

CO2强化页岩气开采与地下封存一体化技术因其具有节能减排和高效开采页岩气的特点,已成为未来页岩气开采和发展的新方向.经室内试验和现场实践证明,scCO2-ESGR技术可以显著提升页岩气的单井产量,对CO2实施就地封存,减少碳的排放.本文介绍了scCO2的特性,简述了CO2开发页岩气的相关机理,着重论述了scCO2-ES...     

CO2地质封存数值模拟研究

随着经济和社会的快速发展,世界各国对于温室气体排放所引起的全球变暖问题越来越重视。我国作为全球最大的CO₂排放国,短期内以煤炭及煤电为主的基本能源结构模式很难有根本转变,面临十分严峻的减排形势。CO₂的减排问题已成为制约该地区能源化工产业发展的最大瓶颈之一,为了满足经济社会可持续发展的迫切需要,我们必须采取措施来控制CO₂的大量排放。CO₂地质封存已成为一种日益成熟的技术方法,并已成为了目前全球公认的进行CO₂大规模减排的最有效途径之一。页岩储层CO₂地质封存联合页岩气增采技术(CO₂-ESGR)是一种新型的CO₂地质封存及页岩气开发技术。该技术以超临界或液相CO₂代替水力压裂页岩,利用CO₂吸附页岩能力比CH₄强的特点,置换CH₄,从而提高页岩气产量和生产速率并实现CO₂地质封存,减少温室气体排放。主要...     

MCI法计算固体溶质在超临界CO2中溶解度的研究

修正了杂原子原子点价（Ai^E）的计算方法，提出了一个新的分子连接性指数（^kχ^E）。该指数物理意义明确，易于计算，具有良好的结构选择性。用MCI法研究了固体溶质在超临界CO2中的溶解度与其结构之间的关系，研究结果表明溶质的分子连接性指数（^4χPC^E）可用来关联溶质苯环上取代基的种类、位置、长度对溶解度的影响，计算结果表明修正杂原子点价计算方法后的模拟结果比用原来的原子点价计算得到的偏差降低了5．01％。     

超临界CO2作用下甲苯在活性炭中的脱附机理

对吸附挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）饱和的活性炭进行脱附再生,既可延长活性炭使用寿命,又可减少固体废弃物处理量。超临界CO₂脱附活性炭能够较好地克服传统的热处理法固有的缺陷,被认为是目前较有前途的方法,但脱附机理尚不明确。本文采用分子动力学模拟为研究手段,以甲苯的脱附过程为研究对象,研究了在活性炭纳米孔隙中超临界CO₂分子的扩散、CO₂分子与甲苯分子的相互作用、脱附后的甲苯分子在CO₂相中的扩散等行为,从分子层面揭示了超临界CO₂分子的强扩散性、CO₂分子与甲苯分子之间作用能的大小以及CO₂大幅度地改善甲苯的流动性在微观脱附机理中起决定性作用。     

Simulations of vapor–liquid phase equilibrium and interfacial tension in the CO2–H2O–NaCl system

Direct interfacial molecular dynamics simulations are used to obtain the phase behavior and interfacial tension of CO₂–H₂O–NaCl mixtures over a broad temperature and pressure range (50°C ≤ T ≤ 250°C, 0 ≤ P ≤ 600 bar) and NaCl concentrations (1–4 mol/kg H₂O). The predictive ability of several existing water (SPC and TIP4P2005), carbon dioxide (EPM2 and TraPPE), and sodium chloride (SD and DRVH) models is studied and compared, using conventional Lorentz–Berthelot combining rules for the unlike‐pair parameters. Under conditions of moderate NaCl molality (～1 mol/kg H₂O), the predictions of the CO₂ solubility in the water‐rich and CO₂‐rich phase resemble those in the CO₂–H₂O system [Liu et al., J Phys Chem B. 2011;115:6629–6635]. Consistent with our previous work, the TraPPE/TIP4P2005 model combination gives the best overall performance in predicting coexistence composition and pressure in the water‐rich phase. Critical assessments are also made on the ranges of temperature and pressure where particular model combinations work better. The dependence of the interfacial tension on temperature and pressure is better predicted by the TraPPE/TIP4P2005 and EPM2/SPC models, whereas the EPM2/TIP4P2005 model overestimates this property by 10–20%, possibly due to the inadequacy of the combining rules. It is also found that the interfacial tension increases with salt concentration, consistent with experimental observations. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 3514–3522, 2013     

scCO2溶剂中金纳米颗粒界面性质的分子模拟

基于经典的分子动力学模拟方法, 研究了不同的超临界CO₂（scCO₂）溶剂密度下,金纳米颗粒周围溶剂分子的结构与动力学性质。结果表明,由于金纳米颗粒对scCO₂溶剂分子有较大的吸引作用,使scCO₂分子紧密地围绕在其表面周围并形成了两个较明显的溶剂层。随着溶剂密度的增加,纳米颗粒在scCO₂中的溶剂化程度会减小。通过分析固液界面不同区域内scCO_相似文献   

超临界C02干燥法工艺条件对氧化锆气凝胶结构性质的影响

以无机盐ZrOCl2·8H2O为原料,采用溶胶-凝胶过程结合超临界CO2干燥法制备了ZrO2气凝胶.采用BET、TG/DTA、XRD、TEM以及SEM等手段对样品进行了表征分析.考察了超临界CO2干燥过程中,操作压力、操作温度、CO2流率及干燥时间等工艺条件对样品比表面积、孔性质等的影响.结果表明利用本方法制备的ZrO...     

CO2取代光气合成氨基甲酸酯研究进展

介绍了近几十年来利用CO2活化进行含氮化合物羰化反应合成氨基甲酸酯的研究进展。评述分析了各种金属盐催化、氨基甲酸盐阴离子作为亲核试剂、电解制备离子液体亲核试剂及超临界CO2条件下合成氨基甲酸酯反应过程的优点及不足,阐述了其反应机理,并对非光气法CO2合成氨基甲酸酯的前景做了展望。     

CO2-环烷烃/芳香烃界面张力的测定与估算

CO₂驱油技术是利用CO₂采出被束缚在地层中的剩余油,提高采收率,同时实现CO₂掩埋。由于CO₂可降低原油的界面张力,CO₂-原油系统的界面张力数据是CO₂采油技术的重要基础数据。本研究采用悬滴法,选取原油系统中环烷烃和芳香烃典型代表,测定了40~120℃,0.27~14.70 MPa下,CO₂-环戊烷/环己烷/环辛烷/ 甲苯/乙苯/乙基环己烷六个二元体系的界面张力。分析了压力、温度、碳原子数及烷烃分子结构对界面张力的影响。结果表明,界面张力与压力呈线性关系;较低压力下,界面张力随温度的升高而降低,在较高压力下则呈现相反趋势;CO₂-形态结构相同组分的界面张力随着碳数的增加而增大;分子间作用力对界面张力存在一定的影响。通过分析多种因素的影响,总结现有的CO₂-原油(正构烷烃、环烷烃、芳香烃)实验数据,提出关联方程,将表面张力关联为温度、压力、碳原子数和偏心因子的函数,相关系数(R² )为0.958,均方根误差(RMSE)及平均相对偏差(AARD)分别为1.12和11.01%。     

封存CO_2在泄漏通道中迁移及相变过程的模拟分析

预测相变位置对封存CO2泄漏过程的监控和风险评估具有重要意义。针对泄漏通道中CO2的非等温流动相变过程,提出了Span-Wagner状态方程与等效比热法的耦合计算方法描述CO2泄漏过程中相变过程,研究了焦耳-汤姆逊效应、黏性耗散效应以及地层传热效应对CO2泄漏相变过程的影响,阐明CO2泄漏过程中相变过程的影响因素及其作用。研究表明:虽然焦耳-汤姆逊效应和黏性耗散对泄漏通道温度的作用相反,但两者均使泄漏CO2液气相变位置向深层移动;增强泄漏通道与地层之间换热将使泄漏通道温度降低,焦耳-汤姆逊效应和地层换热的共同作用将进一步降低泄漏通道的温度,导致泄漏CO2液气相变位置向浅层移动,泄漏通道出口处CO2的泄漏流率增大。