煤中超临界CO_(2)解吸滞后机理及其对地质封存启示

作者：刘操; 闫江伟^*; 赵春辉; 钟福平; 贾天让; 刘小磊; 张航

来源：煤炭学报, 2023, 1-16.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2023.0738

• CO_(2)地质封存
• 超临界CO_(2)
• 解吸滞后
• 残余封存
• 毛细压力
• 地质封存量化模型

将CO2注入不可采煤层地质封存既是降低温室气体效应最理想选择之一，也是煤炭工业降低CO2排放、实现低碳化可持续发展的必由之路，然而，煤层CO2地质封存悬而未决的关键问题是：“注入煤层中的CO2到底能否长期停留而安全封存?”。鉴于此，本文在弄清煤体CO2解吸滞后规律的基础上，揭示超临界CO2解吸滞后机理，建立煤层CO2地质封存量化模型，探讨利用解吸滞后实现煤层CO2长期安全封存。研究表明：煤中超临界态CO2解吸滞后程度大于亚临界态CO2，在超临界阶段，吸附与解吸等温线形成近似“平行线”的稳定滞后特征；解吸滞后的本质原因是煤中微纳米级亲水性孔隙形成弯液面、产生强大毛细压力、渗吸液态水、截断并固定超临界CO2流体、最终形成了CO2残余封存，例如，煤中直径40～10nm圆柱形无机孔隙可产生7.30～29.12MPa毛细压力，足以封堵超临界态CO2；以九里山煤样解吸等温线数据为例，采用基于煤层CO2解吸滞后的地质封存量化模型，评估出900～1500m深部二1煤层封存总量稳定在35～37m3/t，其中，吸附封存约占80%，残余封存约占15%，而结构封存仅占5%；解吸滞后启示我们应尽可能采取措施提高煤层残余封存CO2比例，原因是毛细堵塞的残余封存CO2较围岩密封的游离和吸附CO2更安全且没有泄露风险，煤层灰分、水分、孔隙尺寸和形貌等物性参数是影响残余封存效率的主要因素，因此，采取措施改变煤层物性参数增大残余封存比例，对于解决煤层CO2封存安全性问题具有重要意义。

• 单位
  河南理工大学