不同含水性无烟煤CO_2吸附行为及其地质封存的启示

作者：张金超; 桑树勋; 韩思杰; 张凤碧; 徐昂; 刘琦珊

来源：煤田地质与勘探, 2022, 1-9.

• 饱和水
• 无烟煤
• 吸附能力
• CO_2地质封存
• 沁水盆地

深部煤层CO_2地质封存是助力“碳达峰碳中和”战略的重要途径，煤层含水性对以CO_2吸附封存为主的深部煤层CO_2地质封存能力影响显著。以无烟煤为例，开展了45℃下干燥、平衡水、饱和水煤样高压CO_2等温吸附实验，校正了饱和水煤样过剩吸附曲线，利用改进的DR吸附模型拟合得到三者吸附能力与吸附热，对比了不同含水条件下CO_2绝对吸附曲线，阐释了饱和水增强无烟煤吸附能力的微观作用机理。结果表明：（1）干燥、平衡水、饱和水煤样CO_2吸附能力分别为56.72、45.19和48.36 cm~3/g，吸附热分别为29.42、26.23和27.24 kJ/mol;(2)CO_2密度小于0.16 g/cm~3(6.48 MPa)时，无烟煤CO_2绝对吸附量大小顺序为干燥煤样、饱和水煤样和平衡水煤样，而CO_2进入超临界状态后，顺序变为饱和水煤样、干燥煤样和平衡水煤样；（3）水分子优先占据高能吸附位是平衡水煤样吸附能力减弱的主要原因，而煤-水体系与CO_2相互作用强于CO_2与H2O竞争吸附下的煤-CO_2相互作用是饱和水煤样在CO_2超临界阶段吸附能力高于干燥煤样的根本原因；（4）吸附封存是煤层CO_2地质封存的主要形式，深部煤储层条件下，煤层饱和水对超临界CO_2增储作用更为明显，高压注水是提高深部煤层CO_2地质封存潜力，改善煤储层渗透性的有效手段。

• 单位
  中国石油天然气管道工程有限公司; 中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）; 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室