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摘要
地质封存CO2作为理想的减碳技术，有望成为缓解温室效应的重要手段。因此量化评估深部煤层CO2地质封存潜力与研究超临界CO2与深部煤岩之间相互作用成为了“双碳”背景下的研究热点。以焦作矿区九里山煤样为实验研究对象，分析了深部煤层超临界CO2吸附与封存机理，分别开展了35℃和45℃下煤样的CO2等温吸附实验，解释并校正了CO2吸附等温线高压异常下拐现象，得到了不同温度下煤样的CO2实际吸附量。本研究提出了一种新方法计算CO2地质封存量，能够校正吸附相体积造成的封存量计算误差，并能精确评估不同埋深煤层CO2理论和有效封存量。研究结果表明：(1)当高压吸附饱和时，煤样表面所有的吸附位被完全占据，此时吸附相体积和密度不再发生改变，吸附量应趋于稳定，但实验室测得的吸附量却在高压饱和阶段随压力增大而减小，这并不符合Langmuir吸附原理，因此必须对实验室测试的吸附等温线进行校正，才能应用于深部煤层CO2封存量评估；(2)煤中CO2封存量主要由吸附和游离封存量组成，吸附封存量需要采用吸附相密度和Gibbs吸附量进行反算，游离封存量则需要掌握煤中游离相占据的孔隙体积，它只能根据煤中孔隙总体积减去吸附相体积进行计算，因此，吸附相是精确评估吸附和游离封存量的决定性因素；(3)采用修正的煤层CO2地质封存量化方法，以焦作修武研究区800～2000m深部煤层为例，得出其单位质量煤中CO2理论封存量为1.52～2.16mmol/g，CO2有效封存总量为11.19×109m3，换算为封存总质量为21.97Mt。本研究案例不仅校正了吸附实验数据的物质平衡错误，而且考虑了吸附相占据孔隙空间对游离封存量的影响，这对深部煤层CO2地质封存量精准评估具有重要的应用意义。
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