地质封存中CO_2盐水溶液的表观摩尔体积模型

第1 期
CO
2
作为大气中最主要的温室气体，给地球生态
环境和人类生存空间带来了严重的危害，它所引起的
全球气候变暖问题引起了世界各国政府和科学界的
广泛关注。在此背景下，CO
2
的地质封存逐渐成为研
究热点。在CO
2
的诸多封存途径中，地下盐水层因具有
巨大的封存容量而被认为是最有前景的封存途径
[1-2]
。
开发CO
2
盐水层封存技术，需要准确的掌握盐水溶解
CO
2
后物理性质的变化。其中，CO
2
溶解到盐水中后
使盐水溶液密度增大，盐水层中产生密度梯度，进而
引起的对流会影响 CO
2
在盐水层中的扩散和运移，
从而影响封存的安全性和有效性。因此，对于CO
2
地
下盐水层封存来说，盐水溶液的密度是必须研究的物
性参数。
1 CO
2
盐水溶液密度模型
目前，已有一些关于CO
2
盐水溶液密度的研究成
果发表。Nighswander 等
[3]
测量了80~200.5 ℃、211~
13 MPa 条件下，质量分数为1%的NaCl 水溶液
溶解CO
2
后的密度。Ohsumi 等
[4]
用振动式密度计测量
了3 ℃、34754MPa 下CO
2
海水溶液的密度。Li 等
[5]
用
振动式密度计测量了59 ℃、658~2864 MPa 条件下，
加拿大Weyburn 地区地下盐水溶解CO
2
后的密度变
化，并拟合出CO
2
盐水溶液密度与压力、CO
2
浓度之
间的关系。宋永臣等
[67]
分别于23 年和25 年用磁
悬浮密度计和MachZehnder 干涉仪测量了日本福冈
地下盐水和海水溶解CO
2
后的密度，并分别拟合了
《环境科学与技术》编辑部：（网址）http://wendang.chazidian.com（电话）027- 87643502（电子信箱）hjkxyjs@http://wendang.chazidian.com
收稿日期：211423；修回211829
基金项目：国家自然科学基金重点项目（57361）；青年科学基金项目（51616）；中央高校基本科研业务费专项资金资助
作者简介：张毅（198），男，副教授，博士，研究方向为能源与环境、CO2 减排基础物性等，（电话）411847815（电子信箱）keiza@163com。
Environmental Science & Technology
第35 卷 第1 期
0 年 月
Vol. 35 No.
Jan. 0
张毅,宋永臣,建伟伟,等. 地质封存中CO2 盐水溶液的表观摩尔体积模型[J].环境科学与技术，2012，35（1）：25- 27. Zhang Yi，Song Yong- chen，Jian
Wei- wei，et al. Apparent molar volume model of CO2 saline solution for geological sequestration[J]. Environmental Science &Technology，2012，35（1）：25- 27.
地质封存中CO
2
盐水溶液的表观摩尔体积模型
张毅， 宋永臣， 建伟伟， 詹扬春， 刘瑜， 林伟豪， 沈勇
（大连理工大学能源与动力学院，海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁 大连 11624）
摘 要：在现有CO2 盐水溶液密度模型的基础上，根据CO2 地下盐水溶液密度实验数据，考虑了温度、压力和CO2 质量分数三个参数
的影响，建立了CO2 盐水溶液的表观摩尔体积模型。模型结果表明该模型能在3~5 ℃、1~2 MPa 温压范围内准确预测CO2 在盐水溶
液中的表观摩尔体积，将预测结果与实验数据进行对比发现最大相对误差为.25%，平均相对误差为.1%，模型预测精度明显高于现有
的CO2 盐水溶液表观摩尔体积模型，为CO2 地下盐水层封存提供了必要的基础。
关键词：CO2 封存； 地下盐水层； 密度； 表观摩尔体积模型
中图分类号：X141 文献标志码：A doi：1.3969/jissn1365421215 文章编号：13654(212)01002503
Apparent Molar Volume Model of CO

Saline Solution for
Geological Sequestration
ZHANG Yi， SONG Yong-chen， JIAN Wei-wei， ZHAN Yang-chun，
LIU Yu， LIN Wei-hao， SHEN Yong
（Key Laboratory of Ministry of Education of Ocean Energy Utilization and Energy Conservation，Dalian University of
Technology，Dalian 11624，China）
Abstract：Based on existing CO
2
saline solution density model and experimental data of CO
2
subsurface brine solution
density，considering the effect of temperature，pressure and CO
2
mass fraction，apparent molar volume model for CO
2
saline
solution was established Results showed that the model can predict the apparent molar volume of CO
2
brine solution in the
temperature range 3~5℃ from 1 to 2 MPa. The maximum relative error was .25% and average relative error was .1%
compared with the experimental data. The model prediction accuracy was obviously higher than the existing CO
2
saline
solution apparent molar volume model for CO
2
geological sequestration.
Key words：CO
2
geological sequestration；saline aquifer；density；apparent molar volume model