合作客戶/
拜耳公司 |
同濟(jì)大學(xué) |
聯(lián)合大學(xué) |
美國(guó)保潔 |
美國(guó)強(qiáng)生 |
瑞士羅氏 |
相關(guān)新聞Info
-
> 表面張力測(cè)定儀的測(cè)試方法及特點(diǎn)
> 基于最大氣泡壓力法測(cè)量液態(tài)鋰的密度和表面張力
> 表面活性劑在除草劑噴霧助劑中應(yīng)用及主要增效機(jī)制
> 不同表面張力溫度系數(shù)對(duì)激光焊接熔池流場(chǎng)的影響
> 釕催化劑合成丁炔二醇醚三硅氧烷表面活性劑反應(yīng)條件及表面張力測(cè)定(三)
> 化學(xué)學(xué)得好,杯子刷的更干凈?
> 拉脫法測(cè)量:不同性能磁性液體的磁表面張力變化規(guī)律與影響因素(一)
> 烷基-β-D-吡喃木糖苷溶解性、表面張力、乳化性能等理化性質(zhì)研究(四)
> 不同PQAI溶液靜態(tài)/動(dòng)態(tài)表面張力變化及對(duì)脈動(dòng)熱管性能影響(三)
> 液態(tài)Ag-O系表面張力和表面過(guò)剩量計(jì)算、氧氣壓力和溫度的預(yù)測(cè)模型——模型(二)
推薦新聞Info
-
> 系列脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽表面活性劑制備、溶解性、表面張力及界面張力測(cè)定(二)
> 系列脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鹽表面活性劑制備、溶解性、表面張力及界面張力測(cè)定(一)
> 添加不同量阿維菌素Silwet 408對(duì)阿維菌素微乳劑藥液表面張力的影響——結(jié)果與分析、結(jié)論
> 添加不同量阿維菌素Silwet 408對(duì)阿維菌素微乳劑藥液表面張力的影響——摘要、材料與方法
> 新型均相微乳液型助排劑AO-4表/界面張力測(cè)定及室內(nèi)評(píng)價(jià)——結(jié)果與討論、結(jié)論
> 新型均相微乳液型助排劑AO-4表/界面張力測(cè)定及室內(nèi)評(píng)價(jià)——摘要、實(shí)驗(yàn)部分
> 正己醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、正己醇聚氧丙烯醚硫酸鈉水溶液平衡表面張力、動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)定(二)
> 正己醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、正己醇聚氧丙烯醚硫酸鈉水溶液平衡表面張力、動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)定(一)
> 遼河油田原油的石油酸、石油堿組分萃取過(guò)程、結(jié)構(gòu)表征及界面張力測(cè)量——結(jié)果與討論、結(jié)論
> 遼河油田原油的石油酸、石油堿組分萃取過(guò)程、結(jié)構(gòu)表征及界面張力測(cè)量——實(shí)驗(yàn)部分
溫度及壓強(qiáng)對(duì)CO2-NaCl鹽水系統(tǒng)界面張力的影響(一)
來(lái)源:化工學(xué)報(bào) 瀏覽 284 次 發(fā)布時(shí)間:2025-05-13
在超臨界態(tài)CO2封存于深部鹽水層過(guò)程中,溫度、壓強(qiáng)等控制條件是影響封存效率和封存量的重要因素。應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法對(duì)343~373 K和6~35 MPa范圍內(nèi)的CO2-NaCl鹽水系統(tǒng)進(jìn)行了界面張力(IFT)及界面特性的研究,分析了IFT隨溫度及壓強(qiáng)的變化關(guān)系,并觀測(cè)到了壓力平衡點(diǎn)pplateau;從分子尺度(物質(zhì)密度、界面過(guò)余量、界面水合物密度)分析了IFT隨壓強(qiáng)、溫度的變化,以及pplateau產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明,pplateau前壓強(qiáng)升高或溫度降低將導(dǎo)致CO2密度升高,IFT下降,而pplateau后IFT趨于穩(wěn)定且受溫度影響較?。籆O2的界面過(guò)余量及界面處水合物數(shù)量隨壓強(qiáng)及溫度變化,與IFT的變化相反;高壓下界面水合物密度的飽和現(xiàn)象可能是pplateau產(chǎn)生的重要原因。
引言
深部鹽水層CO2地質(zhì)封存所需的注射能耗及最大地質(zhì)埋存深度與CO2-鹽水之間的界面張力(interfacial tension,IFT)直接相關(guān),并受溫度和壓強(qiáng)的制約。開(kāi)展溫度、壓強(qiáng)對(duì)CO2-鹽水間界面張力的影響研究,不僅可以分析IFT隨溫度、壓強(qiáng)等控制參數(shù)的變化規(guī)律,還能闡述溫度、壓強(qiáng)對(duì)IFT產(chǎn)生影響的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)而對(duì)指導(dǎo)不同環(huán)境條件(溫度、壓強(qiáng))下的CO2地質(zhì)封存設(shè)計(jì),提高注射安全性及存儲(chǔ)容量具有重大意義。
目前實(shí)驗(yàn)已測(cè)定相關(guān)儲(chǔ)層條件下CO2-水和CO2-鹽水系統(tǒng)的IFT值,并觀測(cè)到IFT在定溫條件下會(huì)隨著壓強(qiáng)升高而降低,并在壓力平衡點(diǎn)pplateau之后趨于穩(wěn)定值。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)pplateau的大小與鹽的種類及鹽度無(wú)明顯聯(lián)系,僅隨溫度升高而上升。Chalbaud等將pplateau的存在歸因于CO2溶解度的影響,但尚未展開(kāi)深入分析。
分子動(dòng)力學(xué)模擬(molecular dynamics simulation,MD模擬)可以研究多相界面系統(tǒng)的微觀特性,目前該方法已成功模擬了CO2-水及CO2-鹽水系統(tǒng),可獲得與實(shí)驗(yàn)一致的IFT值,并能觀測(cè)界面的微觀現(xiàn)象,是一種有效的研究手段。
本文應(yīng)用MD模擬方法,對(duì)343~373 K和6~35 MPa范圍內(nèi)的CO2-NaCl系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算,分析了體相及界面各物質(zhì)性質(zhì)隨環(huán)境條件的變化規(guī)律,包括CO2的密度、CO2的界面過(guò)余量、界面處CO2水合物數(shù)量等,探討了IFT對(duì)溫度及壓強(qiáng)依賴關(guān)系的物理機(jī)理,尤其對(duì)pplateau現(xiàn)象的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析,可為IFT的控制和預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)。
1研究對(duì)象及方法
1.1對(duì)象及模型
本文根據(jù)Chalbaud等對(duì)CO2-NaCl系統(tǒng)大范圍溫度及壓強(qiáng)下的IFT實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果,選擇了溫度及壓強(qiáng)范圍為343~373 K和6~35 MPa的CO2-NaCl系統(tǒng)為研究對(duì)象。具體工況參數(shù)列于表1。
表1 CO2-NaCl系統(tǒng)的溫度和壓強(qiáng)條件
在計(jì)算過(guò)程中,綜合考慮了系統(tǒng)內(nèi)分子間非鍵結(jié)作用力(范德華力、庫(kù)倫靜電力)及分子內(nèi)鍵結(jié)作用力(鍵拉伸和鍵彎曲)。分別采用Lennard-Jones勢(shì)能函數(shù)模擬范德華力,庫(kù)侖定律模擬庫(kù)侖靜電力,具體分子間勢(shì)能函數(shù)如式(1)所示
其中,rij為原子i與j之間的距離;εij為勢(shì)能阱的深度,εij(εiiεjj)1/2;σij為兩體互相作用的勢(shì)能為零時(shí)的距離,σij(σiiσjj)1/2;ε0為真空介電常數(shù);qi及qj為原子i與j所帶電荷量。其中采用PME技術(shù)模擬分子間長(zhǎng)程庫(kù)侖作用力,范德華作用截距設(shè)定為0.9 nm。此外,本文采用諧波勢(shì)能函數(shù)模擬鍵拉伸和鍵角彎曲等分子內(nèi)鍵結(jié)作用力。
圖1 CO2-NaCl系統(tǒng)平衡狀態(tài)
本文計(jì)算中,水分子選擇柔性F3C模型,CO2選擇柔性EPM2模型,鹽離子采用Chandrasekhar等開(kāi)發(fā)的模型。應(yīng)用MD軟件Gromacs4.5并采用周期性邊界條件進(jìn)行計(jì)算,所建立的橫截面4 nm×4 nm的計(jì)算域示于圖1。計(jì)算域中間區(qū)域?yàn)辂}水,包括4323個(gè)水分子、147個(gè)Na+和147個(gè)Cl-,對(duì)應(yīng)鹽度為1.89 mol·L-1,兩側(cè)分別為732個(gè)CO2分子。利用Berendsen方法來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度和壓強(qiáng)的設(shè)定。由于系統(tǒng)在NPzT系綜下20 ns達(dá)平衡態(tài),故模擬時(shí)間運(yùn)行30 ns,選取最后5 ns為有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。