目前,利用上述方法测得的CO2在纯水及Na Cl盐水中的溶解度数据涵盖了广泛的温压和盐度范围。Koschel等(2006)收集了文献中1000多个CO2在水溶液中的溶解度数据,指出其中只有50%的数据对应的温度值是在地质储存适宜的温度范围内,且这其中的大部分数据是在低压下测得,仅有20%的数据对应的压力值在5MPa以上,而压力在20MPa以上的数据则更加匮乏(只有2%的溶解度数据)。Mao等(2013)收集了较全的CO2在纯水和Na Cl溶液的溶解度数据:①从1900到2011年间,前人测量的CO2在纯水中的溶解度数据,共有77组,表3-1列出了其中34组CO2封存所关注的温压范围的数据,从表中可以看出CO2在纯水中的溶解度的测量已得到较广泛的研究,而在高温高压的数据较少;②从1940年以来,前人测量的28组CO2在Na Cl溶液中的溶解度数据的温压及盐度范围如表3-2所示,其中,一个大气压下的数据有11组,另外有4组数据的温度超出地质封存所处环境温度,如Ellis等(1963)的温度范围为445~607K,Takenouchi等(1965)的温度范围为423.15~723.15K,Gehrig等(1986)的温度范围为415~783K,Schmidt等(2000)的温度范围为548.15~923.15K,而在CO2地质储存所处的温度、压力、条件下的实验数据较少,且低温高压下的数据几乎没有,这对CO2海洋封存研究有一定的局限性。
CO2在纯水溶液中的溶解度数据绝大多数一致性较好,相对偏差在7%以内(孙睿, 2003)。与CO2在纯水中的溶解度数据相比,在Na Cl溶液中的溶解度数据一致性稍差。CO2在Na Cl溶液中的溶解度研究中,Drummond(1981),Rumpf等(1994)和Yan等(2011)的研究比较重要,涵盖了较广阔的温度、压力、盐度范围。Drummond(1981)在升压和降压过程测得的实验数据不一致,偏差为8%~15%,且与他人的实验数据相比偏差较大。
表3-1 1939年以来CO2在纯水中的溶解度数据统计(据Mao,2013)
注:1bar=0.1MPa,下同。
表3-2 1940年以来CO2在Na Cl溶液中的溶解度数据统计(据Mao,2013)
图3-1给出了从已有的文献中筛选出的CO2地质封存所处的温压范围内CO2在纯水中的溶解度数据,温度范围为273~473K,压力范围为5~60MPa。从图中可知,CO2在纯水中的溶解度数据在低温段较多,在温度大于373K、压力大于20MPa的数据较少,而CO2在盐水中的溶解度数据相对于纯水中的少,特别是高压下(大于20MPa)的数据则更少,且CO2在盐水中的溶解度数据在298K以下几乎没有。因此,为了满足CO2地下咸水层封存的实际需求,必须要进行CO2在广阔温度、压力、盐度条件下的溶解度实验,以获取充分的实验数据。
图3-1 文献中收集的CO2在纯水和Na Cl溶液中的溶解度数据所处温压范围(273~473K,5~60MPa)
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