盐水中CO$_2$扩散系数的分子动力学研究：宽温压与盐度范围内的结果及其对CO2地质封存的意义
介观与纳米尺度物理
2021-09-07 v2
摘要
咸水层中的二氧化碳（CO）封存已被提出作为应对日益严重的CO排放威胁最切实、长期且安全的方案之一。成功执行和规划该过程需要全面理解CO的传输特性——特别是扩散系数，它影响CO在水/盐水中的溶解行为，涉及黏性指进形状、不稳定性起始等。在本研究中，采用分子动力学（MD）模拟计算了广泛温度和压力谱下不同NaCl盐水浓度中CO的扩散系数，以获取数据集。NaCl浓度的增加导致CO扩散系数减小，其中在高温度下减小最为显著。此外，升高温度下CO扩散的增加可由阳离子水化壳尺寸随温度升高而减小解释，这是由于水分子间排斥力增强所致。提出了一种用于估算CO扩散系数的新精确关联式。关于压力变化的影响，未观察到随压力升高的明显变化。此外，分别计算了在其他盐类即MgCl2、CaCl2、KCl和Na2SO4存在下CO扩散系数的变化。比较各种盐的影响，CaCl2和KCl分别对CO扩散系数具有最高和最低的影响。最后，进行了一组直接数值模拟以研究CO扩散系数对CO溶解过程的影响。结果揭示了盐水条件下CO扩散系数变化在预测溶解过程行为和进一步计算中的重要性。
引用
@article{arxiv.2109.01414,
title = {A Molecular Dynamics Study on CO$_2$ Diffusion Coefficient in Saline Water Under a Wide Range of Temperatures, Pressures, and Salinity Concentrations: Implications to CO2 Geological Storage},
author = {Sina Omrani and Mehdi Ghasemi and Saeed Mahmoodpour and Ali Shafiei and Behzad Rostami},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.01414},
year = {2021}
}
备注
56 pages,27 figures