氢气流动下盐析与氨盐汽化的微流体研究
流体动力学
2025-10-24 v1 材料科学
地球物理
摘要
地下存储氢气和氨对于可再生能源的集成至关重要，但气体注入过程中盐分析可能威胁储存性能。虽然CO2系统的盐析机制已广泛研究，但氢气-盐水和氨-盐水系统的析盐机制仍不为人知。本研究采用高压微流体装置，对氢气注入盐水和含氨盐水中的盐析进行系统性微流体研究。我们进行了81次高压实验，系统性地变更盐水组成（1-5 mol/kg NaCl）、化学添加剂（表面活性剂、乙醇、氨）以及氢气流速（200-1300 mL/min）。定量图像分析揭示，氢气诱导的析盐与CO2系统有本质不同。氢气通过蒸发和毛细 trapped 机制驱动物理析盐，产生离散的、局部化的盐粒；而CO2-氨系统则生成广泛的反应性析盐——碳酸氢铵晶体网络。界面张力(IFT)控制残余盐水分布和最终晶体覆盖率：高IFT流体形成大型、连通的盐水池，促进广泛结晶；而低IFT流体形成孤立的盐水池，降低结晶覆盖率50%。乙醇和表面活性剂通过增强盐水的可流动性来抑制析盐，而氨则在IFT较低的情况下仍会增加晶体比例。更高的流速在所有盐水组成下都加速结晶，从而可实现操作层面的缓解策略。本研究表明，气体特异性风险评估而非CO2类比评估，是地下氢气储存设计的必要条件。化学添加剂的有效性为地下氢气储存作业中近井区保护提供了可行的途径。
引用
@article{arxiv.2510.20321,
title = {Microfluidic Study of Evaporation-Driven Crystallization of Saline and Ammonia Brines under Hydrogen Flow},
author = {Karol M. Dąbrowski and Mohammad Nooraiepour and Mohammad Masoudi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.20321},
year = {2025}
}