不同含水性无烟煤CO_(2)吸附行为及其对地质封存的启示

深部煤层CO_(2)地质封存是助力“碳达峰碳中和”战略的重要途径,煤层含水性对以CO_(2)吸附封存为主的深部煤层CO_(2)地质封存能力影响显著。以无烟煤为例,开展了45℃下干燥、平衡水、饱和水煤样高压CO_(2)等温吸附实验,校正了饱和水煤样过剩吸附曲线,利用改进的D-R吸附模型拟合得到三者吸附能力与吸附热,对比了不同含水条件下CO_(2)绝对吸附曲线,阐释了饱和水增强无烟煤吸附能力的微观作用机理。结果表明:(1)干燥、平衡水、饱和水煤样CO_(2)吸附能力分别为56.72、45.19和48.36 cm^(3)/g,吸附热分别为29.42、26.23和27.24 kJ/mol。(2)CO_(2)密度小于0.16 g/cm^(3)(6.48 MPa)时,无烟煤CO_(2)绝对吸附量大小顺序为干燥煤样、饱和水煤样和平衡水煤样,而CO_(2)进入超临界状态后,顺序变为饱和水煤样、干燥煤样和平衡水煤样。(3)水分子优先占据高能吸附位是平衡水煤样吸附能力减弱的主要原因,而煤-水体系与CO_(2)相互作用强于CO_(2)与H2O竞争吸附下的煤-CO_(2)相互作用是饱和水煤样在CO_(2)超临界阶段吸附能力高于干燥煤样的根本原因。(4)吸附封存是煤层CO_(2)地质封存的主要形式,深部煤储层条件下,煤层饱和水对超临界CO_(2)增储作用更为明显,高压注水是提高深部煤层CO_(2)地质封存潜力,改善煤储层渗透性的有效手段。