在水溶液中的溶解度实验数据

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）