扩散系数的实验数据现状

图4－1 文献中CO2在水溶液中的扩散系数汇总

（图中虚线矩形框为353～423K温度区间）

经过不断地研究探索，前人已经得到了一些较为精确的实验数据（Bosse，2005；Thomas et al，1965；Farajzadeh et al，2007；Wang et al，1996；Liu et al，1995；Hirai et al，1997；Marrero et al，1972；Farajzadeh et al，2009；Ahmady et al，2011；Deroche et al，2010；Ishiyama et al，2007；Witherspoon et al，1969）（图4－1），然而文献中记载的CO2在水溶液中的扩散系数的实验数据多局限在较小的温压和盐度范围内。Akgerman等（1972）整理收集了前人文献数据，其中有31个CO2在纯水中的数据均为1个大气压、279～333K条件下的。Mutoru等（2011）整理收集了157个文献数据，其中148个数据是1个大气压、273～368K条件下的；高压下的只有286K下29.4MPa和39.2MPa两个数据；7个不确定性很高的1000MPa、759～961K下的数据。盐水中的实验数据则更少：298K、0.1MPa下0.25～1.5M溶液中的有6个，311K、1～6MPa下0.25M溶液中的有9个。

通过整理已开展及将要开展的CO2地质封存工程项目的水文地质资料（见表1－2），发现CO2注入咸水层后所处的温压范围大概为：温度（T）298～423K，压力（P）7～35MPa，盐度（S） 0～35％。已有的扩散数据并不能满足地质封存条件下的需求，高温高压的数据严重缺失。

由于高温高压下的实验数据较少，一些基于实验数据建立半经验方程来外推广阔温压条件下的扩散系数的方法，如Oelkers（1991）修正的Arrhenius方程、Mclachlan等（1972）及Zeebe（2011）给出的半经验方程等对高温下扩散系数随温度的变化趋势无法验证，且Arrhenius方程仅反映了扩散系数与温度的关系，没有研究扩散系数与压力及盐度的关系。因此急需用可靠的实验方法获取广阔温度压力和盐度范围内的CO2在水溶液中的扩散系数。