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地质储氢温压条件下H2在纯水中的扩散系数

徐冬红 郭会荣 吕万军

徐冬红, 郭会荣, 吕万军. 地质储氢温压条件下H2在纯水中的扩散系数[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250184
引用本文: 徐冬红, 郭会荣, 吕万军. 地质储氢温压条件下H2在纯水中的扩散系数[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250184
Diffusion Coefficient of H2 in Pure Water under Temperature and Pressure Conditions for Underground Storage[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250184
Citation: Diffusion Coefficient of H2 in Pure Water under Temperature and Pressure Conditions for Underground Storage[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250184

地质储氢温压条件下H2在纯水中的扩散系数

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250184

Diffusion Coefficient of H2 in Pure Water under Temperature and Pressure Conditions for Underground Storage

  • 摘要: 【目的】随着氢能利用的需求加剧,地质储氢(UHS)是近年来备受关注的课题。UHS高温高压条件下H2在水中的扩散系数对于定量刻画H2在储层孔隙空间中的运移行为和估算H2透过盖层的损失量至关重要。然而,以往的研究多集中于室温常压下H2在水中的扩散。【方法】本研究基于显微激光拉曼光谱技术,在透明高压石英毛细管中原位定量观测H2在水溶液中的溶解扩散过程,实测了10~30MPa、298.15~393.15K条件下H2在水中的扩散系数。【结果】结果显示,随着温度的上升,H2在水中的扩散系数呈现增大趋势,当压力为20MPa,温度从298.15K升高到363.15K时,扩散系数增幅约达211%;H2在水中的扩散系数与温度的关系可以通过Speedy-Angell幂律方程进行拟合,拟合公式为:D=23.572?10-9?[(T/213.54)-1]2.021。H2在水中的扩散系数受压力的影响较小,随着压力的增大总体呈现略微下降趋势,当温度为363.15K,压力从10MPa增加到30MPa时,扩散系数降幅约为4.8%。通过实测的扩散系数结合有效扩散系数的经验公式估算了H2透过盖层的泄漏量,发现随着盖层厚度的增加,H2泄漏量逐渐减小,扩散速度明显下降,H2扩散到储层外所需时间延长。【结论】因此,在实际UHS项目中应优选低温较厚盖层的深层地质构造。该研究为UHS中定量刻画H2的运移规律及扩散通量提供了重要的参数,同时为UHS方案的设计与优化提供了参考依据。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-22
  • 网络出版日期:  2025-12-22

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