二氧化碳在多孔水泥充填材料中的扩散与反应动力学响应

作     者：王鹏 CHEN Shen’en 陈占清 茅献彪 WANG Peng;CHEN Zhanqing;MAO Xianbiao

作者机构：中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 美国北卡罗来纳大学夏洛特分校土木与环境工程学院北卡罗来纳夏洛特28262 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2019年第36卷第2期

页      面：381-387页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51304207) 江苏省煤基CO2捕集与地质存储重点实验室开放基金项目(2016A03) 

主　　题：水泥充填胶结材料 CO2 扩散 反应速率 反应级数 质量浓度 

摘      要：综合运用反应动力学和连续介质力学理论,建立了CO_2在水泥孔隙介质扩散的过程中含有10个质量浓度和7个反应速率的化学反应动力学模型,并利用遗传算法对模型中9个决策参量分别进行了优化。通过数值模拟研究了孔隙度、扩散系数、扩散速率、反应级数、反应速率和组分浓度沿试样高度方向分布特征。研究表明:1)孔隙度、扩散系数和扩散速率沿试样高度方向单调减小,随时间单调增大。2)当反应持续到12,24,48 h,上下端CO_2质量浓度差依次减小3.03,1.99,1.62kg/m3。3)在试样上端面附近CO_2质量浓度随单调减小,在试样下端面附近质量浓度随单调增大,在中间截面上质量浓度先升后降。4)由于反应级数的跳跃,氢氧化钙、硅酸三钙和CO_2质量浓度及其变化率出现轻微的抖动。根据数值模拟结果与实验结果对比表明该模型可以精确的分析CO_2在多孔水泥充填材料中的吸附过程,可以定量定性的分析CO_2矿物碳酸化存储效果。