平顶山盐穴储氢库压强和垫层气体影响机制研究

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摘要:: 地下储氢是极具发展潜力的氢能规模化储存技术，然而储库内氢-岩地球化学反应引发的氢气损耗问题会显著降低储氢效率，是该技术产业化落地亟须解决的核心问题。本文以河南平顶山盐穴储氢库为研究对象，首先表征了其夹层盐岩的孔渗特征与卤水化学性质，该盐岩矿物组成以白云石（69.2%）和石英（23.7%）为主。在此基础上，采用水文地球化学模拟软件PHREEQC（Version 3），开展封闭储氢库体系长期演化过程模拟，分析不同初始气相压强、不同垫层气体组成对储氢性能的影响机制。结果表明：提高储氢压强会增大氢气绝对损耗量，压强从3 MPa升至27 MPa时，氢气损耗量从18.482 mol增至20.830 mol，但气相中氢气最终占比从27.06%提升至47.79%，说明高压条件更有利于维持较高的氢气品质。垫层气体组成对氢气品质具有决定性影响：采用纯甲烷作为垫层气体时，储存500 a后氢气损耗量最小，采用纯二氧化碳作为垫层气体时，氢气损耗量最大。研究还发现，碳酸盐矿物溶解是控制氢气损耗的主导过程，硅酸盐矿物对储氢过程的影响可忽略。