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孙 睿 （博士） | |
| 中国科学院地质与地球物理研究所 计算地球化学学科组 北京德外祁家豁子 100029 电话：010-62007447 E-mail: geofluid@cug.edu.cn |
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本人的主要研究方向是地质流体物理化学性质的理论模型研究。现阶段承担水-气-盐流体体系（H2O-CH4-CO2-N2-H2S-NaCl体系）中低温相平衡的理论模型研究工作，已取得了多项研究成果。 H2O-CH4-CO2-N2-NaCl体系在中低温条件下（-20～+200℃）存在多种相平衡关系，其中最重要的是水-气-盐体系的气液相平衡和气体水合物的相平衡。 (1) 水-气-盐体系气液相平衡。预测水-气-盐体系的气液相平衡对于研究地质流体在地球表面和地壳浅部的地质作用过程中所起的作用，对于指导石油天然气资源的勘探和开发，指导化学工业和石油天然气工业中的分离过程设计，都有着重要的意义。虽然前人建立了许多预测H2O-CH4-CO2-N2-NaCl体系气液相平衡的热力学模型，但这些模型要么适用的温度压力范围较小，要么预测精度不够高。在导师段振豪教授的指导下，本人 a）建立了预测二氧化碳和氮气在纯水和NaCl水溶液中的溶解度的热力学模型。与前人的模型相比，本模型不仅适用的温压范围更宽广，而且预测更精确。CO2溶解度模型适用于0-260℃，0-2000大气压，0-4.5 mNaCl，该模型已被国内外许多学者应用于CO2储存研究；N2溶解度模型适用于0-350℃，0-600大气压，0-4 mNaCl。b）建立了精确预测水-甲烷体系在0-100℃，0-1000 bar的温压范围内的气液相平衡的状态方程。相对于大多数只能预测气液相平衡的热力学模型，该方程还能精确预测CH4-H2O体系的PVT性质。 (2) 甲烷水合物和二氧化碳水合物相平衡。天然气水合物是当前科学研究的热点之一。预测甲烷和二氧化碳水合物的三相平衡（水合物相-富水液相-气相共存）条件对于预防油气输运管道中水合物的形成（水合物的形成会堵塞管道）、指导海洋水合物资源的勘探和开发、对于CO2储存研究以及流体包裹体分析等都有着重要的意义。前人的模型大多采用球形Kihara势能模型预测水合物的相平衡条件，Kihara势能参数通过回归水合物相平衡数据得到，模型适用的温度-压力范围较小，预测性和外延性较差。我们的创新工作包括：1）提出了从量子力学从头计算法（ab initio）得到的角度依赖的分子间作用势能预测甲烷和二氧化碳水合物的三相平衡条件以及孔隙充填率的新方法，模型适用于宽广的温压范围，预测精度与实验数据的精度相当。2）采用Pitzer模型处理电解质和溶解气体对水的活度的影响，建立了预测甲烷和二氧化碳水合物在电解质水溶液中稳定存在的温度、压力条件的新模型。通过与实验数据的对比，表明我们的模型能够精确预测CH4和CO2水合物在各种电解质水溶液（包括NaCl、KCl、CaCl2水溶液，NaCl和KCl、NaCl和CaCl2混合溶液，以及海水等）中的热力学稳定条件。 |
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