炭素利用のための液体CO2-ECBMプロセスにおける石炭微細構造と浸透率の進化特性

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides mechanistic understanding of CO2-ECBM processes, useful for modeling and optimizing carbon storage and gas recovery.

🏢実務担当者:Offers insights for designing CO2 injection parameters in coalbed methane projects to enhance permeability and gas production.

🏛政策担当者:Supports evidence for CCUS as a viable emission reduction technology, informing policy frameworks for carbon utilization.

液体CO2（LCO2）を利用した炭層メタン回収促進は、非在来型天然ガスの開発とガス災害の制御に大きな可能性を秘めている。LCO2応力損傷とCO2ハイドレート酸浸食下における石炭微細構造の進化特性を包括的に解明することは、炭層浸透性向上の理解に不可欠である。実験的および理論的手法を用いて、本研究はLCO2処理下における石炭の化学組成、孔隙構造、および浸透性のマルチスケール進化を明らかにした。LCO2衝撃圧力とCO2ハイドレート酸浸食時間の増加に伴い、石炭の鉱物含有量と孔隙-喉道チャネルは溶解、酸浸出、変質、および沈殿を受けた。主要な石炭元素─Mg、Ca、およびNa─は明確な移動挙動を示し、移動最大率はそれぞれ22.73%、29.12%、および32.58%であった。それらの濃度変動は、石炭鉱物成分の溶解、沈殿、変質、および再沈殿を直接反映している。一方、LCO2衝撃損傷とCO2ハイドレート酸浸食の複合効果は、芳香族縮合と脂肪族/芳香族酸化を促進し、カルボキシル基、カルボニル基、およびエーテル基をそれぞれ48.53%、47.36%、および51.16%増加させた。脂肪族鎖、エーテル結合、および−OH基の開裂により、石炭上により多くの−OHが露出し、極性が高まり、高分子骨格が弱められた。これにより多数の溶解孔隙が形成され、孔隙連結性が向上し、喉道の開放性が改善された。LCO2によって誘発された長期低温凍結、過渡的相転移応力、および化学的酸浸食は、石炭に不可逆的な疲労損傷を引き起こし、豊富な新規孔隙を形成した。微孔隙（xAW）、中孔隙（xCW）、大孔隙（xBW）の割合変化と孔隙水変動比（ηi）は、吸着孔隙が浸透孔隙へと変換され、ガス流動が最適化されることを示している。孔隙率（Φ）と浸透率（k）は直線的に増加し、それぞれ最大108.96%および128.57%に達した。これらの知見は、LCO2による物理的衝撃とCO2ハイドレート酸性化による化学的浸食が相乗的に石炭の浸透性を向上させ、ガス抽出を促進することを確認している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The utilization of liquid CO2 (LCO2) for enhanced coalbed methane recovery holds significant promise for developing unconventional natural gas and controlling gas disasters. A comprehensive revelation of the evolution characteristics of coal microstructure under LCO2 stress damage and CO2 hydrate acid erosion is essential for understanding coalbed permeability enhancement. Using experimental and theoretical methods, this study revealed the multiscale evolution of coal’s chemical components, pore structure, and permeability under LCO2 treatment. With increasing LCO2 impact pressure and CO2 hydrate acid erosion duration, coal mineral content and pore-throat channels underwent dissolution, acid leaching, transformation, and precipitation. The major coal elements─Mg, Ca, and Na─exhibited distinct migration behaviors, with migration maximum rates of 22.73%, 29.12%, and 32.58%, respectively. Their concentration variations directly reflect dissolution, precipitation, transformation, and the reprecipitation of coal mineral components. Meanwhile, the coupled effects of LCO2 impact damage and CO2 hydrate acid erosion promoted aromatic polycondensation and aliphatic/aromatic oxidation, increasing carboxyl, carbonyl, and ether groups by 48.53%, 47.36%, and 51.16%, respectively. Cleavage of aliphatic chains, ether bonds, and −OH groups exposes more −OH on coal, raising polarity and weakening the macromolecular framework. This creates numerous dissolution pores, enhances pore connectivity, and improves throat openness. Long-term low-temperature freezing, transient phase-transition stress, and chemical acid erosion induced by LCO2 irreversible fatigue damage in coal, formed abundant new pores. Changes in proportions of micropores (xAW), mesopores (xCW), macropores (xBW), and pore water variation ratios (ηi) show that adsorption pores transform into seepage pores, optimizing gas flow. Porosity (Φ) and permeability (k) increase linearly, up to 108.96% and 128.57%, respectively. These findings confirm that physical impact from LCO2 combined with chemical erosion from CO2 hydrate acidification synergistically enhances coal permeability, promoting gas extraction.

• semanticscholar https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6c03178first seen 2026-08-09 05:53:00 · last seen 2026-09-29 05:34:33