石油专栏 | Materials Studio：硅气凝胶纳米颗粒-烟气泡沫

随着全球石油需求的持续增长和传统轻质油储量的减少，重油现在占已探明原油储量的约70%。开发这些丰富的非传统资源对于满足世界日益增长的能源需求变得日益重要。然而，重油的粘度可能比传统轻质原油高出10000倍，这对于有效回收构成了挑战。目前的主要和次要开采方法仅能带来10-20%的重油回收率。随着轻质油储量的减少，提高重油储量的产量已成为当务之急。EOR已成为通过降低油粘度来增加重油产量的有效方法。但是，重油的热回收产生了大量含有高浓度CO₂的烟气排放，这对温室气体排放和气候变化影响显著。

该篇文章作者采用了一种集成方法，使用硅酸盐气凝胶纳米粒子开发了热稳定的烟气泡沫，用于增强CO₂封存和重油回收。

首先通过分子模拟软件Materials Studio，利用交联和受限扩散聚集算法的组合开发了两种模型，以研究泡沫稳定机制，分子浓度剖面图揭示了传统的和气凝胶稳定的烟气泡沫之间的关键差异。在气凝胶稳定的泡沫界面膜中，水层位于中心，两侧是吸附气凝胶纳米颗粒的表面活性剂。相比之下，水在传统的泡沫界面中分布得比较散。此外，一些CO₂分子吸附在气凝胶的外围和纳米孔隙网络内，而更多的CO₂在没有气凝胶存在的情况下扩散到水层。

通过分子动力学模拟，结合扩散系数与径向分布函数结果，表明了气凝胶纳米颗粒如何增强泡沫的热稳定性，并且降低了气体的扩散速率。这一新颖概念将烟气排放转化为增值泡沫，为重油开发期间的环境和生产力带来了双重利益。

这项研究开发的气凝胶稳定的烟气泡沫为碳封存和增强油回收提供了一种创新的解决方案。这种泡沫的热稳定性和CO₂捕获效率的显著提高，不仅有助于减少温室气体排放，还能提高重油的开采效率。此外，这种泡沫的隔热性能有助于改善油藏的热回收过程，从而提高能源利用效率和经济效益。

这项研究的成果不仅对环境保护具有重要意义，也为能源行业的可持续发展提供了新的技术途径。未来的研究可以进一步优化泡沫的组成和稳定性，以进一步提高其性能，并更全面地评估净排放的减少。

业务挑战

·全球能源需求持续增长，重油开采持续增长；重油粘度高，加大开采难度。

·重油的开采和回收过程中会产生大量的CO2排放，对环境造成了严重影响。

·在高温下，泡沫回收的稳定性存在问题，限制其应用范围。

解决方案

·通过分子模拟软件Materials Studio，利用交联和受限扩散聚集算法的组合开发了两种模型，以研究泡沫稳定机制，其分子浓度剖面结果揭示了传统泡沫和气凝胶稳定的烟气泡沫之间的关键差异 =>水层分布位置不同。

·基于Materials Studio软件，通过分子动力学模拟，结合扩散系数与径向分布函数结果，表明了气凝胶纳米颗粒如何增强泡沫的热稳定性，并且降低了气体的扩散速率。

应用价值

·新颖的环保技术：将通常被浪费的烟气转化为增值泡沫，用于同时减少排放和优化生产，用于更清洁地利用重油资源。这为设计高效的碳封存和油回收策略提供了巨大的潜力。

·全新的研究领域：对净排放的更全面的评估在未来的研究中值得关注，利用纳米技术改善能源生产和环境保护的效率，无疑将为我们的社会带来深远的影响。

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