CO2/CH4 Competitive Adsorption in Shale: Implications for Enhancement in Gas Production and Reduction in Carbon Emissions

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作者
Jun Liu,Lingzhi Xie,Derek Elsworth,Quan Gan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (15): 9328-9336 被引量:82
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b02432
摘要

CO2/CH4 interaction determines the prospects for complementary enhanced gas recovery (EGR) associated with CO2 sequestration in shale. We characterize the competitive adsorption of CO2 and CH4 in shale using low-field NMR. Competitive sorption of CO2 relative to CH4 is defined as the CO2/CH4 competitive adsorption ratio (CO2/CH4 CAR for short) when CO2 and CH4 have the same original partial pressure in shale. Results indicate the CO2/CH4 CAR decreases with the logarithm of increasing pressure. Observed CO2/CH4 CARs are on the order of 4.28–5.81 (YDN-1) to 3.43–5.57 (YDN-2), describing the remarkable competitive advantage of CO2 sorption relative to CH4 for shale. Results also indicate that increasing the CO2/CH4 pressure ratio (1) increases the adsorption capacity of shales to CO2 and decreases that to CH4 logarithmically with pressure, and (2) boosts CO2–CH4 displacement and generates greater EGR efficiency in shale, where the EGR efficiency can be inferred by the CO2/CH4 pressure ratio using a Langmuir-like function. Furthermore, the maximum sequestration capacity of adsorbed CO2 during CO2–CH4 competition is on the order of ∼3.87 cm3/g (YDN-1) to ∼5.13 cm3/g (YDN-2). These promising results for EGR and CO2 storage reveal the considerable potential for carbon capture and geological sequestration in shale.

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