综述：杂质对碳捕集与封存中超临界CO2腐蚀的影响：小型综述

（推荐语）本文系统综述了碳捕集与封存（CCS）中超临界CO2（S-CO2）环境下杂质（H2O/SOx/NOx等）对钢质管道的腐蚀机制，涵盖腐蚀速率（CRs）、分子动力学模型及防护挑战，为CCS工程安全提供关键理论支撑。

　　

ABSTRACT

近年来，碳捕集与封存（CCS）因在减排领域的突出潜力成为研究热点。本文聚焦超临界CO₂（S-CO₂）环境中杂质对钢腐蚀的影响，系统梳理了腐蚀速率（CRs）、机理模型及水相饱和条件下的最新进展，为预测管道腐蚀分子运动规律提供新视角。

Introduction

全球能源需求激增导致化石燃料燃烧排放的CO₂在2022年达历史峰值（36.8 Gt）。CCS技术通过捕获工业废气中的CO₂并注入地质层，可减少90%排放量。然而，S-CO₂运输需维持超临界状态（7.3 MPa, 31.1°C），其中杂质如H₂O、SO₂等会引发钢质管道严重腐蚀。美国管道事故数据显示，45%的CO₂运输事故由腐蚀导致，而完全净化杂质成本高昂，需探索安全阈值内的腐蚀控制策略。

The impact of a single factor

H₂O是腐蚀最关键因素，其在钢表面形成水膜，溶解酸性气体后显著加速腐蚀。SO₂通过降低水膜pH值并生成H₂SO₃，使腐蚀速率提升10倍；而H₂S则促进局部点蚀，形成多孔FeS膜。NO₂与H₂O反应生成强氧化性HNO₃，破坏FeCO₃保护层。

Effect of impurities in S-CO₂ saturated H₂O phase

水相环境中，杂质协同效应更显著。SO₂与NO₂共存时，腐蚀产物膜出现分层结构：外层为疏松Fe₂O₃，内层含FeSO₄·H₂O。O₂浓度超过500 ppm会抑制FeCO₃生成，转而形成非保护性γ-FeOOH。

Molecular Dynamics and Thermodynamics Model

分子动力学模拟揭示，H₂O分子在Fe表面优先吸附形成氢键网络，为酸性气体扩散提供通道。热力学模型预测，当SO₂分压>0.1 MPa时，FeSO₄·nH₂O将成为主要腐蚀产物。

Challenges and outlooks

未来研究需突破：1）建立杂质浓度-腐蚀速率定量关系；2）开发耐蚀合金与涂层技术；3）完善多因子耦合腐蚀预测模型。中国国家自然科学基金（52101071）已支持相关基础研究，为CCS大规模应用铺路。