蒙古国SNG项目全流程CCUS预可行性研究

蒙古国Baganuur煤矿附近拟建设煤制天然气项目(synthetic natural gas,SNG),为了促进煤转化项目的低碳可持续发展,拟开展SNG项目全流程碳捕集,利用和封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)的预可行性研究。针对蒙古国的SNG项目特点和地质条件,采用预可行性研究框架完成了咸水层封存场地的评价与筛选、场地性能评估、全流程CCUS项目技术设计、技术经济评价等研究内容。初步的场地适宜性评估结果显示:Nyalga盆地具有大量的高适宜的CO₂-EWR封存场地和充足的封存容量,目标封存场地的储盖层性能良好。全流程CCUS项目的设计流程为工艺过程分离的高浓度CO₂直接压缩,经管道运输至临近的咸水层场地,设定CO₂总捕集量的90%用于强化深部咸水开采(CO₂enhanced the recovery of water,CO₂-EWR),10%出售给蒙古国石油企业开展提高原油采收率(CO₂enhanced the recovery of oil,CO₂-EOR)研究示范或其他用途。经过评估,20年项目周期的全流程CCUS项目的综合平准化成本为18.8USD/t CO₂,年减排规模为5Mt CO₂,年增采深部咸水5.13Mt。研究为蒙古国内开展CCUS技术提供参考,同时也为一带一路国家低碳、可持续地利用化石能源并发展工业提供参考。     

CO2地质利用与封存环境下钢材腐蚀行为与腐蚀控制措施研究进展

CO₂地质利用与封存(CO₂ geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO₂腐蚀钢材反应机制,总结了CO₂腐蚀钢材的主要影响因素,阐明了CO₂分压、温度、矿化度及p H值、CO₂封存环境中含有杂质、流体流动等因素对钢材腐蚀行为的影响,归纳了适用于CO₂腐蚀钢材防护的主要措施。基于此,提出了CGUS环境下钢材遭受CO₂腐蚀问题的重点研究方向。主要包括：CO₂腐蚀钢材反应机制的进一步探究;各项环境因素耦合作用影响CO₂腐蚀规律和腐蚀程度的量化研究;高浓度CO₂条件下腐蚀防护技术的开发与应用。     

地质封存环境CO2压力影响水泥碳化程度的试验研究

为研究封存在地下储层中的CO₂与井筒水泥和地下混凝土构筑物接触后引发碳化反应的剧烈程度,将普通硅酸盐水泥和G级油井水泥样品与不同浓度的CO₂进行反应,利用微米CT、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)等分析手段,研究水泥与CO₂反应后微观结构、矿物组分及含量的变化。试验结果表明,水泥的碳化速率先增大后减小;CO₂浓度越高,反应生成的方解石越多;方解石沉淀后形成致密壳状结构。通过Elovich方程拟合试验数据,预测得到100天后3组水泥样品的碳化深度分别为0.51 mm、2.06 mm和0.81 mm。综上所述,水泥的碳化反应主要是钙基水泥水化物转化为方解石,G级油井水泥抗CO₂腐蚀性优于普通硅酸盐水泥。研究成果增进了人们对水泥与高浓度CO₂反应机理的认识,可为相关工程的水泥服役性能评价提供参考依据。     

二氧化碳捕集的理论极限能耗分析

随着“双碳”目标的提出，CO₂捕集、封存与利用技术发展迅速，但与之相关的能耗理论研究相对匮乏。该文对煤电机组烟气CO₂分离的理论能耗进行定量分析，以混合物的一阶截断virial方程为基础，通过分析CO₂分离前后混合物系物性的变化，得到CO₂捕集理论极限能耗的测算方法，并对碳捕集和节能减排技术进行对比研究，得到单位发电量碳捕集的极限能耗((火用))为151.95kJ/(kW·h)。实现煤电烟气CO₂全部分离最少会使得厂用电率增加4.22个百分点。结果可为企业制定减碳技术规划和技术路线遴选提供一定参考。     

燃煤烟气全流程CCUS系统的技术经济分析

燃煤电站全流程CO₂捕集、利用与封存（CCUS）装置各个环节选用合适的技术决定其经济性,采用逐项比较的方法,确定出在不同条件下CO₂捕集、压缩、输送及驱油各个不同工段应采用的工艺技术,然后分别从建设投资与运行成本角度分析了各个工段的影响因素并有针对性地提出优化措施,并对3个100万t/a相同规模的不同地址燃煤电厂与不同位置油田驱块的组合方案进行了经济性评价。结果表明,CO₂输送距离是建设总成本的主要影响因素,而中长期CO₂公用输送管网的规划完善将弥补CO₂平均输送距离带来的成本增加。     

燃气电厂烟气CO2 捕集工艺实践

控制电力生产过程中的碳排放量是应对气候变化的重要手段。在当前技术条件下,基于化学吸收法的CO₂捕获和封存（CCS）被认为是最具经济和技术可行性的碳减排方案。采用化学吸收法工艺系统,选用MEA（-乙醇胺）和离子液作为吸收剂,通过实验研究,对比分析了MEA和离子液2种吸收剂捕集CO₂工艺的技术可靠性、经济性和风险性;对电厂实现CO₂捕集所需要的能源消耗、成本增量以及对电与热的价格影响等进行了分析与评价。     

膜法二氧化碳分离技术研究进展及展望

二氧化碳的排放导致了严重的环境和生态问题,而碳捕集、利用和封存技术(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是减缓CO₂排放的有效途径。在众多的CCUS方法中,膜分离因其能效高、成本低、投资少、维护运行简单等优点引起了广泛关注。综述了燃烧前捕集、燃烧后捕集和天然气脱碳中的膜材料及其膜分离性能,分析影响CO₂捕集效率的关键膜结构因素和调控规律,膜组件开发关键问题及产业化情况,膜分离系统集成及经济性规律。结合研究现状和CO₂捕集需求,提出未来膜法CO₂捕集的研究方向。     

CO2催化氢化催化剂及其反应机理综述

研究二氧化碳资源化利用技术将对电厂CO₂减排工作具有重要意义。综述了基于催化氢化思想的CO₂转化催化剂及其反应机理,其主要涉及铜、镍、锌等过渡金属和钌、铱、钯等贵金属。现有催化氢化CO₂转化技术研究主要集中于研究与开发高活性催化剂,分析与推测反应机理,提高产物产率及选择性,优化反应体系结构与条件等方面。高活性催化剂如双金属合金,过渡金属催化体系将是未来CO₂催化氢化领域主要的研究方向之一。各催化剂催化氢化CO₂反应机理较为复杂,值得深入研究。随着经济、环保、节能等新型CO₂催化氢化技术的开发及研究的深入,电厂CO₂减排及资源化工业应用也将成为可能。     

一种用于确定饱和低渗透砂岩岩心中超临界CO2突破压力的数值方法

CO₂突破压力在CO₂地质储存能力、场地选择和盖层安全性评价中起着重要作用。为探究可用于预测CO₂突破压力的数值模拟方法,研究通过使用COMSOL Multiphysics数值软件,提出了一种基于逐步法的数值方法,并对饱和低渗透岩心进行了CO₂突破压力的数值模拟。结果表明:当岩心完全饱水时,CO₂突破压力和突破时间分别5.4 MPa和70 h,通过与已有实验数据对比,证明了此模拟方法是合理的。同时,对CO₂-H₂O系统中的界面张力和VG模型中m/l值进行了敏感性分析,结果表明:在相同的界面张力条件下,m/l参数越大,CO₂突破压力和突破时间越大。另外,随着CO₂-H₂O系统中界面张力的增大,突破压力和突破时间均呈减小趋势。研究可为深入研究岩心尺度上的CO₂突破行为和盖层评价等提供数值信息。     

CO2/H2O吸附分离特性研究

CO₂捕集是实现碳中和的重要技术路径。该文实验研究了298、348K的单组分CO₂和298、313K的CO₂/H₂O双组分气体,在活性炭、活性氧化铝、3A、13X中的等温吸附和动态吸附特性。基于Langmuir、LRC、Toth、DA、Freundlich吸附模型,对单组分CO₂吸附预测与实验结果进行了对比分析。研究了CO₂/H₂O吸附过程进气水蒸气含量、流量、温度对4种吸附剂的穿透曲线和吸附量的影响规律。结果表明,单组分CO₂吸附量：13X>活性炭>活性氧化铝>3A,CO₂/H₂O穿透时间随流量增大和温度升高而缩短;沸石类穿透时间随水蒸气含量增多而缩短,其他吸附剂表现相反;水蒸气含量增加会抑制CO₂吸附;3A具有较好的CO₂/H₂O吸附选择性。     

供氢体应用于碳捕集与资源化领域的前景分析

二氧化碳（CO₂）的大量排放已显著加剧温室效应和生态环境恶化。催化转移氢化法在CO₂资源化利用领域研究广泛且技术成熟。从以气态氢为主要还原剂催化氢化CO₂工艺的研究现状、供氢体还原特性及其目前应用进展等角度展开综述,并就上述研究中存在的优势和不足提出见解,建议未来供氢体应用于碳捕集与资源化领域可能的研究方向,旨在为推动CO₂资源化利用研究的长足发展提供借鉴。     

煅烧沸石咪唑骨架吸附烟气CO2促进节旋藻生长固碳

利用藻类生物捕集CO₂是一种很有前景的减排烟气CO₂的方法,但是烟气CO₂在藻液中停留时间短,向溶解无机碳的转化困难,限制了藻细胞的生长固碳。通过煅烧不同时间的锌沸石咪唑骨架来制备CO₂吸附剂,利用不饱和金属活性位点吸附CO₂并促进CO₂向HCOO₃^-的转化,为藻细胞的生长固碳提供充足的溶解无机碳。结果表明:煅烧6h得到的吸附剂拥有最大的比表面积和孔容积有利于CO₂吸附和转化,可提高藻液中HCOO₃^-浓度55.7%,使得钝顶节旋藻的光能利用效率在99.99%煤化工烟气CO₂条件下增加了2.43倍,培养时间从7天缩短至5天,生物质产量提高了74.7%,CO₂固定速率提高了93.7%,为微藻减排烟气CO₂提供了新思路。     

光催化还原二氧化碳影响因素分析

光催化还原CO₂既是光能利用的一种有效途径,又可将煤炭、石油和天然气等化石燃料排放的CO₂作为碳源,变废为宝,极具经济价值。结合国内外光催化还原二氧化碳研究成果,从光催化还原二氧化碳机理出发,分别探讨了光源、光反应器、添加剂、光照时间、光催化剂等因素对光催化还原二氧化碳的影响;认为高效光催化剂的开发,优良光催化反应器的研制以及更深的机理探索,对该领域的研究至关重要。     

粉煤灰制备吸附剂捕集CO2的研究

利用粉煤灰为原料,制备2大类可用于烟气中CO₂捕集的吸附剂。一类是沸石分子筛类吸附剂,利用水热合成法得到A型、X型等沸石分子筛吸附剂。一类是利用粉煤灰制备出适合的多孔载体,使用浸渍法得到固态胺类吸附剂。沸石分子筛对于CO₂主要是物理吸附,吸附容量169~223 mg/g,固态胺吸附剂是利用胺基与CO₂结合介于物理与化学吸附之间,吸附容量108~189 mg/g。实现将粉煤灰以废治废,即可以缓解粉煤灰对环境的影响,也能够实现碳减排,对社会和经济协调发展有利。     

基于区间规划的多区域行业间碳排放权交易模型研究

碳排放权交易是为促进全球温室气体减排所采用的市场机制。在区域及行业层次的CO₂减排目标基础上,考虑交易过程不确定性特性及交易参数浮动特征,运用区间线性规划方法,建立了多区域行业间碳排放权交易模型,并应用于仿真案例研究,以期为区域及行业层次碳排放权交易管理决策提供有效的技术支持。