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。     

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。     

浸渍法制备的固态胺CO2吸附剂吸附性能

控制和减缓化石燃料电厂的CO₂排放对于缓解大气中CO₂浓度的持续上升具有重要意义。作为一种燃烧后CO₂ 捕集技术,固体CO₂吸附剂具有低能耗、弱腐蚀性、易再生等优点,在CO₂减排领域有着广泛的应用前景。介绍浸渍法制备的固态有机胺吸附剂对CO₂的吸附性能,着重介绍载体性质、有机胺负载量、温度和烟气含水量等因素对固态胺吸附剂吸附性能的影响,并对其机理进行了分析。此外,对比了不同固态胺吸附剂在75 ℃下对CO₂的吸附能力。分析认为,相对于其他类型的CO₂固体吸附剂,固态胺吸附剂较适用于从高温湿烟气中捕集CO₂。     

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。     

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。     

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。     

中国火电大气污染防治现状及挑战

在对中国火电厂大气污染物排放标准的发展历程进行回顾与总结的基础上,分析不同阶段排放标准或要求对中国燃煤电厂大气污染控制技术发展的推动作用及其产生的环境效果,特别是超低排放。目前中国火电行业大气污染物控制处于超低排放阶段,燃煤电厂大气污染防治技术处于国际领先水平,烟尘、SO₂、NO_x三大常规污染物排放浓度实现了燃煤发电与燃气发电基本同等清洁。尽管如此,中国火电环保在CO₂控制、常规大气污染物进一步减排、湿法脱硫对生态环境的影响、危险废物废弃脱硝催化剂的处置、非常规污染物的控制、烟气治理设施的运行优化等方面仍然面临诸多挑战,提出了需要研发的重点领域及相应目标。     

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。     

CO2地质封存深部地下空间利用管理法规探讨

深部咸水层CO₂地质封存是实现温室气体减排、应对气候变化的重要支撑技术之一。CO₂在地下的长期有效封存,需要直接占用深部地质体及其孔隙空间。这些深部地下空间也是未来社会发展的一种重要国土资源,需要制定相关的审批与监管法规来规范其科学开发利用。总结发达国家或地区管理现状与经验,参考已有参考矿产、油气资源勘查开发等经验,提出适用于我国的CO₂地质封存地下空间勘查利用审批与管理流程,以及地下空间利用与CO₂确权、场地选址勘查备案、勘查试注审批、地下空间利用权审批、封场审批与责任转移5个重要内容;同时,进一步建立了综合CO₂羽流、扰动边界和经济性“三级边界”的地下空间利用评估概念模型,以及各类边界的确定方法,能够为我国CO₂地质封存地下空间开发利用的政策制定与开发利用提供参考。     

冷冻氨法捕集CO2技术及工程应用

CO₂减排已成为全球面临的重大挑战。介绍了冷冻氨法捕集CO₂技术的反应原理和工艺过程,讨论了影响吸收反应的主要因素及变化范围,对冷冻氨法和乙醇胺法进行了技术经济比较,给出了冷冻氨法技术在火力发电厂的工程应用状况和前景。     

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。     

Catalysis-assisted plasma technology for carbon tetrachloridedestruction

Single-stage, catalysis-assisted plasma technology is a new concept developed to decompose carbon tetrachloride (CCl₄), one of the greenhouse gases, and to reduce the reaction by-products at the same time. A laboratory-scale plasma reactor used a packed-bed reactor with 1-mm spherical BaTiO₃ pellets. The configuration employed a unique one-stage catalysis/plasma process in which the BaTiO ₃ pellets were coated or impregnated by active catalysts such as Co, Cu, Cr, Ni, and V. The power supply used for these experiments was either a 50-Hz neon transformer or an 18-kHz inverter neon transformer. Enhancement of the CCl₄ destruction and the conversion of by-product CO to CO₂ were demonstrated using Ni catalyst in the one-stage plasma reactor     

特高压配套外送电源碳排放水平研究

随着国家清洁低碳、安全高效的现代电力工业体系的构建,远距离、大容量配套新能源电力外送已成为转变能源资源配置的一项重要途径.如何评估此类项目CO2排放水平及节能减排效益,已受到各界关注.以陕北某特高压直流输电工程为例,对其配套外送电源的CO2排放水平进行研究.结果表明:该工程实施火电与新能源打捆外送,不仅扩大送端省份的新...     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

中国燃煤电厂超低排放和节能改造的实践与启示

与推行超低排放前的2013年相比,2019年中国火电装机容量、发电量分别增长36.7%和19.5%,但烟尘、SO₂、NO_x排放量却分别下降87.3%、88.6%、88.8%。同期,全国火力发电行业厂用电率维持在6.01%,供电煤耗从321 g/(kW·h)下降到306.4 g/(kW·h),相当于2019年减排CO₂约27015万t,是国内目前最大的15万t/年碳捕集工程的1 801倍。为总结中国燃煤电厂超低排放和节能改造取得的重大成就,指导其他行业的污染治理及碳达峰与碳中和目标的高效经济的实现,系统研究最严排放标准、企业需求、国家重视、技术创新、经济激励政策等对燃煤电厂超低排放和节能改造成功实践的重要作用。结果表明,燃煤电厂超低排放工程、碳捕集工程等烟气治理工程不仅投资高,而且运行费用可观。烟气治理工程的顶层设计与持续推进是关键,技术突破和规范应用是保障,环保电价与激励政策是重点。就超低排放而言,超低电价等经济激励政策不能因为超低排放全面完成而取消,而应进一步优化,激励超低排放工程的高效运行。其他工业行业在推行超低排放过程中,应借鉴电力行业的成功经验,制定可行技术路线、工程技术规范、运行管理技术规范等国家环保标准,同时出台相关的经济激励政策,以确保超低排放工程建设好、运行好,真正实现减排效果。节能改造工程完成后,其运行不仅具有一定的经济效益,而且减排CO₂的能力较大,在碳达峰与碳中和的约束条件下,燃煤电厂应优先实施节能改造工程。在碳捕集工程能耗、成本、风险不能大幅下降的前提下,碳捕集工程不宜盲目推广。     

实施非水可再生能源配额情景下的发电行业CO2排放预测

发电行业是落实中国碳减排目标的重点领域。为实现中国到2020年单位国内生产总值CO₂排放比2005年下降40%~45%和非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右的碳减排目标,国家能源局拟实行可再生能源配额制,要求2020年各煤电企业承担的非水可再生能源发电量配额与煤电发电量的比重达到15%以上。分别基于国家《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》和征求意见的15%非水可再生能源发电量配额政策,对发电行业到2020年的CO₂排放情况进行了预测,并基于2020年全国的碳减排目标对发电行业的碳减排任务进行了计算。预测结果表明,实施15%的非水可再生能源配额之后,2020年非水可再生能源发电量将在行动计划预计值的基础上进一步提高,达到7514亿kW·h,在总发电量中占比9.94%,相应地,单位发电量CO₂排放量为580.5 kg/（MW·h）,比2005年下降27.4%。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

中国能源碳排放因素分解与情景预测

我国能源活动碳排放占总碳排放85%以上,研究能源活动碳排放的变化规律对于实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。首先,采用对数平均迪氏分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对1995—2017年我国能源消费碳排放变化的影响因素进行分解,从经济规模、产业结构、能源强度、能源结构、能源价格、人均可支配收入、人口规模这7个方面,模型给出了相关因素对一、二、三产业和居民部门碳排放变化的贡献。结果表明,对于3个产业部门,经济增长是碳排放增长的首要驱动力,而技术进步带来的能源强度下降、产业结构优化和能源消费结构改善呈现负效应,且产业结构优化和能源结构清洁化的作用越来越显著。对于居民部门,人均可支配收入是居民部门碳排放增长的推动力,而能源价格呈现明显的负效应。其次,设计了3种情景,运用可拓展的随机性的环境影响评估模型(stochastic impacts by regression population,affluence and technology,STIRPAT)对2030年我国能源碳排放进行预测,在以实现碳达峰为目标的低碳情景中,我国能源碳排放有望于2025—2029年实现达峰,峰值水平为101亿~110亿t。最后,为实现碳达峰碳中和目标,建议以构建中国能源互联网为基础平台,实施“清洁替代”和“电能替代”,推进能源转型。