碳中和背景下CCUS技术发展及广东离岸封存潜力评估

目的  碳捕集利用与封存技术（CCUS）是实现碳中和的关键技术之一。广东沿海是我国开展二氧化碳（CO₂）离岸封存项目的潜力区域。了解碳中和背景下CCUS技术发展现状,分析广东近海CO₂封存潜力,有助于为未来我国开展大规模CCUS项目特别是离岸封存工程提供基础依据。 方法  文章综述了CCUS各环节的技术路线和发展趋势,探讨了广东近海珠江口盆地、北部湾盆地的CO₂地质封存潜力,总结了我国CO₂离岸封存面临的问题并提出相关建议。 结果  近年来,我国CCUS技术取得了较大进展,然而在运输、封存等环节的个别关键技术水平仍在研发示范阶段。珠江口盆地、北部湾盆地拥有巨大的CO₂地质封存潜力,并且与广东沿海大型CO₂排放源形成良好的源汇匹配关系,适宜开展CO₂离岸封存项目。然而,我国离岸封存还面临技术不成熟、成本高、环境影响不明确、政策法规不完善等问题,需要从技术研发、项目集群布局、政策法规支持等方面推进,推动CO₂离岸封存发展。 结论  未来我国应该加大对CCUS特别是离岸封存技术的研发和推广,为碳中和提供支撑。     

下吸式固定床的生物质H2O/CO2气化数值模拟研究

利用Aspen Plus 软件建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的气化模型,模拟值与文献实验值吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块模拟分别以水蒸气（H₂O）和二氧化碳（CO₂）为气化剂时气化剂/生物质碳比（GC值）对气化结果的影响,并结合H₂O、CO₂各自的特点研究其复合气化。结果表明,H₂O气化时可获得富氢煤气,但其净CO₂排放量较高;CO₂气化时碳转化率及冷煤气效率较低,但净CO₂排放量较低;H₂O、CO₂复合气化使碳转化率及冷煤气效率略有降低,但可有效减少气化系统中的净CO₂排放量。     

下吸式固定床的生物质O2/CO2分段气化流程模拟

建立干桦木屑在下吸式固定床气化炉中的Aspen Plus气化模型,该模型预测煤气组成和煤气热值,与文献试验结果吻合良好。利用灵敏度分析模块模拟了氧碳比、CO₂/C对气化结果的影响,并提出O₂/CO₂分段气化流程,对比常规的CO₂气化特征,分析了CO₂/C对气化结果的影响。结果表明,纯氧气化时可获得高H₂和CO浓度的气化气,但其净CO₂排放量较高,氧碳比增加使碳转化率逐渐增加、冷煤气效率先增加后降低;CO₂作为气化剂时,随着CO₂/C的增加,净CO₂排放量逐渐减少,但碳转化率及冷煤气效率大幅降低;与常规CO₂气化相比,O₂/CO₂分段气化在保持低CO₂排放量的同时,可有效增加气化过程中的碳转化率及冷煤气效率。     

基于碳捕集系统半闭式S-CO2布雷顿循环性能分析

针对高温钙基碳捕集技术回收储存过程中未利用CO₂的超临界、流量大等特点的问题,采用半闭式超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环系统取代传统CO₂回收系统,以降低由于碳捕集系统所造成的热量损失。利用Aspen Plus软件搭建耦合钙循环碳捕集的燃气轮机发电模型,在其CO₂回收系统中耦合S-CO₂布雷顿循环系统和跨临界二氧化碳(T-CO₂)布雷顿循环系统,使用精准度更高的REFPROR物性方法研究主压缩机出口压力、透平入口温度、透平入口压力及分流系数对循环系统净做功的影响。结果表明：CO₂回收系统中耦合S-CO₂布雷顿循环系统可以使全厂热效率提升1.7%,全厂■效率为26.98%;采用分流纯净烟气的方法作为S-CO₂布雷顿循环系统的热源,可使同一热源的热效率提升6.7%。     

罗家寨气田CO2地质封存数值模拟研究

基于罗家寨嘉陵江组建立三维地质模型,利用FLAC3D-TOUGHREACT模拟评估了CO₂注入地层后的地质压力、储层物性变化和CO₂运移规律等。结果表明,在CO₂注入的10年间,CO₂的注入提高了整个地层压力,高压场以注入井为中心呈现梯度递减向四周扩大。储层的孔渗性随着CO₂的注入逐渐增大,而盖层物性未发生明显变化。CO₂羽流主要在中间储层中运移,未突破上下盖层。此外,通过模拟研究发现嘉陵江组的CO₂总封存量为3.211×10⁷ kg。结果说明嘉陵江组所选层位可有效封存CO₂。     

联合CO2捕集的生物质化学链气化制备合成气系统分析

本文提出以Fe₂O₃为载氧体、以CaO捕集CO₂的生物质化学链气化系统,利用Aspen Plus软件对该系统进行了模拟,以合成气组成（干基）、合成气氢碳比、含碳产物的碳摩尔分布、冷气效率及收率等为系统性能评价指标,重点分析了燃料反应器温度（T_FR）、载氧体Fe₂O₃与生物质碳摩尔比（Fe₂O₃/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等系统参数对固体生物质化学链气化系统的影响。结果表明,在T_FR = 825℃、Fe₂O₃/C = 0.5、Steam/C = 0.71和CaO/C = 0.26条件下,合成气制备系统性能较优,合成气中H₂和CO₂含量分别为55.2%和15.4%,氢碳比为1.93,冷气效率为78.2%,被CaCO₃捕集的生物质碳为18.2%,收率（湿气基）为1.95 Nm³/kg_biomass,其中合成气中H₂和CO收率为1.24 Nm³/kg_biomass。     

高值化CO2利用现状及减碳效果分析

通过资源利用化的方式将CO₂转化为具有工业利用价值的产品,是实现碳中和目标的主要方式之一,结合上海“双碳”工作前景以及节能减排目标的实施,基于燃煤电厂CO₂捕集、利用商业模式和推广政策研究,通过对CO₂材料利用的现状进行评述,分析项目的经济效益和减碳效果,对高值化CO₂利用项目提供策略建议,有利于实现燃煤火电厂CO₂的减排和资源化利用,为上海碳中和专项工作提供支撑。     

An assessment of the use of fuel chemicals synthesized from captured carbon dioxide for renewable electricity storage

本文介绍了国际上利用可再生能源结合捕集CO₂制燃料的最新技术进展。以化学合成的反应热力学为基础,通过分析计算与流程模拟,得到捕集CO₂制燃料化学品储电的能耗与?流,初步评估了甲醇作为储存电能介质的能效,并与氢储能及甲烷储能进行了比较分析。比较结果表明,氢储能流程最短,效率最高,但是没有固碳的作用。对于实现储能与固碳,甲醇的氢原子经济性较好。甲烷产物热值与反应热都较高。甲醇储能效率损失主要由前端电解制氢环节造成。     

O2/CO2和O2/N2氛围下煤粉富氧燃烧数值模拟

在目前煤炭依然作为能源主体的背景下，控制燃煤污染物排放有着重要意义。基于CFD数值模拟，建立伴流燃烧器模型，控制燃料、氧化剂入口流量恒定，设计了O₂/CO₂、O₂/N₂氧化剂氛围中O₂浓度在21%～40%内的多种工况，对煤粉燃烧特性及燃烧产生的污染物进行了研究。分析了不同工况下煤粉燃烧的温度分布、燃烧速率、碳烟、NO_x的生成情况。结果显示，在O₂/CO₂、O₂/N₂两种氧化剂氛围中，随着O₂浓度的上升，煤粉燃烧温度升高、燃烧速率增大，碳烟生成量均增加，同等O2浓度条件下，O₂/CO₂氛围的煤粉燃烧温度和燃烧速率均高于O₂/N₂氛围，碳烟生成量小于O₂/N₂氛围，且O₂/CO₂...     

二氧化碳捕集技术研究进展

CO₂是造成温室效应的主要气体,如何有效解决CO₂引起的气候问题越来越受到人们的关注。近年来,通过大力发展可再生能源和清洁能源试图从源头上降低碳排放,但由于短期内人类生产生活离不开对能源的消耗,要做到完全脱碳是不现实的。事实上,二氧化碳不仅是一种温室气体,也是一种潜在的碳资源。因此,如何捕集并有效利用CO₂成为业界一直在探索关注的研究方向。通过介绍和分析化学吸收法、多孔固体吸附法、膜分离法、深冷分离法、水合物法和微生物法等各类CO₂捕集技术的研究现状、适用场景和技术发展重点,总结对比不同CO₂捕集方法的优点和局限性,并针对不同技术的未来前景和建议方向进行了展望。以期为CO₂捕集和利用途径提供有益的借鉴和参考,推动CO₂捕集技术实现大规模商业化应用。     

水合物法分离CO2工艺研究进展

随着温室效应加剧,CO₂减排行动已迫在眉睫。水合物法分离CO₂工艺作为一种发展前景广阔的新型CO₂分离技术,为CO₂减排提供了一种解决思路。水合物法分离CO₂工艺相比于化学吸收、物理吸附、深冷分离和膜分离等技术具有分离效率高、过程简单无副产物、条件温和的优势,为减缓CO₂排放增加对环境造成的影响提供了一个中短期解决方案,以此为前提将允许人类继续使用化石燃料直至可再生能源技术广泛应用。本文综合分析了国内外的相关文献,介绍了水合物法分离CO₂工艺的基本原理,并比较了水合物法分离CO₂不同工艺的优劣之处,为进一步优化水合物法分离CO₂工艺提供指导。     

离岸二氧化碳驱油的国际进展及我国近海潜力初步分析

二氧化碳驱油(CO₂-EOR)是一项通过向油层注入二氧化碳而提高石油采收率的技术,它能同时实现CO₂的利用和封存,因此是CCUS的重要技术。近年来,随着离岸CO₂封存需求的日益增大,CO₂-EOR的应用正迅速从陆上扩展到海上。介绍了CO₂-EOR的概念和适用条件,综述了国际上离岸CO₂-EOR项目和技术,特别是“下一代”CO₂-EOR技术的最新进展。通过与国外实例的对比和对盆地石油地质条件的分析,初步探讨了我国近海含油气盆地的CO₂-EOR的潜力,认为渤海湾盆地(海域)和珠江口盆地分别具有非混相和混相CO₂-EOR的潜力,有可能获得数亿吨石油的增产和实现数亿吨CO₂的地下永久封存,需要尽快地开展进一步的研究和评估。     

基准年法水泥企业未来CO2排放测算模型构建

本文提出了一个基于水泥企业历史CO₂排放数据而构建的企业未来CO₂排放测算模型。从熟料产量减少、原料替代、低碳熟料与新型胶凝材料、能源效率提升、能源替代、固碳用碳、非熟料工序减碳共七个水泥企业可能采取的低碳措施入手,逐一分析每项措施中存在的会导致企业CO₂排放总量发生变化的变量,以碳元素来源及流向为基础梳理变量与最终CO₂排放之间的函数关系,并以公式体系予以表达。该模型可以输出水泥企业未来年度序列CO₂排放总量、熟料生产CO₂排放强度和各降碳措施的贡献比例等结果,为水泥企业评估自身低碳转型进程、做好相关规划和管理提供指导。     

新型人工光合作用系统的能量和质量平衡研究

该文提出一种新型人工光合作用（AP）系统,通过PV/T装置将太阳能光热综合利用,转化为热能和电能,分别供给吸附式碳捕获和碳还原的反应过程。建立并耦合PV/T模型、吸附碳捕获与碳还原反应模型,随后基于CO₂还原反应所需的CO₂质量进行能量-质量匹配性分析。结果表明,金属有机骨架74（MOF-74）的CO₂捕获量比活性炭大了6倍,具有较大的CO₂捕获潜力,但当MOF-74吸附剂的质量高于50 kg时,CO₂捕获的热效率降低到20%以下。采用聚光度为10的1 m²的PV/T时,15 kg的MOF-74可在一天内捕获0.45 kg的纯CO₂,并制备0.152 kg甲烷。     

生物质焦油制备多级孔碳及其二氧化碳吸附性能研究

以生物质焦油为前驱体,ZnCl₂为活化剂,通过一步简易活化制备具有发达孔隙结构的多孔碳,并开展在CO₂吸附方面的应用研究。结果表明,产物表面N含量可达5.22wt.%,其中吡啶氮占比高达71.68%,具有孔隙率可调节和比表面积高（达827.040 m²/g）等特点。当生物质焦油与ZnCl₂质量比为1∶4,活化温度为800℃时,吸附剂表现出最佳CO₂吸附性能,其在273 K和298 K的吸附量分别为2.52 mmol/g和1.64 mmol/g,初始等量吸附热为33.84 kJ/mol,相应的CO₂对氮气选择性分别为4.2和1.9。本研究为CO₂分离和储存提供了一种原料来源广泛且兼具可再生特点的炭基吸附材料,同时也为生物质焦油资源化利用开辟了新思路。     

地热系统碳酸钙垢形成原因及定量化评价

碳酸钙垢是我国喜马拉雅构造带高温地热系统开发利用面临的主要问题之一,其直接原因是流体中Ca²⁺和CO₃^2- 的活度积大于当前温度下的平衡常数,通常与pH值增大有关。导致pH值增大的过程包括井筒内的沸腾作用促进CO₂脱气,套管腐蚀消耗质子,流体上升过程中的减压作用以及其他气体的侵入导致的CO₂逃逸,主控因素是沸腾作用。本文建立了一套系统评价地热流体结垢趋势、位置和规模的方法。首先基于地热流体经历的地球化学过程（如沸腾、混合、结垢等）,利用井口或者泉口样品的数据和地球化学程序重建储层流体的化学组分;利用水文地球化学模拟程序或者雷兹诺指数,计算碳酸钙的饱和指数,评价其发生结垢的趋势。其次利用井径测井或者井筒模拟和地球化学模拟,定量给出发生结垢的深度及范围。此外,储层和井口流体Ca²⁺ 浓度差异和平衡模拟方法以及碳酸钙结垢厚度评价方法可用于定量计算一定开采时间内的结垢量,其结果与实际情况具有可比性;对于川西某结垢地热井,48 h内的结垢量达151 ~ 300 kg或结垢厚度为1 ~ 3 cm。碳酸钙形成原因分析和定量化评价可为下一步的防垢或者除垢设计提供科学依据。     

煤粉富氧燃烧CO2富集特性与NOx生成量模拟预测研究

分析了富氧下的煤粉燃烧特性、CO₂富集特性和NO_x生成特性,并模拟了CO₂富集和NO_x生成量的协同控制趋势。结果表明：与空气燃烧相比,富氧燃烧条件下CO₂富集分布与NO_x体积分数分布是负协同效应;不同O₂/CO₂体积分数比的富氧下,随着O₂体积分数的增加,炉膛出口的CO₂体积分数和NO_x体积分数都先上升到最大值后稍微下降,呈正协同效应,但出现拐点的O₂体积分数不同;CO₂富集到一定程度时,能有效抑制NO_x的生成量;在富氧条件下,可实现炉膛出口的高CO₂富集与低NO_x生成量的协同控制技术。     

高炉煤气碳捕集对钢铁联合企业碳排放的影响

为了探究高炉煤气碳捕集对钢铁联合企业碳排放的影响,通过建立钢铁联合企业的CO₂排放核算模型,用来计算钢铁产品以及企业的CO₂排放量。最后以高炉煤气CO₂捕集率作为情景假设,计算不同情景下高炉煤气CO₂排放系数及高炉煤气的热值,分析不同情景下钢铁产品以及企业CO₂的减排效果。结果表明捕集率为75%时,高炉煤气的热值提高了17.6%,钢铁联合企业的CO₂减排幅度约为14.5%,钢铁产品中的铁水的碳减排幅度最大,降低了15.33%。高炉煤气的碳捕集可以有效降低钢铁联合企业的CO₂排放,对钢铁联合企业碳中和提供有效的实施路径。     

CO2乳液置换开采天然气水合物研究进展

CO₂置换开采及封存的碳汇是降低我国南海水合物产业化开采成本的重要路径,不仅能保障粤港澳大湾区经济建设所需的能源供给,而且能降低大湾区过量的碳排放,与气态、液态CO₂相比,注入CO₂乳液置换效率更高。综述CO₂乳液在置换开采甲烷水合物中的应用,以及乳液的稳定性问题,讨论CO₂乳液开采南海水合物的优势及难点,并对下一步CO₂乳液法置换开采南海水合物进行分析,为未来天然气水合物开采及同步碳封存提供参考和建议。     

富氧下半焦/秸秆混燃交互作用实验研究

本文对富氧下半焦和秸秆混燃交互作用开展了实验研究,结果表明,掺混秸秆对挥发分混燃阶段交互作用影响相对较弱,对固定碳混燃阶段交互作用影响显著,提高掺混比例会增强固定碳混燃阶段交互作用．与线性计算曲线相比,在O₂/N₂气氛下挥发分混燃阶段实验反应速率曲线有所提前,而在O₂/CO₂气氛下滞后;两种气氛下固定碳混燃阶段实验反应速率曲线都明显提前．O₂/CO₂气氛下增加氧体积分数或提高制焦温度都会轻微增强挥发分混燃阶段交互作用、显著减弱固定碳混燃阶段交互作用．