二氧化碳捕集技术进展

CO2是主要的温室气体之一,据统计,1965~2011年全球CO2年排放量从117×108t增长到340×108t,46年间增长了近2倍,年均增长率2.35%,累计排放量达1×1012t以上。预计到2030年,全球CO2年排放量将达到427×108t。化学吸收法是目前工业上捕集CO2的主要手段,主要包括Econamine FGSM工艺、HICAP+TM工艺、DXMTM工艺、KM-CDR工艺、Cansolv CO2捕集工艺、西门子捕集工艺、可再生溶剂吸收工艺、Hitachi技术、Praxair技术、两步闪蒸工艺、CESAR工程工艺和Toshiba工艺等,化学吸收法的溶剂主要是有机胺。虽然有机胺化学吸收法是最有效、最常用且较为经济的CO2捕集方法,但由于有机胺水溶液具有一定的挥发性,也会导致对CO2的吸收能力下降、排放的胺对环境产生一定危害、有机胺腐蚀设备以及由此产生的维护问题等。其他工艺还有膜分离工艺、熔融碳酸盐电化学分离工艺、生成CO2水合物、酶基吸附工艺以及离子液体捕集工艺等,但这些工艺均处于实验室研究阶段。     

二氧化碳收集利用与处置技术分析

化石燃料的燃烧是百余年来大气中二氧化碳(CO2)浓度增加的主要原因。CO2的收集和处置则是抑制这一趋势的有效途径。本文通过对现有收集利用和处置技术的分析,认为火电厂是收集CO2的重点考虑对象;CO2用于三次采油及天然气回收在技术上和经济上比较可行;蓄水层储气前景广阔值得研究;深海处置有待进一步探索;CO2用于置换开采天然气水合物也是很有前景的方案。     

浅析二氧化碳捕获技术应用于炼厂的可行性

温室气体减排已成为炼厂面临的严峻挑战。CO2捕获是具有大规模减排潜力的技术方案,炼厂可在继续使用廉价化石燃料的同时降低排放。目前许多炼厂已在评估从烟道气中捕获CO2的技术,探索经济可行的捕获方案,这些方案主要包括燃烧后捕获、燃烧前捕获和富氧燃烧捕获等。其中,燃烧后捕获技术相对成熟,可对大多数现有装置进行改造,仅需增加简单的后处理设备,缺点是能耗大,CO2浓度较低,难捕获,从胺溶液中释放的CO2达不到碳封存所需的压力;燃烧前捕获方案的优点是CO2浓度较高,压力高,易于回收,降低了压缩成本及负荷,缺点是这种方法主要适用于新装置,因为炼厂现有的气化装置较少,建设投资成本高且需要大量的辅助系统;富氧燃烧捕获方案的优点是烟道气中的CO2浓度非常高,分离容易;缺点是空气分离设备投资很高,冷却的循环烟道气必须保持一定温度。对3种方案评价表明,在CO2总量和浓度最高的排放源进行捕获成本最低,例如当气体中CO2浓度从12%下降到4%时,捕获成本将上升25%以上;燃烧前捕获和富氧燃烧捕获比燃烧后捕获可节约35%~40%的成本。     

天然气水合物开采技术进展

本文对天然气水合物开采技术现状和进展进行分析,归纳出6类天然气水合物开采方法和3种关键技术。鉴于天然气水合物开采的环境风险因素,本文综合了国内外最新研究成果,深入分析风险机理和综合风险模式。从经济和社会角度阐述了天然气水合物成为一种可供人类使用的新能源所面临的挑战与机遇,指出天然气水合物的社会价值仍有赖于业界与公众交流新知的能力和水平,提倡通过科学钻采试验深刻理解水合物的特性以及与能源资源、生态环境、地质灾害和全球气候变化的关系,提出“安全开采”和“有效开采”是围绕水合物的两个核心问题。     

利用水合物法分离捕集二氧化碳研究进展

我国是以煤炭为主要能源的国家,面临着严峻的碳减排挑战。相对于传统气体分离技术,水合物法CO₂分离捕集技术具有环境友好、工艺简单、能耗低等特点,被认为是具有应用前景的CO₂分离捕集技术,因而被广泛研究。综合调研了国内外水合物法分离捕集CO₂的研究,从热力学、动力学、微观分析、分离工艺及分离装备、成本比较等方面对相关研究进行了系统分析及综合评价,并详细讨论了水合物平衡条件和不同类型添加剂对水合物平衡条件的影响。为进一步开发水合物法CO₂分离捕集技术的研究提供指导。     

二氧化碳捕获与地质封存项目进展及启示

CCS技术已成为温室气体减排的关键技术之一,美国、加拿大、澳大利亚及一些欧洲国家都投入大量资金积极开展相应的发展计划。在未来10年内,CCS技术的研究将聚焦于降低成本、提高捕获率和评价不同封存方式的优劣等方面。从目前来看,各国CCS优先发展方向大致相似,捕获技术主要集中在发电厂CCS技术利用;封存技术主要集中于驱油、驱煤层气及深部咸水层封存方面。不过,具体的技术方向也有所差别。CCS技术将在中国实现未来减排目标中发挥重要作用,但目前研究工作尚处于起步阶段。除了一些共性的问题,我国CCS技术发展还有一些尚需克服的障碍。如缺乏顶层设计与管理,尚未制定发展路线图,缺乏战略性的引导,缺乏系统性的评估;同时CCS技术存在不确定性、成本昂贵。需要研究和制定一套政策和规章制度来保障商业规模的CCS示范与部署,进行体制机制与政策创新,研究和制定中国CCS路线图,做好发电厂和其他工业升级或配备CCS的准备,同时应加强国际合作。     

墨西哥湾天然气水合物油气系统

从20世纪80年代开始,墨西哥湾的水合物研究经历了水合物发现阶段、浅表层水合物研究阶段和水合物资源勘探阶段等3个阶段,特别是2005年“联合工业计划”的实施,为这一区域的水合物研究提供了大量的地质、地球物理和地球化学等资料,使其成为目前海域水合物研究的前沿区域。本次研究采用水合物油气系统的思路和工作方法,通过资料的调研、总结和对比,详细描述并刻画了水合物稳定条件、气体组分和来源、有利沉积体类型和特征、含气流体运移通道等4个要素。研究结果表明,墨西哥湾陆坡区域温度和压力等条件非常适于水合物的形成,热成因气和生物成因气都可以作为水合物的气体来源,有利的深水沉积体（如水道、天然堤、块体流沉积体等）提供了潜在的储集类型和聚集空间,盐底辟、断层、倾斜的地层及网状裂隙等为含气流体的运移提供了有利的通道。作为一种全面和系统的研究思路和工作方法,水合物油气系统既考虑了水合物形成时的物理化学条件,又注重实际的地质背景,可以作为海域水合物成藏潜力的快速评价方法。然而,要对重点区域进行水合物矿体描述、不均匀性分布控制因素等方面的分析,开展精细的沉积学解剖和流体运移的分析,是研究的重点。因此,将“水合物识别标志”、“有利沉积体展布”和“流体运移通道”三者有机地结合在一起,是今后海域水合物资源勘探、矿体精细描述和科学评价的发展方向。     

西南巴伦支海天然气水合物分布与富集成藏

西南巴伦支海是挪威北极圈的一部分,具备天然气水合物富集成藏的有利地质条件,且存在明显的天然气水合物识别标志。本文收集和整理了巴伦支海西南地区与天然气水合物相关的资料,发现BSR、空白反射带和浅部气体聚集异常反射等地球物理标志主要在Loppa高地西部和Hammerfest盆地西部广泛分布;麻坑、气烟囱、断裂及其他气体渗漏构造地质标志主要在Asterias复合断裂带附近和Hammerfest盆地西部密集分布。因此,西南巴伦支海天然气水合物的有利勘探目标区主要是Loppa高地西部和Hammerfest盆地西部。结合区域地质背景分析上述各种识别标志的平面分布特征,推断该区天然气水合物的富集成藏与有效的含气流体运移通道密切相关。     

运聚体系—天然气水合物不均匀性分布的关键控制因素初探

海域天然气水合物的聚集和分布呈现出明显的不均匀性。本文运用“天然气水合物油气系统”的理论和方法,从墨西哥湾、布莱克海台、水合物脊、南海海槽等国际典型水合物赋存区的稳定条件、气体组分和来源、流体运移、沉积条件四个方面解剖各区水合物的成藏控制因素。通过分析和对比认识到水合物赋存区的范围相对较小,海底温度和压力可视为均一条件,热成因气和生物成因气均可作为水合物的气体来源,同一个区域内的气体组分相对稳定,但有利沉积体和为含气流体运移提供通道的运移条件,也即“天然气水合物运聚体系”是控制水合物分布的关键因素。南海北部陆坡神狐海域水合物储集于颗粒相对较粗、孔隙空间相对较大沉积体中,而下部的气烟囱和断层构成了神狐海域的含气流体运移通道,这种有利的运聚体系有机结合可能是天然气水合物富集的关键因素。因此,针对水合物储集体的精细沉积学解释和流体运移通道的解剖,可能是南海北部陆坡天然气水合物勘探中需要引起重视的一个方向。     

天然气水合物开采的方法及对环境的影响

介绍了天然气水合物形成机理。介绍了热力开采法、降压法、分解促进剂注人法、CO2置换法等目前世界上主要的开采方法原理、工艺及适用范围等。分析了开发天然气水合物对自然环境的影响,对我国进行天然气水合物开发提出了建议。     

天然气水合物资源潜力及其开发前景

在人类探索新型能源的历程中,天然气水合物作为储量丰富、清洁的优质能源正在得到越来越多的关注。简要介绍了天然气水合物的基本性质,以及国内外发展研究状况,列举了我国在天然气水合物探索领域的最新成果,最后重点分析了其在我国的应用前景。     

天然气水合物成藏体系研究进展

基于近年来国内外冻土区和海域天然气水合物勘探成果,从稳定条件、气源、气体运移、有利储层这几个方面概述了水合物成藏体系的新进展。研究结果表明,地温梯度、海底表层温度、气体组分、孔隙水盐度等多种因素影响并控制了水合物的相平衡条件。全球已发现的水合物气体来源以生物成因气、生物成因−热成因混合气为主,热成因气体对水合物成藏的贡献得到了越来越多的重视。烃类气体以扩散、溶解于水和独立气泡的形式在沉积物中发生迁移,断层、底辟、气烟囱构造等为含气流体运移提供了有效的通道。归纳出六种水合物的产出特征和四种水合物的储层类型。通过对水合物成藏模式的总结对比,认为以地质构造环境差异而进行的成藏模式分类具有更好的代表性。     

二氧化碳-氮气混合气体在微粉硅胶中生成水合物的 实验研究

空气中CO₂含量的增加导致了全球气候变暖问题。气体水合物能够有效分离出电厂尾气中的CO₂,对改善环境具有重要意义。考察了微粉硅胶（silica gel）中80mol% N₂与20mol% CO₂混合气体水合物形成特性,选取压力范围为6.0 ~ 8.0 MPa,温度范围为 -20 ~ -5℃。研究发现,N₂与CO₂混合气进入反应釜后,直接生成水合物,诱导时间小于1 min。压力越高、温度越低,生成水合物的相对气体消耗量越大,最大的相对气体消耗量为0.115 (mol/mol),水的转化率最大为77.02mol%,前30 min水合物生成速率与压力无关。水合物气体消耗量越大,反应釜中剩余N₂组分的含量越大,最大为90.95mol%。水合物生成驱动力越低,水合物中CO₂ 组分越高。在6.0 MPa、-5℃下,水合物中CO₂组分最大为65.70mol%。     

二氧化碳在生产者与消费者之间的分配——以中国电力系统为例

本文以中国电力系统为例,研究设立"电力CO2分配系数",以将二氧化碳在生产者与消费者之间进行分配。本文推导了该系数的计算公式,计算回顾了1978年以来我国的基本情况,与世界一些国家进行了对比,分析了主要影响因素与改进效果,并对2015年、2020年的趋势进行了计算与预测。     

世界二氧化碳埋存技术现状与展望

埋存CO2是避免气候变暖的主要方法之一,经过十几年的探索,CO2埋存技术取得了很大进步,欧美等世界典型埋存盆地和公司都取得了不错的CO2埋存成果。当前可行的埋存方式有三种:地下埋存、海洋埋存、森林和陆地生态埋存。地下埋存主要选择枯竭的油气藏、深部的盐水储集层、不能开采的煤层及深海埋存等方式。中国在CO2埋存方面具有广阔的前景。CO2埋存前景十分乐观,这一技术的推广和应用必将对全球CO2减排起到举足轻重的作用。     

天然气水合物降压开采储层稳定性模型分析

储层稳定性是天然气水合物开采所面临的关键问题。本文基于多孔介质流体动力学和弹性力学,建立了天然气水合物降压开采储层稳定性数学模型,包括储层沉降和井壁稳定性分析两个方面,并以墨西哥湾某处水合物藏的基本参数为例,进行了水合物降压开采储层稳定性的模拟计算。结果表明,在水合物降压开采的过程中,孔隙流体压力降低导致了储层的沉降,最大的沉降发生在井壁附近,水合物分解会加剧储层的沉降;降低井孔压力会造成井壁破坏的潜在危险,在井壁附近,周向和垂向应力达到最大处容易发生失稳破坏,地层的水平应力差会增加井壁的不稳定性。     

Carbon capture and storage

Carbon capture and storage (CCS) covers a broad range of technologies that are being developed to allow carbon dioxide (CO₂) emissions from fossil fuel use at large point sources to be transported to safe geological storage, rather than being emitted to the atmosphere. Some key enabling contributions from technology development that could help to facilitate the widespread commercial deployment of CCS are expected to include cost reductions for CO₂ capture technology and improved techniques for monitoring stored CO₂. It is important, however, to realise that CCS will always require additional energy compared to projects without CCS, so will not be used unless project operators see an appropriate value for reducing CO₂ emissions from their operations or legislation is introduced that requires CCS to be used. Possible key advances for CO₂ capture technology over the next 50 years, which are expected to arise from an eventual adoption of CCS as standard practice for all large stationary fossil fuel installations, are also identified. These include continued incremental improvements (e.g. many potential solvent developments) as well as possible step-changes, such as ion transfer membranes for oxygen production for integrated gasifier combined cycle and oxyfuel plants.     

水合物导热系数和热扩散率实验研究

基于Hot Disk热常数分析系统的单面测试功能,建立了一套新的天然气水合物热物性测试系统,并实验研究了I型水合物（甲烷）、H型水合物（甲烷和甲基环己烷）的导热系数和H型水合物的热扩散率。结果显示甲烷水合物样品导热系数随温度的变化非常小,平均导热系数约为0.53 W/(m•K)。结合文献报道和实验分析发现零孔隙率甲烷水合物的导热系数大约为0.7 W/(m•K),水合物样品在压缩过程中虽然减少了孔隙,但是却引起晶体破碎,导致导热系数与理想值差距较大。水合物的导热系数与水合物的类型及客体分子有关,大体顺序为I型 > II型 > H型 > 半笼型水合物。甲烷−甲基环己烷生成的H型水合物热扩散率为0.205 ~ 0.26 mm2/s,和其他类型的水合物相当;水合物的热扩散率大约为水的两倍,而导热系数和水相近。     

天然气水合物储层力学特性研究进展

自然界中的水合物一般产出于深水海底浅层未固结成岩的松散沉积物中和陆域冻土区岩石裂隙或孔隙中。水合物的分解会导致地层胶结强度、孔隙度、地质结构等发生变化,从而引发地质灾害,严重威胁水合物资源的安全开采。本文在大量调研文献的基础上,结合已有的天然气水合物制样、三轴力学测试研究现状和本构模型研究进展,系统分析影响含水合物沉积物的力学特性的主要因素和本构模型的发展趋势,梳理了获得的共识和存在的问题,提出了下一步研究方向,从而为下一步含水合物沉积物力学强度实验、本构模型开发以及储层稳定性研究等提供参考。     

天然气水合物储层渗透率研究进展

天然气水合物是清洁、高效、储量巨大的未来最具潜力资源之一,而储层的渗透率是影响水合物资源开采时产气效率的重要参数。目前,国内外对天然气水合物储层的渗透率进行了大量的研究并取得一定进展,本文从数值模拟、储层现场探井、实验研究等方面全面回溯,分析总结了孔隙度、饱和度、应力应变情况等对储层渗透率的影响,讨论目前储层渗透率研究存在人工合成水合物沉积物与自然储层存在差异,不同多孔介质形成的水合物沉积物应力敏感性不同,多相渗流研究不够充分,储层渗透率改造研究不足等问题,对未来的研究方向提出了展望。