金属材料在超临界二氧化碳环境内腐蚀行为研究进展

超临界二氧化碳(S-CO₂)循环发电技术因其自身的技术优势成为热力发电领域一项具有划时代意义的重大变革性前沿技术，由于十分苛刻的工作环境，S-CO₂易造成设备材料腐蚀。为确保S-CO₂系统安全有效地运行，首先介绍了S-CO₂布雷顿循环系统工质运行参数范围以及系统关键设备候选材料，其次综述了目前有关金属材料在S-CO₂环境中的腐蚀行为研究现状，然后详细阐述了S-CO₂环境下的腐蚀机理，归纳了温度、压力、杂质、流速以及材料成分对S-CO₂腐蚀过程的影响，同时介绍了S-CO₂腐蚀防控技术的研究进展，最后进行了总结并指出了现有研究的不足及未来研究的主要方向，为我国S-CO₂循环系统的安全运行提供科学依据。     

超临界二氧化碳工质发电系统候选材料高温腐蚀研究现状与进展

近年来，采用高温超临界二氧化碳（S-CO₂）作为工质构建新型布雷顿循环，建立超高参数、超高效率、结构紧凑的发电动力系统，在燃煤火电、核电、太阳能热发电等领域具有良好的应用前景。金属管道和部件在高温S-CO₂环境中的抗高温腐蚀性能是该新型动力系统建设的瓶颈问题之一。本文综述了候选材料铁素体/马氏体耐热钢、奥氏体不锈钢、高温镍基合金在高温S-CO₂环境中的腐蚀研究现状，探究了S-CO₂环境下的氧化-碳化耦合机理，给出了S-CO₂环境腐蚀亟需解决的问题，提出了合理抑制碳化腐蚀的方法，指明了S-CO₂腐蚀的研究发展方向和趋势。     

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。     

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。     

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。     

气体添加对水电极同轴介质阻挡放电直接分解CO2的影响

大气压低温等离子体能够打破热力学平衡的限制，促使常规情况下难以发生的反应在温和条件下进行。其中，介质阻挡放电(DBD)在CO₂转化利用领域受到了广泛的关注，但是其性能受多种因素影响。该文采用水电极同轴介质阻挡放电反应装置进行CO₂直接分解反应，研究分析添加N₂、Ar和He及其不同含量对反应过程放电特性及反应效果的影响。结果表明：相同反应条件下，在CO₂气氛中添加N₂、Ar和He可以增加微放电通道数量，提高放电功率，降低击穿电压，使更多的能量用于活化反应体系分子，但三种气体对放电过程的影响程度明显不同；对比添加气体N₂、Ar和He，在CO₂转化效果上表现为Ar>He>N₂，这主要是由于添加Ar后反应体系具有最高的电子碰撞激发反应速率，在Ar含量为80%时，CO₂的转化率最大为15.2%,CO的产率最大为9.3%；但是，上述气体的添加会降低CO₂的能量转化效率，...     

焦载体下CH4及CO2气氛对低阶煤流化床热解特性的影响

以新疆润北煤为研究对象,在小型鼓泡流化床上开展了热解实验,结合气相色谱、SEM等表征手段对热解产物及其特性进行了分析,考察了以半焦为热载体不同热解温度条件下CH₄和CO₂气氛对煤炭流化床热解特性的影响。结果表明:由于煤半焦促进了CH₄和CO₂的重整反应,CH₄/CO₂混合气氛下热解产气率与单一气氛相比有所减少,减少幅度随温度和CO₂体积分数提高而增加;同时,热解温度为600 ℃以上时,CO和H₂产率随着CO₂体积分数的提高和温度的升高而明显增加,相应的热解水产率也明显增加;随着温度升高,受CH₄裂解、CH₄与CO₂重整及CO₂与碳的气化等反应的影响,CH₄/CO₂混合气氛下焦油产率有所增加,在热解温度600 ℃左右时焦油产率最高的同时增加幅度也较大;受CH₄裂解反应积碳以及CO₂和半焦的气化反应等过程的影响,CH₄气氛下半焦产率增加,CO₂气氛下半焦产率降低;CH₄/CO₂混合气氛下半焦产率及特性同样有明显的变化,且随热解温度升高变化更大;较低体积分数CO₂（6%）时,CO₂促进CH₄裂解积碳,其影响大于CO₂与碳的气化反应,半焦产率提高且半焦孔隙变小,表面变粗糙;而随着CO₂体积分数提高时（增加到15%）,CO₂与碳的气化作用增强,使得半焦产率反而明显减少且孔隙变大。     

30 mA泄漏电流对输电线路大气腐蚀行为的影响

为了研究输电线路在30 mA泄露电流作用下,金属材料受到大气腐蚀行为的影响,通过把金属材料放置于3种腐蚀环境中,分析不同SO₂浓度和泄露电流状态下,金属材料的腐蚀失重情况,当SO₂含量比较小时,泄露电流对样品的腐蚀失重影响不大;而当SO₂含量比较大时,泄露电流首先加速金属材料的腐蚀,样品表面会有较多的γ-FeOOH亚稳态晶态相产生,当腐蚀产物积累到一定程度后,受到腐蚀的样品中部分γ-FeOOH转变成相对稳定的α-FeOOH与Fe₃O₄,腐蚀产物便会降低腐蚀现象的发生,反而使样品的耐蚀性得到改善。     

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。     

欧洲CCUS技术发展现状及对我国的启示

在欧盟提出2050年实现碳中和愿景的大背景下，碳捕集、利用与封存(CCUS)技术作为实现碳减排目标的关键技术手段，在欧洲迎来了重大发展机遇。汇总并讨论了欧洲的CCUS技术发展现状，包括资金激励政策、碳税政策、法律法规和技术创新政策；总结了欧洲发展CCUS技术主要面临的挑战，包括公共资金的落实、CCUS政策体系的发展以及CCUS项目责任的界定等。研究指出：欧洲的CCUS技术发展较成熟，相关法律法规、资金激励、税收扶持政策和技术创新政策等比较完善；生物质能结合碳捕集与封存(BECCS)和直接空气碳捕集与封存(DACCS)是欧洲未来实现CO₂负排放的重要手段，CO₂工业集群和运输网络的开发可以大幅减小CO₂的运输费用，形成规模化效应，从而增大CCUS的适用范围。我国于2020年提出2030年实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”战略目标，借鉴欧洲CCUS的发展现状和相关政策，结合我国的基本国情，提出了我国目前发展CCUS技术亟需解决的若干问题，并给出相应建议。     

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。     

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。     

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。     

基于同位素示踪法的微量O2对电弧放电下SF6分解产物影响的研究

SF₆气体绝缘开关设备电弧放电下O₂对SF₆分解产物具有显著影响,但其影响规律及相关作用机制目前尚不清楚。针对这一问题,文中利用¹⁸O₂作为示踪剂开展了电弧放电实验,利用GC-MS分析了放电过程中和放电后含¹⁸O同位素物质的变化规律,明确了电弧放电下SF₆分解产物的形成途径及¹⁸O₂对SF₆分解产物的影响,阐明了其深层化学反应机理。结果表明,电弧放电下O₂杂质会在不同程度上促进SOF₂、SO₂、SO₂F₂、CO₂的生成,其中O₂主要以分解后的O原子参与SOF₂、SO₂、CO₂的生成反应,以O₂分子和分解后的O原子共同参与SO     

分段电极介质阻挡放电CO2重整CH4过程放电特性与反应性能研究

大气压低温等离子体可在温和条件下进行CO₂重整CH₄反应，对环境保护和能源供应具有双重意义。介质阻挡放电(DBD)是进行该反应最常用的放电等离子体形式之一，但其工艺过程和反应性能受到反应器结构的显著影响。前期研究发现，分段电极DBD可以调节CO₂重整CH₄反应过程的反应物转化率、产物分布及能量效率，但是分段电极数量和相邻电极间距对上述性能参数的影响机理尚不清晰。因此，该文设计了具有不同电极数量和不同相邻电极间距的分段电极DBD反应器，并用于CO₂重整CH₄反应，从电学特性和温度特性的角度研究了不同实验条件下的放电特性，比较分析了对应条件下的CO₂重整CH₄反应性能。结果表明，分段电极的引入可以增加放电边缘数量以增强边缘效应，且增加分段电极数量和增加相邻电极间距均可延长反应物的有效停留时间，上述因素均有助于提高等离子体CO₂重整CH₄的反应性能。在施加电压11.0 kV条...     

架空地线腐蚀与防护技术发展现状

当前投入使用的输电线路架空地线,大多采用热浸镀纯锌进行腐蚀防护。在沿海、工污染区等重腐蚀环境下,一般5~8年后发生明显锈蚀,使用寿命不足10年,远不能满足电网安全要求;在强电场、雷击等电磁场环境下,架空地线受到电磁感应影响产生感应电压和感应电流,导致金属镀层加速腐蚀,但其对架空地线的耐蚀性能影响机理尚未明确,亟待深入研究。因此探索架空地线新型防护技术及其在强电磁场环境下的腐蚀影响评价,成为架空地线耐蚀性能提高的重要研究方向。     

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。     

考虑微量CO2影响的He+Air等离子体反应动力学研究

He+Air等离子体是常见的大气压冷等离子体类型，具有活性粒子众多、反应体系复杂的典型特征，使得实验研究难以系统开展，因而仿真研究非常重要。尽管如此，目前的仿真模型鲜有考虑空气中的微量CO₂，而笔者课题组与同行均发现，微量气体组分可能会对等离子体的活性粒子带来显著影响。鉴于此，基于前期报道的He+Air等离子体全局模型，新增了CO₂及其7种放电产物与120个相关反应，研究了地表空气中5种典型CO₂浓度下的等离子体反应动力学特性。发现在放电功率密度为10 W/cm³时，CO₂的放电转化率达到37%以上，CO₂的转化明显加强了等离子体的电离过程，削弱了解离和吸附过程。在地表空气常见的CO₂浓度范围内，考虑CO₂可使He+Air等离子体中活性粒子的平均密度改变1.8%～11.2%。该研究量化了微量CO₂对He+Air等离子体中活性粒子的重要影响，揭示了不同地域CO₂浓度差异会...     

输电铁塔的腐蚀特性和防护

分析株洲铜清地区输电铁塔的腐蚀特征,指出SO2酸性气体是造成腐蚀的主要因素,腐蚀的起源点为镀锌层损坏处和塔材边角部位,而防腐涂料选用不当、涂刷工艺不良加速腐蚀。提出输电铁塔腐蚀防护的通用要求、腐蚀评判准则、改造技术要求和涂料选择要求,规范腐蚀防护工作。