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。     

锅炉烟气CO2捕集系统腐蚀原因及其缓蚀剂的筛选试验

分析了某电厂锅炉烟气CO2捕集系统腐蚀的原因,并有针对性的进行了缓蚀剂研发试验。以TP304、16MnR为对象,通过静态挂片法初步选取了几种性能较优的缓蚀剂单体进行复配。复合缓蚀剂经进一步筛选后,于高温反应釜中模拟CO2捕集系统解析塔环境进行了旋转挂片腐蚀试验,筛选出的缓蚀剂对16MnR及TP304的腐蚀速率分别为0.067 6mm/a和0.002 8mm/a,缓蚀效果显著。     

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。     

火力发电厂CO2脱除技术的发展现状及CO2的资源化利用

温室气体CO2排放是全球性的环保问题,火电厂作为排放大户面临着巨大的减排压力,对国内外的各种CO2回收技术进行了分析探讨,概述了CO2在食品、化工等方面的应用,为充分利用资源提供了参考。     

O2/CO2气氛下碳酸钙颗粒分解特性模拟研究

结合传质传热和化学动力学原理,首先描述了碳酸钙颗粒在O2/CO2气氛下煅烧情况,模拟结果与实验结果比较吻合,在此基础上模拟分析了碳酸钙颗粒在不同CO2浓度下的转化率和比表面积、孔隙率变化情况。     

低阶煤O2/CO2气氛下燃烧生成颗粒物的特性

选取了2种低阶煤在不同气氛下沉降炉中进行燃烧实验,产生的灰颗收集到粒旋风分离器和低压冲击器中,利用透射电子显微镜和扫描电镜分析亚微米颗粒和超微米颗粒的形态,利用扫描电镜能量色散谱仪联用,透射电子显微镜能量色散谱仪联用和计算机控制的扫描电镜分析灰颗粒的化学元素组成。研究结果表明:O2/CO2燃烧改变超细颗粒物的大小分布和灰中元素的浓度分布,但没有改变细颗粒的生成机制。对于含有更多有机结构矿物质的褐煤,O2/CO2燃烧提高了Fe、Na/K、Al和Si的气化程度,也因此增加了亚微颗粒的浓度,而且褐煤中的Fe元素的气化较为特殊,O2/CO2燃烧氧气浓度的增加提高了Fe气化后在其他粒子上的附着。     

CO2浓度对钙基CO2吸收剂循环反应动力学特性的影响

为分析CO2浓度对钙基CO2吸收剂循环反应动力学特性的影响规律,利用两段的收缩核模型对石灰石循环反应特性进行了研究。结果表明:反应气氛中CO2浓度的变化只对化学反应控制阶段有较大影响,对产物层扩散控制阶段影响不明显。对于单次循环,CO2浓度的增大促使化学反应控制阶段结束时间缩短,表观化学反应速率常数增大;对于多次循环,CO2浓度的增大导致化学反应阶段表观反应速率常数随着循环次数的增加加速衰减。另外,CaO碳酸化反应在25%CO2浓度下已经饱和,继续增大CO2浓度不能提高最终转化率。     

集超临界水煤气化和CO2捕集的CO2/H2O动力循环性能

基于超临界水煤气化技术,提出并研究了以超临界水煤气化合成气/O₂燃烧产物加循环H₂O为循环工质,集高效发电、CO₂捕集、移峰储能、低污染物排放等特点的燃气蒸汽混合工质动力循环(GSMC-C循环)。利用数值模拟的方法,研究了关键参数对于循环性能的影响。气化炉中的超临界水和热量均由系统内部提供,液氧的冷能用于实现CO₂的液化捕集。在超高压透平进口参数和冷凝参数分别为30 MPa/650℃、30 kPa/30℃,ASU的单位制氧功耗为0.245 kW·h/kg, CO₂全捕集参数为4 MPa/5℃的情况下,GSMC-C循环的净效率和毛效率分别为41.34%和48.06%。     

O2/CO2气氛下钙基脱硫剂孔隙分布模拟

以孔径分布密度函数和孔长度分布函数为基础,结合CaO的比表面积和孔容积等参数模拟了在O2/CO2气氛下钙基脱硫剂孔隙分布特性,并与常规空气气氛下进行了对比分析。模拟发现,常规空气气氛下煅烧生成CaO的比表面积和孔容积远大于O2/CO2气氛下,两种气氛下CaO孔径分布密度区别也较大。常规空气气氛下孔径分布宽,峰值对应的孔径大,孔径密度峰值低;O2/CO2气氛下孔径分布窄,峰值对应的孔径较小,孔径密度峰值高。O2/CO2气氛下煅烧生成的CaO孔结构特性与常规空气气氛下明显不同。     

利用非平衡等离子体方法将CO2还原成CO的研究

CO2和H2合成CO是CO2化学利用的重要过程,然而,传统的催化转化难以实现高效转化。在室温和大气压下,通过非平衡等离子体对H2和CO2的活化作用,考察了等离子体反应器结构、极间距、放电功率和氢碳比等对CO2转化率、CO选择性和CO2转化的能量效率影响。实验结果表明,在室温和大气压下,用等离子体法可将CO2高效的还原为CO,适当调节上述各参数可提高CO2的转化率。采用管管式等离子体反应器,在放电频率为10kHz、H2与CO2体积进料比为2:1、放电功率为80W、CO2气体体积流量为120mL/min的条件下,CO2转化率为88.2%,CO选择性为100%。     

美国能源部100万吨CO2捕集与封存项目

作为奥巴马总统能源战略的一部分,美国能源部近期宣布其伊利诺伊州盆地-迪克特项目成功地捕集和封存了100万吨CO2并将其注入深层含盐层中。这一项目是美国能源部区域性CO2封存合作倡议开发阶段的一部分,帮助整个国家开发并部署CO2的捕集和封存技术,使美国继续向低碳环保的道路上前进。能源部长表示,这一里程碑式的进展是CO2捕集技术在真实生活环境中广泛部署的重要一步,这些技术的成功测试以及从中获取的经验将帮助这一区域里的一系     

加压O2/CO2气氛下煤粉着火特性的实验研究

研究了加压O2/CO2气氛下压力、氧浓度、煤焦结构和煤种等因素对大同烟煤和神火无烟煤着火特性的影响,并采用可燃性指数和综合燃烧特性指数评价不同压力下煤的着火和燃烧特性。加压热重实验结果表明,压力从0.1MPa升高至2MPa,着火温度先降低后升高,在1MPa下着火温度最低,燃烧特性最佳。在常压和加压条件下,提高氧浓度均可加快煤的着火。在常压下,随氧浓度提高,着火温度下降的幅度较小,但在加压时,较高氧浓度会改变着火模式,着火温度降低明显。扫描电镜分析显示加压促进煤在脱挥发分过程的破碎,提高碳氧反应速率,降低着火温度。煤的着火与煤种有关,挥发分含量较高的煤,其着火越容易。结果反映了加压富氧燃烧比常压富氧燃烧更有优越性。     

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。     

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。     

水蒸气和CO2对等离子体—催化还原NOx的影响

等离子体协助选择性催化还原(PF-SCR)可以促进富氧环境下NOx的有效脱除。为研究实际尾气中含有的水蒸气和CO2对PF-SCR脱除NOx系统的影响,以C2H4作为还原剂,Ag/γ-Al2O3为催化剂,考察了3种(N2/O2/NOx/C2H4,N2/O2/NOx/C2H4/H2O(气)和N2/O2/NOx/C2H4/H2O(气)/CO2)配气条件下PF-SCR脱除NOx效果的变化。试验结果表明,较低水蒸气含量(φ(H2O)=1%)对PF-SCR还原NOx具有明显的抑制作用,其原因除了Ag/γ-Al2O3的抗湿性能较差外,水蒸气对等离子体反应器中C2H4和NO氧化的抑制以及由此导致的活性中间产物生成抑制也是一个重要因素。另一方面,水蒸气的存在也抑制了PF-SCR过程中副产物CO的大量生成,这可能是由于PF-SCR对C2H4的氧化减弱以及等离子体氧化生成的中间产物减少造成的。有水蒸气存在时,体系中的CO对PF-SCR还原NO影响不大。     

新型CO2捕集溶剂及工艺的研究进展

化学吸收法是处理燃煤电厂尾气CO₂最有希望大规模应用的重要途径,然而传统以乙醇胺为吸收剂的化学吸收法由于再生能耗过高限制了其广泛应用。结合新型CO₂捕集溶剂阐述了捕集工艺改进的研究进展,概述了包含吸收塔中间冷却及溶剂再循环的吸收过程工艺改进、闪蒸压缩及蒸汽/戊烷直接吹扫的再生过程工艺改进,并指出结合烟气实际组分开展新型溶剂的中试规模验证、捕集溶剂降解物性及挥发性有机物的处理工艺的研究为碳捕集技术的研发方向,为未来工业碳捕集的研究指明了方向。     

C4F7N/CO2/O2与三元乙丙橡胶的相容性及相互作用机理研究

C₄F₇N混合气体凭借良好的电气性能以及较低的温室效应潜在值近年来备受关注。然而,在C₄F₇N及其混合气体投入实际使用以前,其与气体绝缘设备内部密封材料的相容性仍需检验。目前虽然已有关于该气体与三元乙丙橡胶的相容性研究,但对于不同第三单体的三元乙丙橡胶与C₄F₇N混合气体的相容性对比以及气固相互作用机理的相关报道较少。该文选取ENB、DCPD两种第三单体的三元乙丙橡胶开展了其与C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体的相容性实验,发现三元乙丙橡胶中的某些活性结构与C₄F₇N的CN基团之间存在反应,而通过涂覆硅脂能够有效阻隔气体与橡胶表面的接触,减少C₄F₇N的分解。此外,在对比两种橡胶的实验结果后发现,ENB-三元乙丙橡胶相较于DCPD-三元乙丙橡胶更适合用作C₄F     

典型电场下C4F7N/CO2/O2混合气体工频击穿特性研究

研究表明O₂可以抑制C₄F₇N/CO₂混合气体的分解,从而提升气体工程应用可靠性,但C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体绝缘特性相关研究较少。为评估O₂对C₄F₇N/CO₂混合气体工频绝缘特性的影响,该文搭建了击穿试验平台,获得了典型运行气压、O₂含量和电场形式下的工频击穿电压。结果表明随着气压增加,1mm气隙准均匀电场下的C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体击穿电压接近线性增长,而在稍不均匀和极不均匀电场下呈现一定的饱和增长趋势,6mm气隙极不均匀电场下则呈现N形变化规律。C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体击穿电压对较高气压和较长气隙下的极...     

CO2气体保护焊焊枪改进

对于一些空间特别狭小或需要远距离焊接的焊缝,标准的焊枪常常难以满足现场环境施焊的需求。通过对常规CO2气体保护焊焊枪适当改进,成功修复了高压加热器内部狭小空间断裂焊缝。     

催化剂对脉冲放电转化CO2为CO的影响

分析研究了催化剂对脉冲放电等离子体作用下,CO2;转化为CO的规律。由于催化剂载体对CO2有一定的吸附能力,在其表面形成CO2富积区;而且催化剂表面为场强加强区,更易发生化学反应,因此催化剂存在时,CO的产生量几乎不受CO2含量的影响;而无催化剂情况下,CO2含量对CO的生成有较大影响。当有O2存在时,有无催化剂情况下,CO生成量都随O2含量的增加而减少,尤其是O2含量从零刚开始增加时;无催化剂情况下CO生成量受O2含量影响较大。