氨基碳点/聚酰亚胺混合基质膜的制备及CO2分离性能研究

将水热合成法制备的氨基碳点与聚酰亚胺复合得到混合基质膜。通过SEM、FT-IR、XRD和DSC考查了氨基碳点掺杂质量分数对混合基质膜形貌和结构的影响。氨基碳点表面的氨基可以提供碱性环境,同时增加了膜内的自由体积,促进CO₂传递。当氨基碳点掺杂质量分数为0.3%时,混合基质膜的CO₂分离性能最佳,其CO₂、CH₄、N₂渗透通量分别为85.87 barrer、1.69 barrer、2.62 barrer,CO₂/CH₄、CO₂/N₂选择性分别为50.81和32.77。      

钢铁行业碳捕集技术的典型应用

碳捕集技术是一项创新且直接有效的碳减排措施，对于钢铁行业实现“碳中和”目标具有重要意义。概述了化学吸收法、物理吸收法、物理吸附法以及膜分离法4种主要碳捕集技术的原理、优缺点、国内应用案例，以及常见的吸收剂、吸附剂和膜材料。综述了国内外钢铁行业典型碳捕集技术的开发应用情况，包括采用化学吸收法的新日铁住金公司ESCAP工艺、浦项钢铁公司氨水化学吸收工艺和新疆八一钢铁股份有限公司醇胺化学吸收工艺，以及采用物理吸附法的JFE钢铁公司变压吸附（PSA）工艺、首钢京唐钢铁联合有限责任公司变温吸附（TSA）+PSA工艺。钢铁行业应用碳捕集技术，在开发低温再生吸收剂、低腐蚀性吸收剂，提高物理吸附法效率，降低捕集成本等方面取得了一定进展，但依然处于初级阶段。为更好地推进碳捕集技术的大规模商业化应用，结合钢铁行业特点提出了几点建议。     

碳捕集技术应用进展及碳交易市场分析

针对低碳经济转型的发展趋势,分析了碳捕集技术的应用进展和碳交易市场的发展前景。常见的碳捕集技术有化学吸收法、物理吸收法、吸附分离法、膜分离法和生物固碳法等,其中化学吸收法技术成熟、应用最广;碳捕集装置可生产工业级和食品级液体CO_2,广泛应用于采油、焊接、化工、食品等领域,2017—2019年国内液体CO_2生产装置开工率为51.0%～54.5%,CO_2下游市场始终呈现出供大于求的态势;碳交易是CO_2减排的推动力,2013—2019年中国碳市场的平均碳价为21.5元/t,预计2020—2030年碳价将逐年提升;目前碳捕集技术的大面积推广还面临着各方面的阻力,包括捕集成本偏高、下游市场需求不足、碳市场有待完善等,未来应继续降低碳捕集装置的投资运行成本,以提高该技术的经济效益,取得更大规模的CO_2减排效果。     

CO2分离捕集技术的现状与进展

捕集来自煤、石油、天然气及其他燃料燃烧而产生的CO₂,用于提高油田采收率的方法（EOR）,既可以缓解资源短缺问题,同时可以缓解由温室效应引起的环境问题。为此,比较了吸附法、胺吸收法、离子液吸收法、CO₂水合物分离法、膜分离法和膜基吸收法等CO₂捕集方法,认为膜基吸收法由于其可操作性强、工业放大性好、吸收液再生循环效率高等优点,将是未来CO₂捕集的主要方法。同时指出应借鉴国外发展经验,进行自主技术创新,研究CO₂分离、富集、输送过程的技术难题,进一步克服技术障碍、降低CO₂捕集成本,尽早实现CO₂分离捕集的工业化,逐步建立适合中国国情的碳捕集技术体系。     

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论文探讨了文33块天然气中CO₂气及有机气体的成因。文33-204井CO₂含量高近80%、碳同位素值重δ13C_CO2为－9.0‰，CO₂同位素指示介于有机成因与无机成因之间，与同区块高部位CO₂含量低的其他井天然气同位素差别大，伴生的烃类气体组分与碳同位素表现为油型湿气特征。综合研究认为，文33块含二氧化碳高的文33-204、文269、文269-1的天然气中有机组分与CO₂是不同源，有机组分来源于下第三系泥岩地层，CO₂气体主要来源于石炭—二叠系的煤系地层，同区块而CO₂低的天然气，有机组分与CO₂为同源的，均来源于下第三系泥岩地层。     

基于MEA/烟气CO2捕集系统的工艺模拟和吸收塔高度对模拟的影响分析

目的对MEA/烟气CO₂捕集系统进行工艺模拟计算,研究分析理论塔板数和填料高度对模拟计算的影响。 方法采用Aspen HYSYS软件,对吸收塔采用不同填料高度和不同理论塔板数分别在溶液循环量为30 m³/h和40 m³/h时进行模拟计算,对CO₂捕集率、再生能耗等结果进行对比分析。 结果当吸收塔理论塔板数为20或25时,CO₂捕集率模拟值偏低。 当吸收塔理论塔板数为20时,再生能耗为采用252Y规整填料(填料高度10 m)吸收塔的1.61~1.87倍,为采用50 mm鲍尔环填料吸收塔(填料高度15 m)的1.53~1.78倍。当吸收塔理论塔板数为25时,再生能耗为采用252Y规整填料(填料高度10 m)吸收塔的1.31~1.38倍,为采用50 mm鲍尔环填料(填料高度15 m)吸收塔的1.24~1.32倍。 对于30%(w)的MEA/烟气吸收体系,252Y规整填料高度的临界值为10 m,50 mm鲍尔环填料高度的临界值为15 m;模拟再生能耗为4.10~4.31 GJ/t CO₂。 结论当吸收塔理论塔板数为20或25时,再生能耗模拟计算值偏高,Aspen HYSYS软件在能耗模拟方面适应性较差。采用Aspen HYSYS模拟计算时,建议先对吸收塔结构参数定义后再进行系统模拟,可得到相对准确的模拟计算结果。      

X油藏注气混相驱可行性实验研究

针对X底水油藏油井注水后综合含水上升过快的问题,利用HB70/300型高压物性分析仪开展了该区块原油相态特征实验、注气相态特征实验,并运用细管法开展了注CO₂最小混相压力实验。对比分析了CO₂和N₂两种性质气体注入前后原油的相态特征变化,确定了该区块原油注CO₂最小混相压力,为X油藏注气提高采收率可行性提出依据。实验结果表明,X油藏原始地层压力为46.01 MPa,原油饱和压力为11.06 MPa,注N₂后饱和压力上升迅速,在原始地层条件下难以实现混相,表现出典型的非混相特征;注CO₂后饱和压力上升较平缓,细管法测得的最小混相压力为28.03 MPa,说明利用CO₂可实现CO₂的混相驱替,而且最终的驱替效果比较理想。说明该油藏可开展注CO₂混相驱,为进一步的开发方案调整提供了依据和合理的建议。      

自愈合材料在油气钻采领域中的研究现状

为了提高对应用CO₂开发页岩油藏机理和规律的认识,系统论述了CO₂在页岩油藏中的提高采收率机理,包括CO₂对页岩油的快速增能、降黏、解堵、萃取和储层改造等机理;详述了CO₂开发页岩油的技术特点和储层动用特征。随着CO₂在页岩油藏注入量的增加,CO₂与页岩油混合的p-T相图两相包络线区域变大,临界点上移,增加了页岩油藏的溶解气驱能量。由于页岩油藏中裂缝充分发育,CO₂驱表现出严重的气窜,而CO₂吞吐更适用于开发页岩油藏。吞吐提高页岩油采收率的本质是CO₂向页岩基质中的强扩散、传质和补能作用,且有裂缝存在的油藏进行CO₂混相吞吐效果好于无裂缝油藏的非混相吞吐。CO₂开发页岩油时主要动用页岩油藏内0.008 μm以上孔隙内的油,且大孔隙内的油先被动用。提高CO₂对页岩储层的动用孔隙下限的方法为提高注入压力或增加有效吞吐周期,从而增强CO₂在油藏中的扩散和传质性。     

CO2-水-岩相互作用对CO2地质封存体物性影响研究进展及展望

CO₂-水-岩相互作用是CO₂地质封存的核心问题，CO₂的注入打破了岩石-地层水化学平衡，引发的地层水化学性质改变、原生矿物溶蚀和次生矿物沉淀，会导致储层和盖层岩石孔隙度、润湿性、力学性质等物性变化并进而影响CO₂的注入能力、封存效率以及封存安全性与稳定性。从CO₂-水-岩相互作用机制出发，系统阐述了CO₂-水-岩相互作用对地层岩石孔隙度、渗透率、润湿性、力学性质的影响研究进展。研究表明，CO₂-水-岩相互作用导致岩石孔隙度和渗透率的变化与其初始孔渗特征和矿物组成密切相关，岩石孔渗特征的改变直接影响储层的注入能力与封存潜力和盖层的封闭能力。润湿性的变化与初始亲水亲油特征有关，CO₂-水-岩相互作用通常会减弱亲水岩石而增强亲油岩石的水润湿性，进而影响多相流体在岩石孔隙中的微观分布与渗流特征。由于胶结物溶蚀以及溶蚀孔的形成，CO₂-水-岩相互作用会引起岩石损伤，抗压强度、抗拉强度、弹性模量等力学参数减小，一定程度上影响封存安全性。碳中和背景下，微纳米尺度孔隙、深地微生物介导、非纯CO₂或工业尾气注入、封存全周期等情景下的CO₂-水-岩相互作用及岩石物性响应仍有待深入研究。     

金属有机框架膜材料用于CO2分离过程的研究进展

金属有机框架材料(MOFs)具有孔隙率高、比表面积大、孔道可调节、结构多样等特点,将其添加到高分子膜中,可显著提升膜材料对CO₂的透过性和选择性。综述了近年来MOF膜材料用于CO₂分离过程的研究进展:①介绍了MOF膜材料的CO₂分离机理和合成工艺;②总结了几种主要的MOF膜材料在CO₂分离过程中的应用研究进展;③提出了MOF膜材料在CO₂分离领域的发展方向。      

N-甲基二乙醇胺溶液中CO2气体吸收与水合物生成特性实验研究

目的酸性气田开发气流中往往含有二氧化碳(CO₂)和硫化氢(H₂S)等酸性组分,易形成天然气水合物(简称水合物),引起管道堵塞。解决酸性组分吸收剂对水合物作用机制不明确问题,为脱除酸性气体组分并防治水合物生成提供理论依据。 方法 采用恒温恒容法研究了N-甲基二乙醇胺(MDEA)溶液质量分数、搅拌状态及初始压力对CO₂气体吸收规律的影响、MDEA溶液对CO₂水合物生长速率和宏观晶体形态的影响,并与传统热力学抑制剂乙二醇(EG)效果进行对比。 结果CO₂气体吸收量随MDEA溶液质量分数的增加表现为先增后减的趋势。开启搅拌和降低压力可加快CO₂气体的吸收速率,增加气体吸收量。在气液界面,水合物晶体以二维模式生长,并且MDEA可改变CO₂水合物的宏观形貌,增加其质量分数可显著增加CO₂水合物覆盖溶液表面的时间、降低CO₂水合物的生长速率。与EG相比,MDEA水合物的动力学抑制效果较差,但水合物膜覆盖时间较长,生长速率较慢。 结论MDEA可与溶液中水分子形成氢键,与水合物竞争水分子,减少水的活性,同时,MDEA分子可与CO₂分子结合,与水合物竞争CO₂,显著降低水合物生长速率。研究结果对酸性气体的分离捕获和天然气流动的安全保障具有理论指导意义。      

Gas–liquid membrane contactors for carbon dioxide capture from gaseous streams

Membrane technology is characterized by high efficiency, compatibility and flexibility of various membrane processes in integrated systems, low power consumption, high stability and environmental safety of processes, comparative ease and simplicity of controlling and scaling-up, as well as a unique functional flexibility of the membrane processes. This is why the membrane technology is considered as a promising way to reduce anthropogenic emissions of carbon dioxide into the atmosphere. Gas–liquid membrane contactors are a prime example of high-performance hybrid processes using membrane technologies. Integrating several separation methods in one device (membrane contactor) makes it possible to retain benefits of membrane technology, such as small size and flexibility, complementing them with high separation selectivity typical of CO₂ absorption. This review presents the basic principles of operation and design of membrane contactors, and a wide range of materials, membranes, and liquid absorbents for membrane CO₂ absorption/stripping are considered. Particular attention has been paid to current studies on CO₂ removal from thermal power plant flue gas, natural gas, biogas, and syngas. The examples of pilot-scale and semi-commercial implementation of CO₂ absorption/stripping in membrane contactors have been given.     

碳中和背景下氢气纯化技术研究进展北大核心CSCD

氢能作为一种高效的零碳能源,未来发展潜力巨大,是碳中和背景下新能源更迭的重要推动力。由于当前主流的制氢方式所产出的氢气均含有杂质,故纯化分离技术是氢能利用中的关键技术,纯化后的氢气可应用于各工业领域。综述了常用的变压吸附、低温分离、金属氢化物、膜分离、溶剂吸收5项氢气纯化技术的研究现状,同时介绍了超音速纯化氢气的新技术。分析了各项氢气纯化技术的工艺流程、使用设备、适用条件、纯化效果以及优势与不足,明确了当前各项纯化技术的研究热点及面临的挑战。最后对各项氢气纯化技术进行了总结,提出了氢气纯化技术未来发展的趋势与研究方向,为优化获得更高效、经济的氢气纯化技术提供有价值的参考。     

富含CO_2天然气净化技术现状及研究方向

富含CO2天然气净化技术面临天然气气质和尾气排放标准的双重挑战,故在综述国内外富含CO2天然气脱除CO2技术现状的基础上,分析了现有净化技术存在的问题,即活化甲基二乙醇胺(aMDEA)法CO2吸收剂循环量大、装置能耗高,变压吸附法和膜分离集成法工艺不成熟等。进而提出了活化剂、工艺流程及其操作参数优化、变压吸附和膜分离集成技术等新的研究方向,以期形成适用于富含CO2天然气净化的系列配套技术,助推我国富含CO2天然气的高效开发。     

Optimal activated carbon for separation of CO2 from (H2 + CO2) gas mixture

Seven types of activated carbon were used to investigate the effect of their structure on separation of CO₂ from (H₂ + CO₂) gas mixture by the adsorption method at ambient temperature and higher pressures. The results showed that the limiting factors for separation of CO₂ from 53.6 mol% H₂ + 46.4 mol% CO₂ mixture and from 85.1 mol% H₂ + 14.9 mol% CO₂ mixture were different at 20 C and about 2 MPa. The best separation result could be achieved when the pore diameter of the activated carbon ranged from 0.77 to 1.20 nm, and the median particle size was about 2.07 lm for 53.6 mol% H₂ ? 46.4 mol% CO₂ mixture and 1.41 lm for 85.1 mol% H₂ + 14.9 mol% CO₂ mixture. The effect of specific area and pore diameter of activated carbon on separation CO₂ from 53.6 mol% H₂ ? 46.4 mol% CO₂ mixture was more significant than that from 85.1 mol% H₂ ? 14.9 mol% CO₂ mixture. CO₂ in the gas phase can be decreased from 46.4 mol% to 2.3 mol%–4.3 mol% with a two-stage separation process.     

Effects of ultrasonic waves on carbon dioxide solubility in brine at different pressures and temperatures

The adverse impacts of CO₂ emission on the global warming highlight the importance of carbon capture and storage technology and geological storage of CO₂ under solubility trapping mechanisms. Enhancing the solubility of CO₂ in formation water has always been the focus of research in the area of CO₂ sequestration. Ultrasound techniques are one of the environmentally friendly methods that use high-intensity acoustic waves to improve gas solubility in liquids. Ultrasonic waves can alter the properties of different phases that lead to chemical reactions and provide a means to increase the solubility of CO₂ in connate water. In this study, we investigated the effects of ultrasound on the solubility of CO₂ in connate water under different conditions of pressure, temperature, and salinity. The results showed that the solubility of CO₂ was improved with increasing pressure under ultrasonic effects. However, the solubility of CO₂ was inversely proportional to the increase in brine salinity and temperature. Therefore, it was concluded that the solubility of CO₂ might be enhanced in the presence of ultrasound.     

哌嗪类有机胺溶液捕集CO2性能研究

目的 开发合适的有机胺脱碳溶液。方法 分别以PZ、1MPZ、HEP和AEP为吸收剂,考查了哌嗪类有机胺溶液的CO₂吸收/解吸性能。结果 PZ溶液和AEP溶液的CO₂吸收性能明显优于1MPZ溶液和HEP溶液,但二者的解吸率相对较低,不利于有机胺溶液的循环使用。1MPZ溶液解吸率虽大于85.00%,但其易挥发性导致CO₂循环吸收容量大幅降低,从而使其工业应用受限。而HEP溶液的解吸率约90.00%,且经4次循环吸收/解吸实验后,其CO₂吸收容量和解吸率变化幅度低于1%。结论 HEP溶液性能稳定,更适用于工业CO₂捕集过程,具有良好的应用前景。     

甲烷裂解制氢工艺研究进展及技术经济性对比分析

为应对气候变化,减少CO₂排放,开发低碳能源技术是十分必要的。氢能因其清洁低碳被视为最有前景的清洁能源之一,但传统制氢工艺(煤制氢、甲烷蒸汽重整制氢)不可避免会造成CO₂大量排放。在向零碳氢过渡阶段,甲烷裂解技术被视为潜在的低碳氢生产方法,在制氢的同时还能产出具有附加价值的碳产品,且整个裂解过程不直接排放CO₂,因而受到广泛关注。重点介绍了几种不同甲烷裂解制氢工艺,即高温热裂解制氢、催化裂解制氢、等离子体制氢、熔融金属裂解制氢等,详细阐述了上述制氢工艺的研究进程,并从经济效益方面类比了技术经济可行性。此外,还提出了未来技术发展和攻关方向的建议。      

The Purification of Sour Associated Gas From Daqing Oilfield Using UDS Solvent

Kinetics of CO₂ absorption into UDS (a multicomponent solvent) and MDEA solutions are measured in a disk column. Compared with MDEA, UDS shows greater absorption rate under the same operating conditions. The calculated activation energy E _a for CO₂ absorption into UDS is 44.92 kJ·mol^?1, which is higher than that of MDEA. The atmospheric absorption experiment results indicate that UDS solution shows great superiority in removing sour compounds such as H₂S and CO₂ from oilfield associated gas as compared with MDEA.     

Accurate estimation of CO2 adsorption on activated carbon with multi-layer feed-forward neural network (MLFNN) algorithm

Global warming due to greenhouse effect has been considered as a serious problem for many years around the world. Among the different gases which cause greenhouse gas effect, carbon dioxide is of great difficulty by entering into the surrounding atmosphere. So CO₂ capturing and separation especially by adsorption is one of the most interesting approaches because of the low equipment cost, ease of operation, simplicity of design, and low energy consumption.In this study, experimental results are presented for the adsorption equilibria of carbon dioxide on activated carbon. The adsorption equilibrium data for carbon dioxide were predicted with two commonly used isotherm models in order to compare with multi-layer feed-forward neural network (MLFNN) algorithm for a wide range of partial pressure. As a result, the ANN-based algorithm shows much better efficiency and accuracy than the Sips and Langmuir isotherms. In addition, the applicability of the Sips and Langmuir models are limited to isothermal conditions, even though the ANN-based algorithm is not restricted to the constant temperature condition. Consequently, it is proved that MLFNN algorithm is a promising model for calculation of CO₂ adsorption density on activated carbon.