超临界CO2管道泄漏特性研究进展

超临界CO₂输运管道泄漏可能造成断裂扩展、人员伤害和输运介质损失等重大事故,因此对泄漏过程中热力学参数变化规律的深入研究具有重要意义。目前对超临界CO₂管道泄漏特性研究不够,有必要进行详细的文献综述分析。介绍了CO₂管道泄漏特性研究背景及意义,综述了国内外CO₂管道泄漏过程中减压过程、近场射流膨胀及远场扩散规律实验、理论分析和数值模拟方面的研究现状,分析了目前超临界CO₂管道泄漏特性的研究不足,并对将来的研究方向进行了展望。     

密相CO2管道泄漏失压过程热力学特性

开展了3组不同孔径(50、100和233 mm)工业规模密相CO_2管道(长258 m、内径233 mm)泄漏实验,记录了管内不同位置处CO_2压力和温度的时程曲线。应用REFPROP软件,获得CO_2密度、焓值和Prandtl数(Pr)的变化,研究了密相CO_2管道泄漏失压过程的热力学特性变化规律。结果表明:管道发生泄漏后,密相CO_2迅速转为气液两相,随着实验进行气液两相转为气相,并伴随固相干冰生成。相态变化导致管内介质焓值增大,介质密度突降,口径越小其参数变化越明显。由于管内介质形成多相流流体流动,越靠近泄漏口管顶位置温度变化越大,对流换热强度越大。随泄漏口径增大,CO_2相变明显,Pr增大,管内介质换热从管底向管顶移动。管内换热效果在CO_2相变临界点位置达到最好。     

对比实验应用于二氧化碳的性质研究

为了解决学生在上课时参与度不高,不能清楚理解相关知识的概念,进而被动学习的问题,设计对比实验.利用对比实验,增强视觉刺激,引发学生认知冲突,提高求知欲,使学生在真实的问题情境中拓展思维.以探究二氧化碳的性质相关教学为例,设计对比实验,进一步论述对比实验的意义.     

二氧化碳重整甲烷制合成气研究进展

由于二氧化碳重整甲烷制合成气具有很多优点,因此引起了广泛的关注。本文综述了二氧化碳重整甲烷制取合成气的研究进展,介绍了二氧化碳重整甲烷热力学、甲烷和二氧化碳的活化、二氧化碳重整甲烷反应过程中的表面积碳和消碳和二氧化碳重整甲烷反应机理的研究现状,并进行了讨论和分析。     

R1234yf+CO2和R1234ze (E)+CO2二元混合物的比容平移Soave-Redlich-Kwong方程

采用温度相关比容平移项的比容平移Soave-Redlich-Kwong（VTSRK）方程计算新工质R1234yf和R1234ze（E）的热力学性质以及两种物质与CO₂的二元混合物性质,混合物计算采用van der Waals混合规则,二元交互作用系数由密度数据拟合得到。对纯净物计算与专用状态方程进行对比,VTSRK方程比SRK方程显著改善了液相密度表征效果。对混合物的密度计算结果与实验数据进行对比,对于R1234yf+CO₂二元混合体系方程与实验数据相对均方根偏差为1.17%,对于R1234ze（E）+CO₂二元混合体系相对均方根偏差为0.82%。结果显示,采用温度相关比容平移项的VTSRK方程应用于R1234yf和R1234ze（E）纯流体以及R1234yf+CO₂和R1234ze（E）+CO₂密度性质计算,可获得较高精度。     

二氧化碳制备与性质实验的一体化探究与实践

在分析人教版教材二氧化碳制备与性质实验的基础上,将教材中的实验进行了优化设计,以趣味实验制备二氧化碳,并对二氧化碳性质实验的装置进行一体化改进,最后通过该装置进行系列实验.该改进实验设计具有原料简单易得、实验微型绿色、操作简单连贯等优点,达到了高度整合,提升效率和发展思维的目的.     

生物质二氧化碳气化过程模拟分析

利用Aspen Plus软件对生物质二氧化碳气化流程进行了严格稳态模拟,模拟结果与实验数据吻合良好。在此模型基础上分别研究了CO2-O2,H2O-CO2和H2O-CO2-O23种组合气化剂的工艺特性,通过调节温度、氧气当量比、CO2/C(摩尔比)和H2O/C(摩尔比)4个影响生物质气化的参数,分析气体产率和冷煤气效率变化规律,从而获得最优流程优化参数。研究结果表明:随着温度升高,气体产率和冷煤气效率升高,1 000℃以后趋于平稳;随着氧气的增加气体产率和冷煤气效率降低,较低的混合气当量比下产生的合成气较为理想;二氧化碳增加,一氧化碳的产率和冷煤气效率大幅提高,氢气的产率几乎不变;随着水蒸汽的比例增加,氢气产率增加,一氧化碳和甲烷减少,冷煤气效率先减少再增加,并在0.1到0.15之间有最小值。     

小尺度超临界CO2管道小孔泄漏减压及温降特性

超临界CO₂管道运行过程中一旦发生泄漏，将会造成严重的事故。本文基于小尺度CO₂管道（长14.85m，内径15mm）实验装置开展了超临界纯CO₂及含杂质超临界CO₂管道的小孔泄漏实验，测量了不同泄漏孔径及不同起始压力条件下超临界CO₂管道泄漏过程中管内介质的压力和温度响应曲线，分析了管道泄漏过程中CO₂的相态变化。研究结果表明，在超临界CO₂管道泄漏过程中，管内流体温度存在一个最低值，CO₂由超临界态直接转变为气态；泄漏孔径越大，管道泄漏时间越短，管内介质温度所能达到的最低值更低；N₂的存在缩短了管道泄漏的时间，提高了管内介质的最低温度，且N₂含量越高，该最低温度越高。此外基于管道泄漏时间的自保持性，得出了不同泄漏孔径和起始压力条件下管内压力随泄漏时间变化的经验公式。     

CO2混合物热物性在CCS研究中的作用:实验数据、理论模型和典型应用

二氧化碳捕集与封存（CCS）各工艺过程的设计、运行都依赖于对CO₂及其混合物热物理性质的深入理解。同时，CCS的规模化发展和商业化进程，对CO₂混合物及其热物性的准确性提出了更高的要求。本文从实验数据、理论模型和典型应用3个方面综述了CO₂及其混合物热物性的发展现状，并尝试对发展趋势进行归纳。在实验研究方面，CO₂混合体系的研究进展视组分不同，差异较大，其中CO₂-N₂、CO₂-CH₄、CO₂-H₂O和CO₂-H₂二元体系已形成较完善的物性数据库，而CO₂-NH₃、CO₂-NO _x 和CO₂-CO体系的物性数据还比较欠缺；在物性估算方面，面向CCS的物性估算模型研究自2008年开始活跃，基于不同理论构架，目前已逐步形成面向CCS的多元化的物性估算体系。物性研究在CCS中的应用主要体现在物性是支撑CCS过程研究的基础，其不准确性在过程模拟或计算中会被“放大”，从而影响过程评估的准确性，本文从物性在循环构建和能效分析中的作用以及CO₂水合物的形成3个方面入手做了说明。文章最后对面向CCS的物性研究趋势进行了梳理，对分子模拟技术、通用性强的物性估算模型和物性在过程设计和循环分析中的角色进行了展望。     

超临界CO2管道减压过程中的热力学特性

基于工业规模CO₂管道（长258 m,内径233 mm）实验装置开展了3组不同泄放口径的超临界CO₂的泄放实验,测量了CO₂减压过程中管内介质压力变化以及介质与管壁的温度分布,分析了减压过程中CO₂相态、密度变化及管壁内外传热过程。研究表明,超临界CO₂泄放导致管内介质压力、温度及管壁温度均下降,最终趋于稳定,介质由超临界相变为气液两相最终变为气相。初始阶段的温降幅度最大,对流换热强度最大。距离泄放端越远,管内顶部和底部介质的温降幅度越大,对流换热强度越小,在泄漏口附近的对流换热最为剧烈。随着泄放口径的变大,泄放时间和管道内介质与管道的换热时间都变小,且沿着管道方向的管道内流体和管壁的温度梯度变大,对流换热强度也变大。     

Research progress on leakage characteristics of supercritical CO2 pipeline

Leakage of supercritical CO₂ long-distance pipelines may cause significant accidents such as pipeline fracture propagation, human injury and medium loss. Therefore, it is of great significance to further study the variation of thermodynamic parameters in the process of pipeline leakage. At present, there is insufficient research on the leakage characteristics of supercritical CO₂ pipelines, and it is necessary to conduct a detailed literature review and analysis. This paper introduces the research background and significance of CO₂ pipeline leakage characteristics. The experimental, theoretical analysis and numerical simulation of the decompression process, near-field jet expansion and far-field diffusion of CO₂ pipeline at home and abroad are reviewed in detail. Finally, this paper summarizes the current research deficiencies of supercritical CO₂ pipeline leakage characteristics, and prospects the future research direction.     

二氧化碳电化学还原反应器的研究进展

电化学还原二氧化碳（CO₂）可实现CO₂的资源化转化,是实现自然界“碳循环”、缓解因CO₂过度排放所引起诸多环境问题的关键技术。本文综述了CO₂电还原反应器的研究发展现状,并依据电解质的不同对比分析了各反应器的结构、传质特征及与之匹配阴极的CO₂转化活性与选择性。研究指出膜电极构型反应器是当前CO₂电还原反应器发展的主要方向,其电解质材料的优选不仅决定于其离子选择性与电导率,还需考虑电催化材料的性质与膜电极效率。最后,提出膜电极构型反应器内的过程强化技术与自支撑结构的阴极设计将成为CO₂还原研究发展的新方向。     

二氧化碳甲烷化催化剂的研究进展

CO₂催化加氢甲烷化反应是温室气体CO₂资源化利用的有效途径之一。本文回顾了CO₂催化加氢甲烷化催化剂的研究现状, 其中Ni基催化剂是研究最为广泛的CO₂甲烷化催化剂。重点介绍了Al₂O₃、SiO₂和La₂O₃载体及CeO₂和La₂O₃助剂等对Ni基催化剂CO₂甲烷化性能的影响, 阐述了载体的结构、电子性能、化学性能和助剂等对Ni基催化剂CO₂甲烷化性能的影响。结合几种非Ni基CO₂甲烷化催化剂的对比研究发现, 具有有序介孔结构的Co基催化剂也表现出了优越的CO₂甲烷化性能。由此表明, 催化剂新颖的结构也是影响CO₂甲烷化性能的重要因素, 通过催化剂结构、组成等的调变, 能实现CO₂低温高效甲烷化, 为CO₂甲烷化工业化进程奠定基础。     

工业规模CO2管道大孔泄漏过程中的射流膨胀及扩散规律

通过气相和超临界状态的两组工业规模CO₂管道（长258 m、内径233 mm、泄放孔径100 mm）泄放实验,分析了近场动压、可见云以及扩散区域温度和浓度变化。研究表明：在大口径气相和超临界CO₂泄放中,泄漏口处会形成高度欠膨胀射流,在射流结构中会生成大量干冰颗粒;后者形成的欠膨胀射流结构范围较大,但马赫盘的位置都在0.4 m内。可见云在快速膨胀后,在一定时间内维持在亚稳定状态,随后缓慢衰减。可见云携带干冰颗粒和水雾快速扩散,干冰颗粒在降至地面前已全部升华,未形成干冰床。气相与超临界泄放中的扩散区域温度在迅速下降后缓慢上升,且超临界泄放中温降更大;CO₂浓度均升高后缓慢下降,预测二者5%浓度在泄漏方向上的危险距离至少为30和50 m。     

二氧化碳与环氧烷开环共聚催化剂研究进展

综述了二氧化碳与环氧烷开环共聚制备聚碳酸酯的各类催化剂的研究进展,指出了研制高效、制备工艺简单、廉价易回收的环境友好催化剂仍是合成聚碳酸酯这一利用方式的研究重点,为二氧化碳的减排和资源化利用提供参考。     

二氧化碳协助强化对二甲苯氧化的连续过程实验与模拟

利用连续实验装置考察了气相CO₂浓度和反应温度对PX氧化反应的影响,并通过反应器建模对连续实验过程进行了模拟计算。研究结果表明,当气相CO₂浓度介于40%～60%时,CO₂能显著提高反应器出口PX转化率以及主产物收率,并且可以降低液相中主要杂质的含量;温度高于192℃后对反应器出口指标的影响比低温时明显。本文建立的全混流反应器模型能够预测气相CO₂含量以及温度等不同反应条件下氧化反应器出口的PX转化率、主产物收率以及液相主要杂质随停留时间的变化。相关研究结果可为当前工业PX氧化过程效率提高以及节能降耗提供新的思路。     

铁基催化剂光催化还原CO2研究进展

利用可再生清洁能源——太阳能,将CO₂转化为一氧化碳、甲烷、甲醇等,因同时具有提供可持续燃料和解决全球变暖问题的潜力而受到越来越多的关注。铁基材料因具有金属/半导体的特性和独特的电子结构,在光催化还原CO₂领域具有广阔的应用潜力。基于此,各种具有高催化活性的铁基催化剂已经被设计来提高光催化还原CO₂的效率。概述了近年来铁基催化剂在光催化还原二氧化碳中的研究进展,对它们的结构特征和催化活性进行了阐述和比较,最后总结了铁基催化剂在光催化还原CO₂领域中待解决的问题,并展望了未来发展的方向。