延长石油CO_(2)捕集与封存技术及实践

延长石油创新将煤化工CO_(2)捕集与油藏CO_(2)封存相结合,实现了煤炭清洁利用、碳减排和原油增产等多重效益,探索形成了一条煤化工产业低碳发展的新路径。系统阐述了延长石油CCUS全流程一体化技术及矿场实践,形成了煤化工低温甲醇洗低成本CO_(2)捕集技术,捕集成本105元/t,捕集示范规模30万t/a;建立了CO_(2)封存选址及潜力评价方法,评价油田CO_(2)理论封存量为8.84×10~8 t,封存适宜区主要分布在油田西部;揭示了跨时间尺度油藏CO_(2)封存状态演变规律,水气交替注入情景下CO_(2)封存10年和100年对应的构造、束缚、溶解和矿化封存量占比分别为24.38%、27.19%、48.38%、0.05%和15.09%、38.65%、45.77%、0.49%;创建了盖层封闭性评价方法,明确化子坪CO_(2)封存试验区长4+5盖层主要为Ⅰ、Ⅱ类;构建了“三位一体”CO_(2)安全监测体系,监测未发现CO_(2)地质泄漏,封存安全等级为Ⅰ级,矿场实现CO_(2)安全有效封存10.12×10~4 t。煤化工CO_(2)捕集与油藏CO_(2)封存矿场实践取得了良好的碳减排与原油增产效果,相关创新技术应用前景较为广阔。

固废基硫掺杂多孔炭材料制备及其对CO_(2)吸附性能研究进展

含碳固废来源广、产量大,其大量堆存严重制约了环境可持续发展,因此含碳固废资源化利用意义重大。利用含碳固废制备多孔炭材料是其清洁高效利用的重要方式之一。对多孔炭进行硫原子掺杂不仅可使材料表面的亲水性得到改善,还可以改变材料表面的化学异质性,生成有利于CO_(2)捕集的活性位点,强化材料对CO_(2)分子的吸附作用,从而提高其CO_(2)吸附容量。简述了固废基硫掺杂多孔炭材料的制备方法,总结了硫掺杂多孔炭材料用于CO_(2)吸附的最新研究进展,并对硫掺杂多孔炭材料未来发展趋势及其在CO_(2)吸附领域的工业化应用进行了展望。

基于碳化钼材料CO_(2)加氢制备高附加值化学品的热催化研究进展

CO_(2)加氢对于CO_(2)转化制备高附加值化学品和燃料以实现二氧化碳利用及能源储存至关重要。CO_(2)加氢包括甲烷化、逆水煤气变换、甲醇化和CO_(2)直接费托合成等。碳化钼,尤其是其二维材料,由于其低成本和良好的性能而备受关注。在CO_(2)加氢反应中,由于碳的渗入,导致晶格膨胀以及价电子增加,碳化钼基催化剂展现出了类似于贵金属催化剂的性质。碳化钼可以通过程序升温渗碳法、选择性蚀刻法、机械合金合成法、化学气相沉积法、原位热渗碳法以及溶液相合成法等来制备。到目前为止,学者已经对基于碳化钼的材料的CO_(2)转化进行大量研究,这些材料具有良好的CO_(2)转化活性和对目标产物的选择性。碳化钼材料的催化性能可以通过调节碳化钼中的C/Mo比、在碳化钼与负载金属之间建立强的金属-载体相互作用以及调整材料的界面结构来实现。然而,基于碳化钼的热催化CO_(2)转化仍处于初级阶段。本文综述基于碳化钼的热催化CO_(2)加氢制备高附加值化学品和燃料的研究进展,并分析其面临的挑战和机遇。

K_(2)CO_(3)活化低阶煤和污泥共水热炭制备多孔炭及其对CO_(2)和SO_(2)吸附性能

我国低阶煤储量大,低阶煤材料化利用是当前国家重大需求。另外,我国城市污泥排放量逐年增加,高含水率污泥资源化利用至关重要。低阶煤和污泥水热碳化可有效资源化利用原料内的硫氮元素,制备硫氮掺杂水热炭。水热炭孔隙较不丰富,对其进行活化造孔可丰富其孔隙结构,制备得到硫氮掺杂多孔炭。选用较为温和K_(2)CO_(3)作为活化剂,探究K_(2)CO_(3)活化不同次烟煤与污泥水热炭制备多孔炭材料的性质,并研究多孔炭对CO_(2)和SO_(2)的吸附性能。结果表明,次烟煤和污泥水热炭经K_(2)CO_(3)活化改性后,硫氮元素含量相较于原来的水热炭均有所减少,多孔炭的比表面积由原水热炭的23.92m^(2)/g增至331.77m^(2)/g,孔体积由原水热炭的0.07cm^(3)/g增至0.23cm^(3)/g。制备的多孔炭对CO_(2)和SO_(2)具有一定的吸附效果,次烟煤与污泥质量比为7∶3,水热碳化温度为160℃时,经700℃K_(2)CO_(3)活化所制备的多孔炭在25℃下,对CO_(2)吸附量为1.56 mmol/g;次烟煤与污泥质量比为1∶1,水热碳化温度为160℃时,所制备的水热炭经活化后,其在吸附温度为120℃时,对SO_(2)的吸附量为52.2 mg/g,且随着水热碳化温度升高,其吸附量有所下降,共水热炭相比于单一水热炭对CO_(2)和SO_(2)的吸附性能更好。研究结果可为低阶煤和污泥清洁高效利用和低成本CO_(2)、SO_(2)吸附剂开发提供理论依据。

低渗透CO_(2)驱注入井注入困难原因分析与防治对策

CO_(2)的平稳注入是低渗透油藏CO_(2)驱扩大波及体积与提高采收率的保障,针对CO_(2)驱注入井、水、气交替过程中陆续出现的油管缩径、油管堵塞、近井油层堵塞等引起的注入困难问题,依托注水管线冲洗、连续油管冲洗返吐等方式,对储层、井筒、井口、管线等重要节点,开展了岩心、水质、固体沉积物、堵塞物取样分析,结果表明:由于注入水水质不合格,含油、机杂以及FeCO_(3)、FeS、CaCO_(3)等腐蚀结垢产物的二次污染是引起注入困难的主要原因。根据不同堵塞位置,优选设计了连续油管热洗+钻磨、连续油管旋转喷射+解堵液等解堵治理技术与措施,有效解除了井筒及近井地带堵塞现象。同时,针对欠注原因,优选了防腐药剂体系,配套了接力加药工艺与井口过滤器,形成了日常防控技术措施,保障了地面管线内防腐效果与入井流体合格,减少了管线、井筒、地层二次污染。通过防治技术相结合,保障了CO_(2)驱注入系统高效、平稳注入。

低渗透油藏强化CO_(2)/水交替注入驱油效果实验研究

为了强化低渗透油藏CO_(2)/水交替注入(WAG)驱油效果,针对CO_(2)黏性指进问题,提出了锥形WAG驱和活性水WAG驱2种强化驱油效果的方式。通过非均质岩心驱替实验,对比分析了锥形水气比(5∶1~1∶1和1∶1~1∶5)与等比例(1∶1)注入时采出程度变化情况;基于泡沫性能和界面活性评价结果,优选了强化WAG驱用表面活性剂,通过非均质岩心驱替实验评价了活性水强化WAG效果。结果表明:采用锥形WAG驱替时采出程度高于等比例水气比驱替。优选了具有良好起泡性能和低界面张力的L1表面活性剂,L1表面活性剂浓度为0.5%时,泡沫强度达到中等强度,油水界面张力降至2.91×10^(-2) mN/m;L1表面活性剂浓度为0.4%时,高渗层采出程度提高了26.82%,以提高洗油效率作用为主;L1表面活性剂浓度为0.6%时,低渗层采出程度提高了21.48%,以泡沫调驱作用为主。该研究成果为实现低渗透油藏CO_(2)驱油高效开发有指导意义。

均相与多相催化剂在CO_(2)环加成反应中的研究进展

二氧化碳(CO_(2))是一种主要的人为温室气体,主要由化学、热电和钢铁工业以及运输等部门产生。大气层中CO_(2)浓度的增加是导致诸多环境问题的主要原因,如全球变暖、海平面上升和全球气温升高。然而,CO_(2)作为一种可再生、廉价和无毒的化学原料,可用来生产具有高附加值的化学品,进而降低碳浓度。五元环碳酸酯由于其优越的物理化学特性,如高沸点、高偶极矩和生物降解等性能而被广泛应用。由环氧化合物和CO_(2)合成环碳酸酯是迄今为止研究较多的方法。然而,由于CO_(2)的高热稳定性和动力学惰性,使其作为反应原料需要大量的能量投入,可能导致的结果是CO_(2)浓度是一个净增长过程。因此,利用CO_(2)作为C1构筑单元是一个长期的挑战。本工作基于CO_(2)固定反应机制,概述了各种类型的均相和多相催化剂在CO_(2)固定反应合成精细化学品环状碳酸酯中的研究进展,包括有机催化剂、离子液体、金属有机框架化合物、多孔有机聚合物等。目前,几乎所有类别催化剂均可以在室温和低压力下,以实验室规模成功地使用纯CO_(2)将其固定到末端环氧化合物上,对于非末端环氧化合物通过更高的温度和压力以实现相应转化。同时,分析了催化剂在多取代环氧化合物或生物衍生环氧化合物转化、低浓度CO_(2)转化和实现工业化三个方面所面临的挑战,并提出了未来相关研究努力的方向。

延长油田CO_(2)大气扩散数值模拟研究及监测点位优化

由于陕北地区局部气象环境复杂,造成CO_(2)浓度扩散方向的不确定性,同时,延长油田地处黄土塬,地貌沟壑纵横高低起伏,导致布置CO_(2)大气监测点位困难。本文基于Fluent软件模拟了不同泄漏情景下CO_(2)驱油与封存泄漏后在大气中的扩散规律,优化监测点位布局,并开展了监测实践。研究结果表明:随着风速的不断增加,CO_(2)云的浓度在纵向上呈现出一直缩小的趋势,但是CO_(2)云的浓度在横向上的扩散距离呈现出先增大后缩小的趋势;当风速为2.0 m/s时,CO_(2)云的扩散距离最远为47 m,浓度最大的CO_(2)云扩散距离为15 m;随着泄漏速度的增大,近地表处CO_(2)云的浓度无论是在纵向上还是在横向上都在不断增大;当泄漏速度小于0.4 m/s时,随着泄漏速度的增加,CO_(2)云的扩散距离增加得较快;当泄漏速度大于0.4 m/s时,随着泄漏速度的增加,CO_(2)云的扩散距离增加速率变缓。结合模拟结果、陕北地区气象环境、裂缝发育方向、“注气”优势方向和近地表植被高度,确定监测点位布局:方向上为北东—南西向;平面上为距离井口下风向15 m;纵向上为采样高度50 cm。CO_(2)浓度大气监测点的监测结果表明并未发生泄漏。

硫掺杂碳纳米管催化单乙醇胺溶液解吸CO_(2)机理的理论研究

醇胺法吸收CO_(2)是目前最成熟的碳捕集技术,虽然吸收效率高、稳定性好,但过高的解吸能耗限制其大规模工业推广应用。催化解吸提供了降低CO_(2)解吸能耗的可能性。本工作利用基于密度泛函理论(DFT)的量子化学模拟方法,探索了硫掺杂碳纳米管(S-CNTs)催化单乙醇胺(MEA)溶液吸收-解吸CO_(2)反应机理。通过过渡态搜索发现,以S-CNTs为催化剂的解吸过程,决速步骤的反应能垒降低了1.15 kcal/mol。局部态密度(PDOS)分析表明,产物氨基甲酸酯吸附质子化胺MEACOO−_MEAH+和吸收中间产物MEA+COO−中的C、N、O原子在CNTs和S-CNTs表面吸附时PDOS差距较大。此外,与未改性CNTs相比,S-CNTs上电荷密度增加,掺杂的硫原子附近碳原子具有明显的电负性。相比于CNTs,吸收中间产物MEA+COO−和吸收产物MEACOO−_MEAH+均向S-CNTs转移了更多的电荷,表明更多的电荷转移有利于CO_(2)的释放。本工作旨在通过CO_(2)催化解吸机理的研究为催化剂的设计提供一定的理论依据。

Modified TiO_(2)/In_(2)O_(3) heterojunction with efficient charge separation for visible-light-driven photocatalytic CO_(2) reduction to C_(2) product

Utilizing sunlight to convert CO_(2) into chemical fuels could address the greenhouse effect and fossil fuel crisis,Heterojunction structure catalysts with oxygen vacancy are attractive in the field of photocatalytic CO_(2) conversion.Herein,a modified TiO_(2)/In_(2)O_(3)(R-P2 5/In_(2)O_(3-x)) type Ⅱ heterojunction composite with oxygen vacancies is designed for photocatalytic CO_(2) reduction,which exhibits excellent CO_(2) reduction activity,with a C_(2) selectivity of 56.66%(in terms of R_(electron)).In situ Fourier-transform infrared spectroscopy(DRIFTS) and time-resolved photoluminescence(TR-PL) spectroscopy are used to reveal the intermediate formation of the photocatalytic mechanism and photogenerated electron lifetime,respectively.The experimental characterizations reveal that the R-P25/In_(2)O_(3-x) composite shows a remarkable behavior for coupling C-C bonds.Besides,efficient charge separation contributes to the improved CO_(2) conversion performance of photocatalysts.This work introduces a type Ⅱ heterojunction composite photocatalyst,which promotes understanding the CO_(2) reduction mechanisms on heterojunction composites and is valuable for the development of photocatalysts.

考虑封存机理的低渗透油藏CO_(2)驱油与封存注采参数敏感性分析

低渗透油藏采用CO_(2)驱油,既可以提高油气采收率,又能实现CO_(2)地质封存。基于CO_(2)封存机理,采用数值模拟方法,建立了考虑CO_(2)构造封存、束缚封存和溶解封存的驱油与封存机理模型,研究在连续注气开发和水气交替注入开发下,不同注采参数(注水年限、CO_(2)注入速度、注采比、生产井井底流压下限、注入井井底流压上限、循环次数和气水段塞比)对低渗透油藏CO_(2)驱油采收率与CO_(2)封存效率的敏感性。结果表明:CO_(2)封存机理会对CO_(2)驱油以及CO_(2)封存造成很大的影响。连续注气开发时,CO_(2)束缚封存有利于驱油,但对CO_(2)封存影响不大;CO_(2)溶解封存不利于CO_(2)驱油,但是有利于CO_(2)封存。水气交替注入开发时,CO_(2)封存机理不利于CO_(2)驱油,但是对CO_(2)封存有促进作用。研究结果可揭示不同CO_(2)注入方式下,封存机理对驱油与封存的影响规律。

CO_(2)刺激响应型表面活性剂压裂液性能研究

为了降低油气田压裂施工中压裂液对地层产生的二次伤害,本研究采用叔胺型表面活性剂制备了具有CO_(2)刺激响应的表面活性剂压裂液,采用不同方法对其主要性能进行了研究。结果表明,该压裂液在100℃条件下,剪切速率为170 s^(-1)时,具有较好的耐温抗剪切性能。当柴油用量为2.0%时,压裂液的黏度在10 min后降至5 mPa·s以下,易于返排液从地层返排,破胶液表面张力较小。在压裂液对岩心伤害性能评价实验中,压裂液具有较低的岩心伤害程度,能够满足现场施工要求。

延长油田CO_(2)驱扩大波及体积矿场实践

J区块经历多年注水开发,油井增产效果变差,仅砂体展布方向的油井受效。为了改善J区块开发效果,积极探索特低渗透油藏开发方式,通过开展CO_(2)驱先导试验研究CO_(2)驱波及体积,采用水气交替的注入方式抑制CO_(2)沿着优势通道的快速渗流。矿场实践表明,实施水气交替注入后,J区块除砂体展布方向外,其他方向的油井也开始展现出增产效果,特别是后续水段塞注入后,4#油井的月产油量从64 t升至102 t,标志着水气交替注入扩大了波及体积,取得了较好的开发效果。该研究为类似油藏提高采收率提供借鉴。

高效3AP-DMEA-正丁醇-水相分离CO_(2)吸收剂的开发

燃煤电厂、钢铁企业等尾气中低浓度CO_(2)的排放控制是实现“碳中和”目标的关键。目前胺法捕获CO_(2)技术被认为是最有产业化应用前景的技术。为突破现有胺法在降能耗方面的技术瓶颈,旨在开发高效的相分离CO_(2)吸收剂。探究了伯/仲胺结构对与胺-正丁醇-水吸收剂吸收CO_(2)后分相特性的构效关系,研究了叔胺结构对3-氨基丙醇(3AP)-正丁醇(NBA)-水吸收-解吸和分相性能的作用规律。实验结果显示,3AP-NBA-H_(2)O吸收剂在富CO_(2)相黏度、胺分布、体积和相变临界点等方面均具有一定的优势,表明其具有良好的分相特性。添加叔胺可以明显降低富CO_(2)相黏度,同时提高单位体积溶液的CO_(2)循环容量和解吸率。新型20%3AP-10%N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)-40%NBA-30%H_(2)O相分离吸收剂的富相体积为61.2%,黏度仅为6.73 mPa·s,富相中胺的占比为91.2%,其解吸率和CO_(2)循环容量分别达72.00%和1.42 mol·L^(-1),分别比30%3AP-40%NBA-30%H_(2)O吸收剂提高了88.6%和86.8%,比30%单乙醇胺(MEA)溶液提高了46.8%和13.6%。

生物炭CO_(2)吸附剂的制备和改性研究进展

CO_(2)作为主要的温室气体,对全球生态系统造成了巨大影响。生物炭因其原料来源广泛、制备成本低廉等原因,被认为是一种具有成本效益的CO_(2)吸附剂,但原始生物炭的结构特性和表面化学性质较差,所以需要对其理化性质进行调整。本综述从生物炭的理化性质出发,对生物炭的制备及改性方法进行了系统的分析,并在前人研究的基础上,对生物炭吸附CO_(2)的机理进行了总结。着重分析了改性过程中生物炭孔隙结构和表面化学性质等的变化对其CO_(2)吸附性能的影响。此外,还探讨了生物炭作为CO_(2)吸附剂在大规模CO_(2)捕集中可能存在的问题,以及未来研究的主要方向,旨在为改性生物炭CO_(2)吸附剂的制备及应用提供理论依据。

超临界CO_2与煤中矿物的流固耦合及其地质意义

针对超临界CO2与煤中矿物反应改变煤岩物性、影响CO2驱替煤层气开采的现状,介绍了超临界CO2与矿物碳酸化反应的基本原理,评述了煤中矿物碳酸化过程对煤岩物理性质的改造作用。基于前人研究成果,指出现有实验室模拟与地质条件下煤中矿物碳酸化过程存在很大差异,认为地质条件下超临界CO2与煤中矿物的流固耦合机理严格受控于煤岩的孔裂隙系统,指出超临界CO2与煤中矿物流固耦合作用对矿物形态与结构及煤岩力学性质、表面电性、吸附性等的改造有待进一步认识。并指出煤岩结构的完整性和弱水动力条件是建立合理煤中矿物碳酸化过程及效应的基础。

复合溶液膜吸收CO_2的性能及其对膜孔润湿的影响

利用自行搭建的CO_2膜吸收实验台,采用聚丙烯(PP)膜组件,以质量分数10%的N-甲基二乙醇胺(MDEA)作为主体胺溶液,添加不同配比的哌嗪(PZ)、乙醇胺(MEA)、甘氨酸钾(PG),考察CO_2脱除效率和传质速率的变化,比较不同复配比的复合溶液表面张力以及对PP膜的浸润性,并以10%MDEA+10%PG混合溶液作为吸收液进行长时间实验。结果表明:添加少量的添加剂对MDEA溶液膜吸收CO_2均有显著的促进作用,当配比小于0.2时,促进作用大小为PZ>MEA>PG;当配比大于0.2时,促进作用大小为PZ>PG>MEA;PZ和MEA均随着添加配比的增加,溶液表面张力减小,而PG相反;表面张力小的溶液对膜浸润性较强,容易造成膜润湿;添加剂质量分数均为10%时,对膜溶胀性和疏水性以及膜孔结构影响大小为PZ>MEA>PG;在20天内,PG/MDEA混合溶液作用下的CO_2脱除效率从89.56%下降为83.09%,对PP的疏水性影响较小,膜组件可以稳定运行。吸收液表面张力对膜吸收法脱除CO_2性能的影响显著。所得结果可为膜吸收CO_2吸收剂复配提供依据,并可为揭示膜吸收CO_2过程中膜润湿导致膜失效的机理以及抑制膜润湿提供实验数据。

二乙烯三胺吸收CO_2分子机理的半经验量子化学研究

以半经验分子轨道的AM1方法计算出分子热力学参数,研究了二乙烯三胺吸收二氧化碳过程的热力学。二乙烯三胺吸收二氧化碳包括两个过程:靠分子间作用力的物理吸收和形成甲酸胺的化学吸收。在两个过程中,一个二乙烯三胺吸收两个二氧化碳分子在热力学上最为有利;氨基甲酸分子中羟基氢离子的电离,在质子受体(如水分子)存在下更为有力,与实验结果相一致。

低渗透致密油藏CO_(2)驱油与封存技术及实践

延长油田将煤化工CO_(2)减排和CO_(2)资源化利用创新结合,开创了陕北地区煤化工低碳发展和低渗透致密油藏绿色高效开发联动发展的产业模式。系统阐述了延长油田全流程一体化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术及矿场试验,形成了煤化工低温甲醇洗低成本CO_(2)捕集技术,提出了低渗透致密油藏CO_(2)非混相驱“溶蚀增渗、润湿促渗”新理论,形成了以提高CO_(2)混相程度和CO_(2)驱立体均衡动用为主的CO_(2)高效驱油技术,明确了储层上覆盖层封闭机理,完善了盖层封盖能力和CO_(2)封存潜力评价方法,丰富了油藏CO_(2)安全监测技术体系。矿场实践表明CO_(2)驱油与封存技术在低渗透致密油藏具有广阔的应用前景。

基于水泥基材料的CO_(2)矿化封存利用技术综述

为了减缓水泥行业排放的CO_(2)对全球气候变化的影响,基于二氧化碳捕集封存与利用(CCUS)技术,通过CO_(2)与水泥基材料中含Ca^(2+)和Mg^(2+)的胶凝材料及其水化产物之间的矿化反应,将CO_(2)以无机碳酸盐形式封存在水泥基材料中。在实现封存CO_(2)的同时,因其矿化产物(主要为碳酸钙和无定形SiO_(2))具有较好的稳定性、填充效应以及成核效应,CO_(2)矿化处理后水泥基材料的力学性能、耐久性得到有效提高,短时间内获得了具有高性能的水泥基材料。本文总结了现阶段CO_(2)在水泥基材料中矿化封存利用的研究进展,从混凝土矿化养护过程中不同胶凝材料与CO_(2)的反应特性、再生骨料CO_(2)矿化强化处理对其微观结构和性能影响以及水泥基材料矿化封存CO_(2)的能力等方面进行了论述,并对该技术未来的发展和研究方向进行了展望。