基于专利数据的CO_(2)捕集工艺节能降耗化学吸收剂的技术研发方向研究

CO_(2)捕集技术是CCUS工艺系统中最关键的环节,化学吸收法是发展最为成熟的燃烧后CO_(2)捕集方法。本文从CO_(2)捕集工艺节能降耗化学吸收剂的角度,采用专利定量方法对CO_(2)工艺节能降耗化学吸收剂技术发展以来的国内外专利进行分析,对全球与中国专利申请宏观态势、专利技术情况、各国专利技术流向等进行了研发阶段的专利导航,以期为国内相关研究人员在专利技术布局、专利竞争态势等方面提供专利申请建议。

工业CO_(2)资源化利用技术在盐碱地改良中的应用

工业CO_(2)资源化利用技术在环境保护和农业改良方面拥有巨大的潜力。文章详细探讨了这一技术的关键原理和应用过程,重点研究了CO_(2)捕集与分离、生成碳酸盐、土壤改良等关键技术,并分析了其在盐碱地改良中的应用效果。通过理论研究与实践结合,揭示了工业CO_(2)资源化利用技术在改善土壤结构、提高土壤肥力、促进作物生长以及减少温室气体排放方面的重要作用。

基于FES技术的O_(2)/CO_(2)燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性

O_(2)/CO_(2)燃烧技术被认为是一种清洁的燃煤发电技术,然而高碱准东煤燃烧过程中释放的大量碱金属通常是引起锅炉受热面积灰、结渣以及腐蚀的重要物质,严重危害了设备的安全稳定运行。因此,探讨O_(2)/CO_(2)燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性对于煤炭的清洁高效利用具有重要意义。基于火焰发射光谱技术(FES),在金属丝网反应器上研究了煤粉燃烧过程中不同类型碱金属盐在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)两种气氛下的释放特性。结果表明:在O_(2)/N_(2)气氛下,挥发分燃烧会产生明亮的火焰;与O_(2)/N_(2)气氛相比,O_(2)/CO_(2)气氛下煤粉燃烧强度降低,火焰温度下降,着火时间延迟,挥发分和焦炭的燃烧时间延长,使得煤粉中气相Na的释放过程受到抑制。对于NaAc、Na_(2)CO_(3)和Na_(2)SO_(4)来讲,O_(2)/CO_(2)气氛延迟了其释放过程中质量浓度降低的时间,使煤粉中气相Na从开始释放就进入稳定释放阶段,气相Na质量浓度变化率波动不大;但NaCl会在释放的4 s左右质量浓度变化率变为负值,导致释放的气相Na质量浓度一直降低。同时CO_(2)气氛还会使得NaAc、NaCl等类型盐转化形成更难释放的Na_(2)CO_(3),进一步抑制气相Na的释放过程。而Na_(2)CO_(3)的质量释放率在O_(2)/CO_(2)气氛下也降低的主要原因则是CO_(2)抑制了Na_(2)CO_(3)向Na_(2)O的分解过程。Na_(2)SO_(4)则由于其本身释放就比较困难,因此其质量释放率降低的主要原因是燃料燃烧温度和强度降低导致的。

CO_(2)转化技术的环境和经济效益评价及未来发展趋势

2022年全球CO_(2)排放量约为360.7亿t,仅2.3亿t CO_(2)被捕获并利用,占比仅为0.64%。为了实现2060年的碳中和目标,CO_(2)排放量需降至50亿t,CO_(2)利用总量需达到12亿t,其利用占比将增至24%,提高CO_(2)利用水平迫在眉睫。碳捕集、利用与封存(CCUS)技术已经成为减少CO_(2)排放、应对全球气候问题最具潜力的技术选择之一,通过不同的技术路径将捕集的CO_(2)转化为具有高附加值的工业产品一直是学术界和工程界的研究重点和热点,但不同的转化技术对于CO_(2)减排的潜在贡献仍存在不确定性。对近年来CO_(2)转化技术的发展现状进行了系统的综述,聚焦于3种具有代表性的CO_(2)转化路径和产品,并结合工业应用案例,对不同技术路径和不同产品的环境影响和技术经济性进行了比较分析。CO_(2)的碳酸化、利用CO_(2)生产聚合物产品等路径具有较高的碳负排放潜力,对于减少总体CO_(2)排放具有重要意义。

CO_(2)捕集与合成甲醇利用技术的研究进展

二氧化碳(CO_(2))是主要的人为产生的温室气体之一,其排放量的不断增加,引起了社会各界的广泛关注。近年来,科学家不断尝试从源头上减少CO_(2)的排放,但没有取得明显的效果。实际上,CO_(2)既是温室气体的主要来源,也是有用的碳源。因此,如何捕集和有效利用CO_(2)也是近年来许多学者一直在探索的研究方向。本文综述了吸收法、吸附法、膜分离法等主要的CO_(2)捕集方法;从CO_(2)的利用、H2的来源、CO_(2)加氢合成甲醇工艺等方面介绍了CO_(2)加氢合成甲醇的研究进展,为缓解CO_(2)排放提供参考思路。

大气^(14)CO_(2)的加速器质谱分析技术研究进展

利用加速器质谱技术测定大气^(14)CO_(2)以示踪大气化石源CO_(2)成为当前减污降碳工作的热点。该文从加速器质谱14 C分析基础出发,系统介绍了加速器质谱的工作原理、大气样品的采集及纯化、石墨化样品的制备和测定,阐述了大气碳监测领域^(14)CO_(2)测试的研究进展。随着加速器质谱技术的不断发展,大气^(14)CO_(2)的研究将会更加广泛和深入,有助于进一步认识大气化石源CO_(2)的来源,更有针对性地开展减污降碳工作。未来应统一制定^(14)CO_(2)监测方法标准,规范操作流程和质控手段,完善实验仪器配套设施,加快提升监测能力和水平。

煤矿区固废矿化固定封存CO_(2)与减污降碳协同处置利用的研究进展

“双碳”战略目标对煤炭行业转型升级和绿色低碳发展提出了新要求。以煤为主的能源结构和煤炭高强度开发带来矿区固废占用土地空间、破坏生态环境和排放温室气体,已成为制约煤炭行业绿色低碳发展的突出问题之一。基于“利废固碳、从哪里来到哪里去”的理念,探寻煤矿区固废无害化、减量化、资源化、低碳化的处置新路径,创新发展矿区固废处置、采空区地下空间充分利用、CO_(2)捕集利用与封存(CCUS)相融合的关键技术,是“双碳”目标下我国矿区绿色低碳发展的紧迫需求。研究工作表明:煤矸石、粉煤灰、炉底渣和煤气化渣等矿区固废在矿山地下空间充填开采与沉陷治理、煤矿防灭火、建筑用材及农业等领域的资源化利用路径与处置技术已取得重要进展,为矿区固废固定封存CO_(2)研究提供了基础和启示,但矿区固废固定封存CO_(2)的工程化技术研究亟待加强;矿区固废矿化固定与封存CO_(2)潜力大、具有工程可行性,正在形成矿区固废处置-煤基CCUS-采空区充填新的技术体系;矿区固废与CO_(2)基气-液-固三相介质矿化强化、高效吸收与矿化固碳调控技术、地下空间矿化固碳充填与CO_(2)密闭封存、采空区充填固定封存CO_(2)潜力评价与碳去除量核算、采空区充填固定封存CO_(2)环境与安全性评价等将构成固废处置-煤基CCUS-采空区充填技术体系的核心内涵;矿区固废处置–煤基CCUS–采空区充填技术是未来实现“煤炭生产加工-矿区固废处置-高效矿化固碳与CO_(2)封存-地下空间充填与利用-矿区地面沉陷防治与生态修复”的无废矿山循环经济模式的关键,矿区固废+CO_(2)基地下充填与封闭功能材料研发是重要突破口。矿区固废处置、煤基CCUS、采空区充填与地下空间利用、矿区生态修复保护等融合技术研发应用为绿色低碳型矿山建设提供了新的发展思路。

MgO基CO_(2)吸附剂成型技术研究进展

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是缓解温室效应的有效途径。使用固体吸附剂捕集CO_(2)是减少CO_(2)排放的可靠途径之一。在各种固体吸附剂中,MgO基吸附剂由于具有来源广泛、再生温度低以及理论吸附容量高的特点备受关注。但成型后的MgO基吸附剂颗粒面临着机械强度低、稳定性差和极易逸出反应器等问题,难以在工业中被广泛应用。重点总结了不同成型方法以及成型工艺条件对MgO基吸附剂的CO_(2)吸附性能的影响。在MgO基吸附剂成型时,颗粒尺寸较小的吸附剂的碳酸化速率较快,磨耗率较低。添加适量成型助剂和蒸汽可以改善吸附剂颗粒的化学性能和机械强度,但较高的煅烧温度会加剧吸附剂颗粒的烧结和磨损。今后,MgO基CO_(2)吸附剂成型技术的研究重点应以简单的工艺、低成本和良好的循环稳定性为立足点,制备既具有良好CO_(2)吸附性能,又具有良好机械性能的吸附剂颗粒应用于工业化CO_(2)捕集。

微藻生物固定CO_(2)耦合污染物减排技术应用及展望

“碳达峰”与“碳中和”(“双碳”)是传统工业面临的巨大挑战,如何实现减污降碳协同增效愈加重要。微藻光合作用能固定CO_(2),还可利用废气及废水等作为营养源生长,减排污染物的同时实现生物质增值,是有望助力“双碳”战略目标的新型生物技术路线。基于微藻固碳减排技术的发展现状,探讨了微藻光合作用固定CO_(2)的机理;综述了影响微藻固碳效率的无机碳源、传质、光源、温度及pH值等关键因素及强化策略;深入分析NO_(x)、SO_(x)等在微藻培养体系中的溶解、传输、吸收利用及转化机理;系统探讨了微藻减排烟气污染物的方法和技术路线;进一步归纳了在污水处理以及重金属处理方面的作用机理和潜力;围绕微藻生物质的高价值转化以及产业化应用等方面开展了相关综述。最后讨论了微藻生物技术当前实践面临的挑战和未来前景,为“碳中和”探索协同减污降碳的技术方法、开发应用及工程实践提供参考。

工业烟气CO_(2)的排放特征、测试及捕集技术研究

CO_(2)是主要的温室气体,减排CO_(2)应对气候变化已成为国际共识,工业烟气是重要的人为CO_(2)排放源。对工业烟气CO_(2)的排放特征、主要测试及治理技术进行了系统的分析和研究:电力、钢铁、水泥等工业行业排放烟气中CO_(2)浓度分别在9.7%~15%、2%~28%、11%~29%;CO_(2)测试技术主要有非分散红外吸收法、气相色谱法、光谱法、化学吸收法等,其中,非分散红外吸收法在国内外应用最为成熟,是目前主流的固定源CO_(2)测试技术;CO_(2)捕集技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法、深冷法等,其中,化学吸收法广泛用于低浓度CO_(2)烟气(体积浓度≤30%)捕集。研究结果可为后续工业大幅降碳提供借鉴。

少水胺吸收剂CO_(2)捕集工艺的中试试验与技术经济性评价

化学吸收法是现阶段燃烧后CO_(2)捕集大规模应用的主要技术路线,但其运行和投资成本高是技术难题。该文采用基于有机胺构效关系开发的低再生能耗少水胺吸收剂,在真实燃烧后烟气条件下的中试平台上,试验研究少水胺吸收剂的CO_(2)捕集率、再生能耗、挥发性胺排放等性能,并通过流程模拟与成本测算,评估技术经济性。中试结果表明,烟气流量为260~280 m^(3)/h,CO_(2)浓度(干基)约12%,少水胺体系(水质量浓度约15%)实现稳定运行,CO_(2)捕集率高于90%,再生能耗低至2.35 GJ/t CO_(2),胺挥发排放较高(约110~380 mg/m^(3))。在Aspen Plus建立10000 m^(3)/h烟气CO_(2)捕集工艺流程,相比常规一乙醇胺(monoethanolamine,MEA)工艺,少水胺工艺系统的投资成本降低12%,运行成本降低20%。该少水胺吸收剂具有CO_(2)捕集率高、再生能耗低、系统投资和运行成本低等优势,有望在工业示范中应用。该文研究结果可为万t级/年CO_(2)捕集示范工程的设计提供一定依据。

膜法CO_(2)捕集技术的应用研究进展

碳捕集技术是实现碳中和与碳达峰目标的重要技术手段之一。目前CO_(2)捕集方法众多,其中膜分离法因占地少、成本低、操作简单且绿色环保等优点,具有广泛的应用前景,因此引起国内外研究者的广泛关注。首先总结了高性能CO_(2)膜分离材料的种类和结构特点,详细介绍了三类膜材料相应的CO_(2)传递机理和目前主要的应用研究方向。其次,概述了两种CO_(2)分离膜技术的理化特点,详细介绍了中空纤维膜和平板膜及其膜组件的应用领域。最后,对膜法捕集技术目前存在的问题以及未来提高膜法CO_(2)捕集能力的研究方向提出总结和展望。

油气藏型储气库CO_(2)腐蚀防护技术研究

国内外绝大多数地下储气库由枯竭油气藏改建而成,采气期采出天然气中通常含有液烃、水和CO_(2)。CO_(2)在湿气环境中具有腐蚀性,会对采气集输管线和设备造成一定程度的内腐蚀。为做好油气藏型储气库CO_(2)腐蚀防护,最大程度减缓CO_(2)腐蚀对采气系统造成的不利影响,延长储气库服役寿命,通过对储气库采气系统CO_(2)腐蚀规律和各种腐蚀因素进行研究分析,对比分析不同腐蚀防护技术和手段,明确了油气藏型储气库更适合通过加注缓蚀剂对CO_(2)腐蚀进行防护。以辽河雷61储气库第一个采气期为例,定期化验监测CO_(2)摩尔体积分数、计算CO_(2)分压,依据规范要求,及时调整缓蚀剂加注量。采气期结束对腐蚀挂片和电子监测探针数据进行分析评价,显示缓蚀剂动态加注取得了良好防护效果。该研究可为类似工艺情况提供借鉴。

优化HPPO装置工艺技术降低CO_(2)排放

采用中国石化的全套过氧化氢直接氧化制环氧丙烷(HPPO)专利技术以及中国石化长岭分公司的工业HTS催化剂,以400 kt/a的HPPO装置为例,在反应温度25~90℃、反应压力0.2~3.4 MPa、丙烯质量空速0.4~8.0 h^(-1)、甲醇/过氧化氢摩尔比4~20、丙烯/过氧化氢摩尔比1.2~10.0、pH=8.7~9.7的范围内,采用Aspen Plus软件对HPPO装置的环氧化反应单元的CO_(2)排放量进行计算。计算结果表明,改变反应温度和反应压力影响CO_(2)排放量,CO_(2)排放量由高到低,达到最低值后,由低到高;CO_(2)减排量为687.91~2942.59 t/a;各参数对CO_(2)减排量的影响程度从大到小依次为反应温度和反应压力、甲醇/过氧化氢摩尔比、丙烯/过氧化氢摩尔比、丙烯质量空速、pH。

基于双通道检测技术的非分光红外CO_(2)传感器设计与研究

针对传统红外气体传感器气室与信号处理模块分离存在体积大、灵敏度差的问题,基于非分光红外双通道检测技术,设计了一种小体积、高精度的红外CO_(2)传感器。首先,对反射型气室进行光线追迹仿真,保证热释电探测器受到的红外辐射和气体吸收光路长度满足要求。同时,设计了可靠的光源驱动电路、带通放大电路;对传感器的温度漂移特性进行讨论,建立温度补偿算法模型。在温湿度箱中标定红外CO_(2)传感器参数,通过拟合曲线得到常数a和n,以及温度补偿系数β。经过实验测试表明,该红外CO_(2)传感器测量误差小于真值的±5%。

CO_(2)吸附捕集技术研究综述

随着全球气候变化问题引起广泛关注,CO_(2)的减排成为全球共同的挑战,我国提出了“碳达峰,碳中和”的目标。CO_(2)捕集技术作为一种重要的CO_(2)减排方法,近年来受到了越来越多的关注,在多个领域和行业中实现了应用,其中吸附法的应用最为广泛。本文对CO_(2)吸附捕集技术的吸附原理、应用领域、应用条件、应用方法以及具备的优势和挑战进行综述,分析不同行业CO_(2)排放的原理、排放的温度、压力以及气体组分,并对比不同行业热门吸附剂的优缺点,为进一步研究和开发CO_(2)吸附捕集技术提供参考。

超临界CO_(2)驱替技术在稠油油田后期开发中的优化与应用研究

探讨了超临界CO_(2)驱替技术在稠油油田后期开发中的应用与优化。通过对P油田地质特征、储层属性及驱替前后采收率的比较,发现该技术显著提高了采收率,从10%~15%提升至30%~45%,日产量增加了30%~50%。此外,CO_(2)驱替还具有显著的环境效益,能够封存50%~75%的注入CO_(2),减少温室气体排放,同时对油田及周边环境的影响包括降低空气污染和保护生态系统。研究表明,超临界CO_(2)驱替技术不仅提升了稠油采收率,还具备较好的环境保护优势。

海上油田层内生成CO_(2)工艺分流多氢酸解堵技术的研究

针对渤海油田部分储层非均质性强、常规笼统酸化无法有效启动低渗层的问题,提出一种层内生成CO_(2)分流多氢酸解堵技术,综合利用封堵性能评价、理化性能评价、酸液性能评价及岩心驱替实验,研究了层内生成CO_(2)体系的封堵能力和多氢酸解堵体系的解堵能力。研究结果表明:渗透率级差小于7.8时,层内生成CO_(2)体系生成的CO_(2)泡沫具有良好的封堵效果,可有效封堵高渗层,提高后续酸液进入低渗层的比例。多氢酸解堵体系沥青质溶解速率为7.2755 mg/(mL·min)、溶蜡速率为0.599 mg/(mL·min),酸化后岩心渗透率恢复率为200%。矿场试验结果表明措施后油井产液量增幅达到90%。该技术施工简单、使用设备少、对储层无伤害,对海上油田解堵具有很好的借鉴意义。

突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透后高效回采技术研究

天池煤矿15号煤层瓦斯含量高,难抽采,在回采割煤时,存在瓦斯超限隐患,且一个割煤循环需要6h以上,严重制约了工作面的回采速度。为提高开采效率,利用CO_(2)致裂煤岩的技术方法,提出了突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透高效回采技术。通过试验发现:CO_(2)致裂后,瓦斯涌出量平均减少了16.7%,并能实现密集钻孔条件下的瓦斯高效抽采,提高回采速度。割煤速度从致裂前2.11~2.91刀/d提高到3.38~4.59刀/d,平均提高了1.63倍。

促进化学学科核心素养发展的深度学习实践——以“实验室中CO_(2)的资源化利用”为例

化学学科核心素养是化学学科育人价值的集中体现。在课堂教学中落实核心素养培育是对一线教师提出的新挑战,而深度学习是促进化学学科核心素养发展的有效学习方式。以“实验室中CO_(2)的资源化利用”为例进行高二年级复习课实践研究,涵盖了物质性质及转化、化学反应方向、电解原理及其装置图设计等内容。通过真实情境激发思考、驱动问题引领思维过程来促进化学观念、证据推理、社会责任、科学决策等化学学科核心素养发展。