鄂尔多斯盆地CCS-EOR项目CO_(2)泄漏环境风险评估

以鄂尔多斯盆地乔家洼CCS-EOR项目为例,通过工程活动指标分解及选项设计,形成涵盖油区特征、储盖层特征、工程设计、工程监管4大类20个指标的环境风险可能性判定指标体系,利用问卷调查和专家打分法,界定驱油工程环境风险可能性。结合国内外文献分析,开展项目对空气、土壤和微生物、作物、动物及人群等环境风险受体的影响程度界定,基于界定结果,按照风险评估矩阵,对该工程CO_(2)泄漏环境风险水平的评估结论为低风险,在后期运行过程中应强化风险防范与监测。

O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)气氛下煤半焦-生物质的混燃特性及影响因素

为掌握煤半焦与生物质在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)条件下的混燃特性及其影响因素,采用全自动物理化学吸附仪获得了煤半焦-生物质混合燃料的孔隙结构,采用热重实验分析了两种燃料的混燃特性和反应动力学,通过多元线性回归法研究了燃料比、比表面积与混燃特性参数之间的关系。结果表明,O_(2)/N_(2)气氛下,掺混生物质可改善煤半焦的着火、燃尽及综合燃烧特性;O_(2)/CO_(2)气氛下,掺混生物质能改善煤半焦的着火特性,但会延迟其燃尽。混燃的活化能在低温区和高温区有显著差异,生物质掺混比增大,两个温区的活化能都降低;两种气氛下,低温区的活化能相近,但O_(2)/CO_(2)气氛下高温区的活化能显著高于O_(2)/N_(2)气氛下的。O_(2)/N_(2)气氛下孔隙结构对燃烧特性的影响更显著,而O_(2)/CO_(2)气氛下燃料比对燃烧特性的作用更显著。

胺基负载PLLA多孔微球的制备及其作为环境友好型CO_(2)吸附剂研究

CO_(2)吸附与环境友好型材料相结合使用,为减缓气候变化和可持续发展提供了一条清洁的途径。作为一种生物降解材料,聚左旋乳酸(PLLA)正在逐渐取代传统石油基塑料,为CO_(2)吸附领域提供了清洁材料。以PLLA为原料,采用乳液模板法,制备出孔径可调、粒径均匀的可降解多孔微球PLLA。再通过浸渍法负载聚乙烯亚胺(PEI),得到了可用于CO_(2)吸附的环境友好型吸附剂PEI@PLLA。结果表明:PLLA多孔微球球形度好,粒径集中在20~80μm。内部孔呈现为互连互通的大孔结构,孔径介于2~10μm之间。负载PEI后,微球的微观结构没有被破坏。研究了PEI@PLLA的CO_(2)吸附性能,吸附量最高可达1.2mmol/g,并具有较高的选择吸附能力。

O_(2)/CO_(2)气氛下催化裂化烟气循环再生系统模型

富氧燃烧和烟气循环再生技术可实现催化裂化(FCC)再生烟气中CO_(2)的富集。根据采用烟气循环再生的FCC单段再生、并列式两段再生和重叠式两段再生系统型式,基于烧焦动力学模型和充分烧焦设定,分别建立了再生系统模型,并对3种再生系统进行了模拟。结果表明,通过优化O_(2)流量、烟气循环流量等操作条件,单段再生系统烟气、重叠式两段再生系统烟气和并列式两段再生系统第二再生器烟气中CO_(2)体积分数可富集至95%以上,但并列式两段再生系统第一再生器烟气中CO_(2)体积分数难以富集至95%以上。通过再生系统模型可优化再生器操作,在达到较好再生效果的同时,实现CO_(2)的富集。

海底CO_(2)泄漏对海洋生态环境的影响研究

二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是目前实现大规模温室气体减排的重要技术手段之一,海洋石油CCUS在减排CO_(2)的同时不可避免存在海底CO_(2)泄漏的风险。开展封存区域海洋生态环境对水体CO_(2)浓度升高的响应研究,是评估海底地质封存的CO_(2)泄漏对海洋生态环境影响的基础。本次研究在开展目标海域生态环境调查的基础上,通过设计、开展实验室试验和数值模拟,初步获得封存区域水体CO_(2)浓度升高对浮游生物(植物、动物)生长和群落结构变化的影响规律。水体CO_(2)浓度的升高有助于浮游生物生长,但过高的CO_(2)浓度对浮游生物的生存产生一定的抑制。实验室试验发现,浮游生物的群落结构发生演替,浮游生物优势种等群落特征发生较大改变。本次研究可为建立CO_(2)泄漏对海洋环境影响的评估方法、服务海洋CCUS产业发展提供基础支撑。

N_(2)/CO_(2)气氛下木屑生物质热解特性的实验研究

本研究利用固定床管式炉开展了不同N_(2)/CO_(2)比例气氛下的木屑生物质热解实验,考察了CO_(2)浓度、载气流速和停留时间对热解油和焦炭产率的影响。结果表明:热解油和焦炭的产率随反应温度和停留时间的增加而降低,热解油产率随反应气氛中CO_(2)浓度的升高而增加。在N_(2)和CO_(2)气氛下,载气流速升高均使热解油产率下降,而焦炭产率则在15%左右保持不变。添加HZSM-5和ZIF-67两种催化剂,发现ZIF-67在CO_(2)气氛下的热解油产率可以达到72.3%,相比其在N_(2)气氛下的热解油产率提升了近1.5倍;而HZSM-5由于其微孔孔道对生物质大分子传质的限制,产生最多焦炭(24.1%)。

碳钢在CO_(2)环境中无机垢下腐蚀研究进展

垢下腐蚀(UDC)是油气管道失效的重要原因之一。垢层下腐蚀环境区别于无垢层覆盖区域,可能产生严重的局部腐蚀,甚至引起管道穿孔。针对CO_(2)环境下的无机物垢层,对油气管道中碳钢的垢下腐蚀研究进展进行了综述,简述了垢下腐蚀的作用机理、影响因素和控制方法。由于化学成分和环境的多样性,垢下腐蚀的作用机制并不唯一,发现在CO_(2)环境下电偶腐蚀机理被普遍讨论,根据阴阳极的分布情况,从3个方面对电偶腐蚀机理进行了概括。垢下腐蚀速率主要与垢层性质和介质环境有关,总结了无机物垢层性质、pH值和不同工况条件对碳钢垢下腐蚀的影响。概述了垢下腐蚀的主要控制方法,着重介绍了缓蚀剂的作用机理,发现缓蚀剂的效果很大程度上受到垢层性质的影响。最后,对垢下腐蚀未来的研究方向及发展趋势进行了展望,为进一步揭示无机盐与CO_(2)腐蚀产物混合层的保护性,有必要从半导体电子微观的角度进行分析。同时,在高浓度CO_(2)环境下探讨垢下腐蚀的作用机制与影响规律,也是未来的研究方向之一。

Ca^(2+)对3Cr钢在CO_(2)环境中腐蚀行为的影响

随着油气开发进入到高含水期,高Ca^(2+)、高Cl-的地层水环境对管柱的安全服役提出了更高的要求。采用高温高压釜模拟井下流态环境,结合电化学研究结果,分析了Ca^(2+)浓度和暴露时间对3Cr钢腐蚀行为的影响。结果表明:尽管Ca^(2+)的存在会促使溶液酸化,但3Cr钢在含Ca^(2+)溶液中的腐蚀速率更多取决于试样表面的膜层质量。当溶液中总Cl-浓度为128000 mg/L,Ca^(2+)浓度在0~3600 mg/L的范围内时,3Cr钢在Ca^(2+)浓度为1080 mg/L时平均失重速率最大,为2.2 mm/a。在Ca^(2+)含量为180 mg/L的环境中,3Cr钢的失重速率曲线显示3Cr钢的失重速率随时间呈反“V”变化趋势,当腐蚀时间为240 h时,试样的平均失重速率达到最大值。当将3Cr钢放入通入CO_(2)的含有Ca^(2+)的溶液中时,3Cr钢表面形成Fe_(x)Ca_(1-x)CO_(3)化合物,Fe/Ca之间并无严格的比例,产物形态取决于溶液中的Ca^(2+)含量。

兴安落叶松生态系统CO_(2)浓度及其δ^(13)C动态对环境因子的响应

【目的】探明环境因子对兴安落叶松原始林生态系统CO_(2)浓度及其δ^(13)C动态的影响,深入理解生态系统的碳交换过程,为模拟和预测全球变化与生态系统之间的互馈机制以及科学评估寒温带森林生态系统碳汇能力提供参考。【方法】采用离轴积分腔输出光谱技术对兴安落叶松生态系统不同物候期、不同高度的CO_(2)浓度及其δ^(13)C进行连续高频观测,并分析环境因子与CO_(2)浓度变化的关系。【结果】1)兴安落叶松生态系统不同高度的CO_(2)浓度在生长季和日尺度上均呈单峰变化,峰值分别出现在展叶期(522.34μmol·mol^(-1))和凌晨(782.81μmol·mol^(-1)),谷值分别出现在落叶期(406.07μmol·mol^(-1))和中午(379.72μmol·mol^(-1));δ^(13)C变化趋势与CO_(2)浓度相反;2)CO_(2)浓度随垂直高度升高而减小,δ^(13)C随垂直高度升高而增大;不同高度的CO_(2)浓度及其δ^(13)C具有明显成层现象,夜间大气稳定性增加(理查逊数Ri≥0.083)会加剧冠层内外的差异;3)在0.5h尺度上,影响昼夜各高度CO_(2)浓度变化的主要因子为空气温度(T_(a))(0.714<PC<1.288);在日尺度上,决定生长季不同高度CO_(2)浓度变化的主要因子为土壤5cm温度(T_(s)5)(0.473<PC<0.718)。【结论】兴安落叶松生态系统不同高度的δ^(13)C与CO_(2)浓度呈极显著负相关,夜间大气稳定性增加会加剧二者的成层现象。土壤因子对兴安落叶松生态系统不同物候期、不同高度CO_(2)浓度变化的影响程度高于气象因子,土壤温度对其的影响程度大于土壤水分。研究区地处全球气候变化敏感区域,冻土是该区森林植被不可或缺的环境因素,全球变暖将通过直接的温度效应以及间接改变土壤理化性质和生物过程对兴安落叶松生态系统的碳交换过程产生显著影响。

O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N_(2)气氛下单颗粒煤火焰碱金属光谱辐射特性

不同气氛条件对煤颗粒反应特性有着很大的影响,因此本文研究了O_(2)/CO_(2)和O_(2)/N_(2)气氛对单颗粒煤燃烧过程火焰面积、火焰温度及碱金属(Na^(*)和K^(*))光谱辐射特性的影响。基于煤颗粒可视化滴管炉,结合火焰光谱诊断系统,捕捉了火焰图像并采用多波段辐射法计算不同氧浓度为30%、40%和50%下的火焰温度。结果表明,随着反应的进行,火焰温度增加而火焰面积先增加后减小。O_(2)/CO_(2)气氛下,煤颗粒周围出现一层薄薄的“火焰层”,而在O_(2)/N_(2)气氛下没有观察到类似的现象,这源于CO_(2)较高的热容值。随着氧浓度的增加,火焰中Na^(*)和K^(*)的辐射峰值强度增加。另外,O_(2)/N_(2)气氛下Na^(*)和K^(*)峰值强度和火焰温度高于O_(2)/CO_(2)气氛,且Na^(*)和K^(*)峰值强度的与火焰温度呈正相关,可以用碱金属原子辐射光谱来表征火焰温度。

跨临界CO_(2)热泵单/双级切换性能优化对比分析

为提高跨临界CO_(2)热泵系统在不同地区采暖的能效和经济性,提出STSHPS(单、双级切换的热泵系统),并与BASE(单级压缩热泵系统)和TSHPS(双级压缩热泵系统)进行对比,通过建立各循环系统的热力学、环境性以及经济性模型,从不同角度进行分析。研究结果表明:设计工况下,环境温度为3℃时,双级压缩系统的C_(OP)(制热性能系数)大于单级压缩系统,即环境温度为3℃可作为单双级切换的条件;在乌鲁木齐采用STSHPS碳排放所造成的成本与BASE相比降低22%;STSHPS在单级压缩运行时采用2台压缩机交替运行的方式,初始成本经过折算与TSHPS相比降低26.9%—66.7%;在设备运行15 a后,3个城市的累计总费用,STSHPS与TSHPS和BASE相比降低5.3%—16.8%和1.8%—13.5%。STSHPS的能效、环保性能以及经济性均是3个系统中最好的,优势比较明显。

电炉炼钢中CO_(2)排放量监测及控制研究

传统电炉炼钢过程中,CO_(2)排放量监测及控制方法仅对CO_(2)排放量进行监测和控制,未对CO_(2)排放特征进行分析,导致传统方法控制效率较低。因此提出对电炉炼钢中CO_(2)排放量监测及控制研究。该研究对电炉炼钢过程中CO_(2)排放特征进行了分析。并根据分析结果,对CO_(2)排放总量进行监测,进而更快速的对CO_(2)排放量进行控制。实验结果表明,该研究方法具有更高的控制效率,具有实际应用价值。

不同环境温度下E10轻型车CO_(2)排放研究

全球变暖使得机动车排放的温室气体受到重视。为量化温度对车辆CO_(2)排放的影响,本研究在−10、0、23和40℃的环境温度下对一辆轻型E10汽油车进行了WLTC测试循环,发现热起动时-10和0℃的CO_(2)排放因子相较23℃分别高了10.4%和20.8%,冷起动时车辆实现完全热机的时间长于国六标准要求的300 s。相对偏差因子RF在车辆完全热机时接近于1,而23和40℃分别在RF_(4)和RF_(3)接近1,说明环境温度越高,实现完全热机所需的时间就越短。-10℃时绝对偏差因子AF_(1)和AF_(2)分别是23℃的1.98倍和3.63倍,量化了冬季与夏季车辆冷起动CO_(2)排放的差距。累积CO_(2)排放与怠速CO_(2)排放因子存在很强的相关性,可用于建立或修正微观CO_(2)排放模型,并建议在评估车辆CO_(2)排放时考虑环境温度的变化。

O_(2)/CO_(2)/H_(2)O气氛下CO燃烧机理的分子动力学模拟研究

采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法研究了O_(2)/CO_(2)/H_(2)O气氛下CO的燃烧。结果表明:根据化学平衡原理,高浓度CO_(2)抑制CO的氧化,同时CO_(2)在高温下参与反应CO_(2)+H—→CO+OH,进一步抑制CO氧化。在较低温度条件下,较高浓度H_(2)O的三体效应显著,抑制了CO氧化。另一方面,在较高温度条件下,H_(2)O参与的H_(2)O+H—→H_(2)+OH和H_(2)O+O—→OH+OH反应占据其化学作用的主导地位,进而促进CO氧化。随着O_(2)浓度的增加,CO的氧化速度加快。

O_(2)/CO_(2)气氛催化裂化催化剂再生动力学研究

在固定流化床试验装置上,分别开展催化裂化催化剂的空气气氛烧焦再生(简称常规再生)试验和O_(2)/CO_(2)气氛烧焦再生(简称O_(2)/CO_(2)气氛再生)试验,基于此进行常规再生和O_(2)/CO_(2)气氛再生的动力学研究。结果表明:O_(2)/CO_(2)气氛再生和常规再生的反应活化能相近,二者分别为108 kJ/mol和105 kJ/mol;O_(2)/CO_(2)气氛再生的表观反应速率常数大于常规再生,其烧焦性能优于常规再生,可以允许待生催化剂有更高的含碳量;对于O_(2)/CO_(2)气氛再生,随着混合气中初始O 2含量的增大,催化剂的烧焦性能显著增强。

高温低氧O_(2)/CO_(2)气氛下煤粉燃烧NO生成与还原特性

在Hencken燃烧器平面扩散火焰的煤粉燃烧实验系统上测量了煤粉火焰不同高度处的烟气组分浓度分布,研究了O_(2)/CO_(2)气氛下不同热协流温度和氧气体积分数对NO生成与还原的影响.结果表明,当热协流温度从1873K降低至1473K时,NO产率降低了5%,而当氧气体积分数从20%降低至5%时,NO产率降低了20%.通过NO生成动力学分析得到了挥发分氮氧化反应生成NO的活化能为82.5 kJ/mol,得到的NO生成速率有助于MILD富氧燃烧条件下煤燃烧氮化学模型改进的应用.同时,采用计算流体动力学(CFD)软件对高温低氧O_(2)/CO_(2)气氛下煤粉燃烧及NO生成进行了数值分析.通过与实验数据的对比,验证了数值模型的准确性.通过分离挥发分NO与焦炭NO对不同的NO生成与还原阶段进行分区,有助于了解挥发分氮和焦炭氮生成与还原的相互作用机制和定量分离挥发分NO与焦炭NO生成与还原.

室内空气CO_(2)对人体影响及其抑制措施综述

建筑室内二氧化碳(CO_(2))水平是衡量室内空气质量(IAQ)的重要指标之一。在暖通空调领域,CO_(2)浓度水平常用于评价室内通风效率和人员密度。同时室内CO_(2)浓度也是空调通风的重要表征参数,合理的水平能保证人们的正常休息、舒适体验感及高效工作。然而,不同场景CO_(2)对人体的作用效果存在差异,研究发现即使低于标准规定限值的CO_(2)浓度和暴露时间,人体仍有不适症状,将现有的CO_(2)浓度规定和标准应用于空调通风设计仍有一定局限性。从CO_(2)浓度、CO_(2)暴露时长以及CO_(2)产生方式等因素对人体健康、舒适及工效等3方面的影响进行文献梳理,在总结现有研究的基础上,指出了不同情景下CO_(2)对人体的影响规律,并给出未来研究方向展望,从而为不同功能房间的空调通风设计与环境营造提供参考。

20钢在油气田中CO_(2)与H_(2)S共存环境下的腐蚀行为及机理

利用高温高压动态反应釜模拟油气田CO_(2)和H_(2)S共存环境的实际工况,通过腐蚀试验分析了20钢在不同CO_(2)分压(0.01,0.05,0.21,0.50 MPa)和H_(2)S分压(0.0003,0.003,0.01,0.05 MPa)下的腐蚀行为以及CO_(2)和H_(2)S分压对均匀腐蚀和点蚀的影响程度。结果表明:在H_(2)S分压为0.003 MPa条件下,当CO_(2)分压为0.01,0.05 MPa时,20钢主要发生均匀腐蚀,随着CO_(2)分压的继续增大,点蚀越来越严重;在CO_(2)分压为0.05 MPa条件下,当H_(2)S分压为0.0003 MPa时,20钢表面腐蚀轻微,随着H_(2)S分压的增大,腐蚀加剧,但仍主要发生均匀腐蚀;H_(2)S和CO_(2)分压对20钢的均匀腐蚀速率和点蚀速率均具有十分显著的影响,H_(2)S分压对均匀腐蚀的影响程度较大,而CO_(2)分压对点蚀的影响程度较大。

CO_(2)/O_(2)环境对柴油着火及燃烧特性的影响

为研究CO_(2)/O_(2)环境对柴油着火和燃烧特性的影响,以正庚烷为柴油表征燃料,利用CONVERGE计算了不同CO_(2)/O_(2)环境下正庚烷的着火和燃烧过程,并搭建了可视化定容燃烧弹试验平台进行了验证。使用高速摄影机记录了初始温度850 K,初始压力3 MPa,CO_(2)体积分数分别为35%、40%、50%和60%时正庚烷燃烧的自发光强度,利用CHEMKIN中定容均质反应器分析了CO_(2)物理和化学作用对着火的影响。研究结果表明:在CO_(2)体积分数35%时存在爆燃的现象,随着CO_(2)体积分数增长,着火延迟时间增长,着火位置远离喷嘴,稳态燃烧阶段火焰的长度和宽度也增大,CO_(2)体积分数在50%~60%之间时火焰自发光强度峰值明显下降;CO_(2)的物理作用抑制了着火,第三体作用对着火的促进作用大于直接参与反应对着火的抑制作用,造成CO_(2)的化学作用缩短了着火延迟时间,并且随着CO_(2)体积分数增大,化学作用对着火的促进作用更加明显。

CO_(2)浓度升高对农田生态系统水分利用效率的影响效应——基于气候箱控制性试验的Meta分析

选取1985—2020年21篇与气候箱控制性试验有关的文献,利用Meta分析法研究CO_(2)浓度升高对农田生态系统水分利用效率(WUE)的影响。结果显示,在气候箱的控制下CO_(2)浓度升高对水分利用效率有正面影响,增加的比例为20%,对碳积累和蒸散发分别有正面和负面的效应,影响的效应分别为34%和-4%,但都存在显著的异质性(P<0.05)。研究还发现,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应与对碳积累的影响效应有显著的正相关关系(P<0.05),而与对蒸散发的影响效应没有显著的相关关系(P>0.05)。异质性分析结果显示,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应在不同物种间具有显著的差异,其中对大豆和番茄的影响效应显著高于对小麦的影响效应(P<0.05)。此外,CO_(2)浓度升高对WUE的影响效应与光照强度、温度和土壤相对含水量都有显著的相关关系(P<0.05),其中与光照强度有负相关关系,与温度和土壤含水量有正相关关系;而与CO_(2)富集程度没有显著的相关关系。