超临界CO_(2)作用下无烟煤孔隙结构演化时间效应规律

CO_(2)地质封存技术是实现减排和废弃矿井资源再利用的有效技术之一,但煤层孔隙结构在CO_(2)注入后的变化具有时间效应,其演化规律将直接影响CO_(2)地质封存潜力。为了探索作用时间增加后煤层孔隙结构变化的真实情况,提高CO_(2)地质封存量计算精度,通过对重庆市南桐矿区无烟煤进行超临界CO_(2)吸附实验、低温氮气吸附实验、X射线衍射测试、核磁共振测试、扫描电镜测试等实验,研究了不同超临界CO_(2)作用时间对该区域内煤样孔隙结构的演化规律。研究结果表明:①超临界CO_(2)作用后煤样孔隙度的变化主要发生在7 d内,处理7 d后煤样孔隙度增加了3.20%,7~14 d内煤样孔隙度仅增加了0.05%;②随作用时间增加,煤样孔隙的比表面积增加但变化量逐渐减小,7 d内日均增长19.74%~24.50%,7~14 d内日均增长2.37%~4.60%,其变化规律近似呈对数函数关系;③超临界CO_(2)与煤产生的化学反应引起矿物质的溶解,增大了煤体的表面粗糙度,表征煤样粗糙度的分形维数随着作用时间的增加持续增大;④超临界CO_(2)作用后能有效改变煤样的孔隙度及表面形貌,为CO_(2)吸附提供了更多吸附点位,超临界CO_(2)对孔隙结构的改造效果在7 d内比较明显。结论认为,超临界CO_(2)作用下无烟煤孔隙结构的变化随作用时间增加最终会趋于稳定,研究结果可为无烟煤储层CO_(2)地质封存潜力评价提供理论指导。

超临界CO_(2)管道安全停输再启动过程和安全停输时间影响因素

超临界CO_(2)管道在停输和再启动等瞬态过程中,流体易发生相变,密度、比热容等物性参数会发生阶跃式变化,使得管内的CO_(2)流体体积发生剧烈波动,将对管道产生脉动冲击,危害管道安全。为了明确超临界CO_(2)管道安全停输时间的影响因素,从安全控制的角度出发,首先结合超临界CO_(2)物性、相图和准临界性质,确定了超临界CO_(2)管道安全停输时间的定义,从管道停输开始至管内任一点流体进入气液共存区的时间;然后依托新疆油田CO_(2)管输示范工程,分别采用商业软件和MATLAB编程的方式,建立超临界管输水力热力计算模型,探究了管道停输及再启动过程中管内温度、压力、密度及相态协同变化波动规律;最后采用因素轮换法研究了主要工艺参数和环境参数对管道安全停输时间的影响规律。结果表明:降低首站出站温度、提高管道运行压力、较高土壤环境温度、较低管土总传热系数有助于延长超临界CO_(2)管道的安全停输时间。研究结果可为超临界CO_(2)管道安全运行提供一定理论支持和技术保障。

新疆油田某超临界CO_(2)管道安全停输时间预测

为得到超临界CO_(2)管道安全停输时间,本文采用商业软件OLGA建立了多因素协同作用下管道安全停输时间计算模型。基于中国石油新疆油田分公司规划的超临界CO_(2)管道工程参数范围,开展了对输量、管径、管长、首站出站温度、土壤环境温度、总传热系数、末站进站压力等管道安全停输时间影响因素研究,并基于灰色关联度分析方法,得出了土壤环境温度、管长等为敏感因素。为预测管道的安全停输时间,基于以上参数化分析得到的1728组安全停输时间计算结果,建立了管道安全停输时间数据库,结合量纲分析方法,利用Python拟合得到了用于映射七大可变参数(自变量)与超临界CO_(2)管道安全停输时间(因变量)的高度非线性回归计算公式。结果表明:该拟合公式预测结果的最大相对误差小于10%,预测准确性良好,且该方法具有较高的计算效率。

含水饱和度对盖层CO_(2)突破压力影响的数值模拟研究

CO_(2)地质注入与封存是减少大气温室气体排放的重要手段之一。为评估盖层完整性,必须确定不同条件下CO_(2)突破盖层的压力。基于气水两相渗流理论,建立岩心尺度模型,研究不同含水饱和度对CO_(2)突破盖层压力的影响。方法上,采用有限元软件,通过设置插值函数,模拟不同含水饱和度条件下岩心中CO_(2)驱替水的过程。结果表明,随着含水饱和度的增加,CO_(2)突破压力不断增长,两者之间建立了拟合指数方程。同时,岩心内部毛细压力随着CO_(2)注入过程而逐渐降低。研究认为含水饱和度是影响CO_(2)突破压力的关键因素,并对毛细压力的变化进行了微观机理分析,对实际工程实践提供了理论支持。

含杂质超临界CO_(2)输送管道停输再启动瞬态特性研究

为研究超临界CO_(2)管道停输后管内温度压力和相态变化规律,以国内某CO_(2)管道为研究对象,利用OLGA软件开展停输再启动瞬态数值模拟,探究不同工况及工质对管道停输再启动过程的影响。研究结果表明:在保证相态不变且下游用户流量不变的情况下,流量越大,最大停输时间越短,且管道中前部和管道高点较其他位置先出现相变;在相同工况下,H_(2)和N_(2)等非极性杂质的存在会使CO_(2)的相包线向上移动,最大停输时间减少;而H_(2)S和CO等极性杂质的存在会使CO_(2)的相包线向下移动,最大停输时间增加;停输再启动过程中,如果所含杂质的密度小于纯CO_(2)的密度,则含有该类型杂质的管道恢复稳定运行状态所需时间短于纯CO_(2)工质管道。研究结果可为相关单位制定CO_(2)管道设计方案和安全停输预案提供参考。

地热水回灌耦合CO_(2)地质封存系统安全性分析

在圈闭良好的水热型地热储层,开展CO_(2)随回灌水同时注入储层的研究,既具有经济效益又具有碳封存的环境效益。建立了3D储层模型,对不同井距、地层倾角、筛管位置和采灌速率下CO_(2)突破时间以及富含CO_(2)的盐水在储层中的运移情况进行了研究。结果表明:(1)在采灌速率为20 kg/s,20 a运行时间内井距为1200 m时CO_(2)未突破;(2)在倾斜地层中,当回灌井位于开采井下游时,随地层倾角增加,CO_(2)突破时间延长,沿地层下倾方向碳酸水运移距离增大;(3)综合考虑筛管位置对突破时间和突破后开采井中CO_(2)质量分数的影响,回灌井筛管位于储层上部30 m、开采井筛管位于储层下部30 m时,有利于CO_(2)地质封存的安全性和有效性;(4)采灌速率对CO_(2)突破时间影响较大,当采灌速率为12 kg/s时,CO_(2)未突破;当采灌速率增加到28 kg/s时,突破时间缩短到11.8 a。因此,在实际工程应用中可以通过对操作参数和地层固有特性的研究延缓CO_(2)突破,提高CO_(2)地质封存安全性。

Mg在CO_(2)/Ar混合气体中的双反应区燃烧模型研究

Mg粉/CO_(2)是实现火星探测原位资源利用的理想推进剂。针对Mg颗粒在含CO_(2)混合大气中燃烧,基于火焰层假设,建立了Mg在CO_(2)/Ar混合气体中的双反应区燃烧模型,分析了Mg在CO_(2)/Ar燃烧过程中各组分质量分数、各组分流量、颗粒和火焰层的温度分布,研究了环境压强、CO_(2)质量分数、环境温度和颗粒粒径对燃烧特性的影响。结果表明:环境压强增大,颗粒温度增大、火焰层温度变化不大。在环境压强低于20 kPa时,火焰层半径随环境压强升高快速增大,颗粒燃烧时间随环境压强升高快速变短,随后都基本保持不变;CO_(2)质量分数增大,颗粒温度与火焰层温度升高、火焰层半径减小、颗粒燃烧时间缩短;环境温度增大,颗粒温度变化不大、火焰层温度升高、火焰层半径减小、颗粒燃烧时间延长;颗粒粒径增大,颗粒温度与火焰层半径变化不大、火焰层温度降低、颗粒燃烧时间延长。

河流水气界面CO_(2)脱气时间尺度变化研究进展

河流作为连接陆地和海洋碳库之间的通道,是全球内陆水体碳排放最主要的载体,在全球碳循环中发挥着至关重要的作用。全球河流水气界面二氧化碳(CO_(2))脱气显著的时间异质性特征研究有助于深入理解其碳循环过程与机制,也为准确评估碳通量以及完善碳循环模型提供了科学支撑。本文系统梳理了国内外的相关研究成果,总结了目前河流CO_(2)脱气通量在昼夜、季节以及多年尺度上的动态变化及其影响因素,指出其昼夜变化与季节变化存在一定的周期性,并对不同空间尺度上CO_(2)脱气通量的时间差异进行讨论。同时分析当前研究中的不足,认为缺乏河流二氧化碳分压(p CO_(2))与CO_(2)脱气系数(k)高分辨率且长期连续的直接测量,限制了河流CO_(2)脱气通量时间尺度变化的周期性及相互之间关系的厘定,使得气候变化与人类活动对河流CO_(2)脱气时间动态的影响仍然难以量化与预测。最后,根据目前存在的问题,展望了未来的研究重点,为全球河流水气界面碳循环过程与机制、模型研究提供新的思路与方向,以及可以更准确地评估和预测未来河流碳排放的变化趋势。

冲击电弧作用下C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体灭弧性能仿真分析

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最有潜力替代SF 6的气体之一。为了探讨C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的灭弧能力,文中根据电弧能量平衡理论,建立电弧能量平衡方程组,获取管道内部超压随时间的变化规律。同时,基于磁流体动力学模型,使用COMSOL Multiphysics软件建立压爆气流防雷间隙灭弧结构的二维磁流体模型,在雷电流幅值为4 kA的条件下,对管道内不同比例C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在冲击电弧作用下的熄弧特性进行仿真分析。基于上述方法,结合电弧能量平衡理论,分析模型中电导率、速度以及压强的变化规律。与理论结果对比分析得出:同一工况条件下,20%C_(4)F_(7)N/80%CO_(2)的灭弧性能较优,其次为10%C_(4)F_(7)N/90%CO_(2)与5%C_(4)F_(7)N/95%CO_(2),并且熄弧时间符合气吹灭弧的要求。

气体压力与粒径对煤CO_(2)动态扩散-吸附特征影响研究

为探究粒径及气体压力对煤中CO_(2)动态扩散规律的影响机制,利用自主研制的煤层高压吸附解吸实验系统,以容量法吸附实验为基础,结合经典单孔扩散模型对不同时间下的CO_(2)扩散系数进行计算,分析煤中气体吸附平衡前的动态扩散特征。结果表明:吸附平衡时间与煤样粒径呈正相关,随吸附平衡压力增加呈减小趋势,且煤样粒径越大,吸附平衡时间减小趋势越明显;有效扩散系数比扩散系数能更好地解释粒径大小与平衡时间的关系,煤样粒径越小,有效扩散系数越大,达到吸附平衡的时间越短;有效扩散系数与时间成幂函数关系;初始有效扩散系数(De0)和有效扩散衰减系数(β)都随粒径增大而减小,De0随平衡压力增大先增大后减小,不同粒径煤样β随平衡压力增大呈现不同规律。粒径越小的煤孔隙间的连通性越好,气体分子扩散路径越短、扩散阻力越小,更容易进行吸附。气体压力对CO_(2)吸附扩散有驱动作用,但随着煤样不断吸附,煤基质膨胀堵塞孔隙,扩散通道变窄,驱动作用减弱。

金属负载氧化石墨烯对CO_(2)水合物生成的动力学特性研究

针对CO_(2)在水合物生成过程中生成速度慢、储存能力低、生成条件苛刻等问题,以双金属Cu、Al负载氧化石墨烯(GO)为添加剂,进行了CO_(2)水合物生成的动力学特性研究。对制备的GO-Cu-Al进行TEM、EDS、XPS表征及稳定性分析;在274.15 K、3.0 MPa的条件下,对GO-Cu-Al体系进行CO_(2)水合物生成动力学实验,分析了GO-Cu-Al的质量分数对CO_(2)水合物生成的诱导时间、反应时间、气体消耗量和储气量的影响,并针对单金属负载体系与双金属负载体系对CO_(2)水合物生成的影响进行了对比分析。结果表明,双金属Cu、Al可均匀地负载至GO上,且稳定性良好;在274.15 K、3.0 MPa的条件下,当GO-Cu-Al的质量分数为50μg/g时,CO_(2)水合物生成的诱导时间为85 min,反应时间为170 min,气体消耗量为0.216 mol,储气量为123.81 cm^(3)/cm^(3)。与纯水体系相比,其诱导时间、反应时间约为纯水体系的1/4、1/7,气体消耗量和储气量也均有提升;与单金属负载体系相比,其诱导时间为单金属体系的1/2,反应时间为单金属体系的1/5,储气量提升明显。

三元前驱体的生长机理及正极材料LiNi_(0.65)Co_(0.07)Mn_(0.28)O_(2)的电性能研究

采用共沉淀法制备球形前驱体LiNi_(0.65)Co_(0.07)Mn_(0.28)(OH)_(2)(p-NCM65),将其与LiOH·H2O混合均匀后烧结正极材料成LiNi_(0.65)Co_(0.07)Mn_(0.28)O_(2)(NCM65),通过XRD和SEM对p-NCM65的晶体结构和形貌表征,研究了前驱体p-NCM65的生长过程。在25℃、3.0~4.35 V、0.1 C充放电条件下,NCM65首次放电容量达181.8 mAh/g;而在1.0 C倍率、50次循环后,NCM65的容量仍保持率达96.2%,表明该NCM65具有良好的电化学性能。

基于时间序列的国际CO_(2)减排效果评价方法

企业为响应国家CO_(2)减排政策,在积极寻求碳达峰,碳中和路径的过程中,了解国际CO_(2)减排效果是十分必要的。在此背景下,研究一种基于时间序列的国际CO_(2)减排效果评价方法。在完成一轮评价指标选取的基础上,利用DEMATEL方法计算评价指标的中心度和净影响程度,以此实现第二轮指标选取。利用改进熵权法计算指标权重。按照时间顺序,选取指标数值并组成指标时间序列,以此为输入并结合权重,基于时间序列构建评价模型,得出国际CO_(2)减排效果评价值,对比划分等级,得出CO_(2)减排程度。结果表明:3个地区的CO_(2)减排效果在初期差别并不大,之后评估值均呈现上升的状态。其中地区1的减排效果一直处在领先状态,从减排效果很差上升到了减排效果好的程度。地区2的减排效果评估值在前4年要大于地区2的减排效果评估值,在第4年开始评估值增幅减缓,直至第5年落后于地区3,最终减排效果只达到一般,而地区3的减排效果在第5年时达到较好程度,甚至接近了最高状态。

腹腔镜下CO_(2)气腹对麻醉机中CO_(2)吸收剂钠石灰使用时间的影响研究

目的:分析探讨腹腔镜下CO_(2)气腹对麻醉机中CO_(2)吸收剂钠石灰使用时间的影响。方法:以浙江大学医学院附属第二医院2022年4月至6月期间收治的80例行腹腔镜手术的患者为研究对象,以术中是否建立CO_(2)气腹为分组依据,将40例建立CO_(2)气腹的患者纳入观察组,40例未建立CO_(2)气腹的患者纳入对照组。通过校准后的CO_(2)气体监测模块对两组患者的二氧化碳浓度(FiCO_(2))进行监测,若显示FiCO_(2)达到5%且患者动脉血气值、呼气末二氧化碳分压(PetCO_(2))在正常合理范围内,则认为达到钠石灰更换标准,以此为基础,准确记录两组患者的钠石灰使用时间及使用后钠石灰的重量,并对此展开统计学分析处理。结果:观察组的PetCO_(2)为(35.11±4.14)mmHg、钠石灰有效使用时间为(2987.23±166.15)min,均显著区别于对照组的(30.33±4.47)mmHg与(3922.68±178.36)min(P<0.05);观察组使用后钠石灰的重量(含罐)为(2.43±0.2)kg,对照组为(2.47±0.28)kg,二者相比差异不显著(P>0.05)。结论:腹腔镜下CO_(2)气腹的建立可直接影响麻醉机中CO_(2)吸收剂钠石灰的使用时间,与不建立CO_(2)气腹相比较,CO_(2)气腹手术下的钠石灰有效使用时间明显更短。同时需要注意的是,腔镜下CO_(2)气腹手术时,当患者的FiCO_(2)达到5%后,其PetCO_(2)将在短时间内迅速升高,与无CO_(2)气腹手术患者比较,更换钠石灰的安全窗口期明显缩短,因此一旦发现CO_(2)气腹手术患者的FiCO_(2)达到5%或接近5%时,应立即对钠石灰进行更换,以避免患者发生高碳酸血症,保障手术的安全。

多因素对液态CO_(2)冻融致裂煤体的影响试验研究

为研究多因素耦合对液态CO_(2)冻融致裂煤体的影响,采用自主研发的液态CO_(2)冻融致裂试验装置,利用核磁共振测试技术,测定不同影响因素下液态CO_(2)冻融致裂后煤体的孔隙度,分别研究液态CO_(2)冻结时间(t)、冻融循环次数(n)和煤体含水饱和度(W)对煤体孔隙度(φ)的影响;采用响应曲面法设计试验,构建φ与t、n和W的二次回归响应曲面模型,分析t、n和W单独及耦合作用时对φ的敏感程度及影响特征,并预测优化与验证不同影响因素下的φ。结果表明:随着t的延长和n的增多,φ呈指数函数关系变化,随W的增大,φ呈线性关系增加;影响因素t、n和W均为φ的极显著项(显著性判别值P<0.01),对φ影响的主次关系为:n>W>t。交互项nt交互作用极显著,nW交互作用次之,Wt交互作用不显著,对φ影响的主次关系为:nt>nW>Wt。模型预测当t、n和W分别为57 min、19次、96%时,φ达到最大值(9.47%),4组试验值与模型预测值平均误差为2.98%,所测φ平均值为9.58%,φ较优化之前(8.94%)提高了7.16%。

点火延迟时间对CO_(2)-超细水雾的抑爆特性影响

利用20 L球爆炸实验平台,系统研究了不同点火延迟时间对CO_(2)-超细水雾抑制瓦斯/煤尘爆炸特性的影响。结果表明:相比单一抑爆,在CO_(2)-超细水雾作用下,随着点火延迟时间延长和水雾浓度增大,瓦斯/煤尘爆炸强度削弱,火焰传播速度降低,火焰亮度降低且出现下沉现象,火焰内部煤尘粒子运动状态由向心运动向旋转运动转换。10%CO_(2)、306 g/m3超细水雾时,在1500 ms点火延迟时的最大爆炸压力和最大压力上升速率比无水雾时分别降低了6.79%和16.14%,最大爆炸压力来临时间延长了24.47%;10%CO_(2)、204 g/m^(3)超细水雾下,在2000 ms点火延迟时的最大爆炸压力和火焰平均速度比1000 ms点火延迟时分别降低了5.22%和37.5%,最大爆炸压力来临时间延长24.66%。研究结果为气液两相抑爆剂抑制瓦斯/煤尘爆炸控制参数的确定提供了技术指导。

构造裂隙对CO_(2)驱煤层气地质封存的影响

CO_(2)驱煤层气地质封存(CO_(2)-ECBM)过程中,煤储层中发育的构造裂隙在注入压力诱导作用下可能成为气-水渗流的优势通道,进而影响煤层气增产与CO_(2)封存效果。基于理论分析建立了煤储层CO_(2)驱替运移剖面,构建了CO_(2)驱煤层气地质封存数值模型,探讨了构造裂隙优势渗流通道对CH_(4)增产和CO_(2)封存的影响规律,评价了试验井组注CO_(2)驱煤层气地质封存效果,揭示了注入试验中CO_(2)快速突破机制,剖析了CO_(2)快速突破对注采工艺优化的启示内涵,并提出了构造裂隙发育煤储层注采工艺建议。研究结果表明,注-采井间可依次形成CO_(2)富集区、CH_(4)-CO_(2)混合区、CH_(4)富集区和裂隙水富集区。随注入进行,各富集区形成、演化并接续影响采气井,其中裂隙水运移难易决定了产能抑制强度,进而控制了采气井增产效果和储层封存效果。沿构造裂隙采气井能实现CH_(4)高效增产,但裂隙渗透率偏大往往导致CO_(2)窜流进而引起CH_(4)累计产气量与CO_(2)累计封存量降低。项目期内CO_(2)注入对强突破井具有显著的增产效果,实际累计产气量提高10.4%,流压等效累计产气量提高92.3%。构造裂隙为CO_(2)快速突破提供了潜在优势通道,注压是诱导其成为优势渗流通道的主要原因,储层压裂改造区的存在和液态CO_(2)相变膨胀增能可能加速CO_(2)运移突破,而煤基质膨胀降渗效应有望延缓突破。为达到更好的驱替封存效果,需要在前期快速提升井底压力,在产能抑制阶段微调注压或增加采气井排采强度,全阶段维持注入井井底压力低于储层最小主应力。突破后,通过不定期关启采气井或降低注压可增加CO_(2)与煤基质接触时间,有望进一步提高CH_(4)采收率。

CO_(2)地质封存盖层密闭性研究现状与进展

CO_(2)地质封存是应对全球性气候变化、减排温室气体的关键技术之一。大规模CO_(2)注入地层容易出现泄漏问题,尤其是通过盖层的泄漏,包括毛细管泄漏、盖层水力破裂和沿盖层既有断层的泄漏等。因此,盖层密闭性评价对CO_(2)地质封存长期安全稳定性的预测至关重要的。通过对密闭机理、影响因素、破坏模式等影响CO_(2)地质封存盖层密闭性的研究现状进行总结,发现盖层密闭机理包括毛细管封闭、水力封闭和超压封闭,影响盖层密闭性的主要因素有盖层岩性、盖地比特征、盖层厚度、盖层岩石力学性质和封存压力,进而对CO_(2)注入过程中盖层密闭性的破坏模式进行评价,并对盖层密闭性研究的不足提出了一些见解。

气管材质和长度对农田小气候CO_(2)/H_(2)O分析仪读数稳定时间的影响

CO2和H2O气体浓度是农田小气候的2个重要指标,一般采用CO2/H2O分析仪进行测定,为减少人为干扰,需使用气管将待测区域气体传输至分析器,而气管的材质及其长度会影响CO2/H2O测定时读数稳定所需的时间。本研究采用8种常用材质的气管及5种气管长度进行双因素随机区组试验,以筛选CO2/H2O测定所需的最佳气管材质及长度。结果表明:不同材质气管测定CO2浓度的稳定时间为9.20~11.47s,测定H2O气体浓度的稳定时间为9.67~18.93s。利用主效可加互作可乘(Additive main effects and multi-plicative interaction,AMMI)模型对CO2/H2O气体浓度达到稳定的时间进行方差分析和稳定性分析发现,在CO2浓度观测过程中,气管长度的固定效应导致的变异最大,材质次之,材质与长度互作效应较小;各材质中,CO2读数稳定时间最短的为蠕动泵管;在H2O气体浓度观测过程中,存在显著的材质和长度间的互作效应,其中材质的固定效应导致的变异最大,长度次之,PVC管的读数稳定时间最短。不同材质与不同长度的交互作用不同,每种材质对不同长度都有其特殊的适应性。因此,应根据测定指标,选择稳定时间短的材质和长度,以提高农田CO2和H2O气体浓度的测定效率。

阻燃剂DOPO-VTS在超临界CO_(2)中的溶解度测定

为了明晰阻燃剂10-(2-三甲基硅烷基-乙基)-9-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-VTS)在超临界CO_(2)流体中的溶解行为,在压力10~25 MPa、温度323.15~393.15 K条件下,利用动态法测定了DOPO-VTS在超临界CO_(2)中的溶解度。分析了系统温度、压力对阻燃剂DOPO-VTS溶解度的影响,并利用Chrastil模型、Ad-Chrastil模型、MST模型、Ad-MST模型对DOPO-VTS在超临界CO_(2)中的溶解度数据进行拟合。结果表明,DOPO-VTS在110 min时达到溶解平衡;随着温度、压力升高,DOPO-VTS溶解度也随之增加;在超临界CO_(2)中的溶解度范围为1.189×10^(-6)~2.342×10^(-6) mol/mol;在温度393.15 K,压力24 MPa条件下,DOPO-VTS可获得最大溶解度;与其他3种半经验方程相比,通过引入4个方程参数,Ad-MST模型拟合效果最好,其相对偏差(AARD)值为12.13%。