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。

注CO_(2)井管柱腐蚀速率预测

利用CO_(2)驱油提高低渗、高含水油田原油采收率已经发展成为双碳背景下应对气候变化的重要技术。但是注CO_(2)井管柱频繁发生腐蚀失效的问题,研究管柱在CO_(2)环境下的腐蚀机理,预测管柱腐蚀速率是腐蚀防护是保障安全生产的重要途经。为此本文开展了注CO_(2)井管柱腐蚀的电化学分析,考虑了压力、温度、pH值、含水率、离子浓度等因素在管柱腐蚀失效中关联关系,优化了CO_(2)腐蚀环境下P110油管的腐蚀速率预测模型,对实例井油管柱腐蚀速率完成预测,并对比油田现场实测值。结果表明:在注CO_(2)过程中,1500m以上井段腐蚀程度较小,腐蚀主要发生在1300~1700m井段,温度为70℃左右腐蚀做严重,腐蚀速率可达0.3mm/a。腐蚀速率受含水率、井筒温度影响较大,腐蚀情况预测结果与现场实测腐蚀情况吻合较好。

不同CO_(2)浓度和氮肥水平对稻田呼吸速率的影响

为研究不同CO_(2)浓度和氮肥水平对稻田呼吸速率的影响,利用12个开顶式气室开展田间试验,CO_(2)浓度设置对照(CK,自由大气CO_(2)浓度)、CO_(2)浓度比CK增加120μmol·mol-1(C1)和200μmol·mol-1(C2)3个水平,氮肥设置低氮(N1,15 g·m^(-2))和常规氮肥(N2,25 g·m^(-2))2个水平,试验共6种处理。结果表明:在相同施氮水平下,在灌浆期和蜡熟期,C1N1比CKN1处理的呼吸速率分别下降了23.4%(P=0.045)和49.1%(P=0.010);在抽穗期和灌浆期,C2N2比CKN2处理的呼吸速率分别升高了12.3%(P=0.009)和16.8%(P=0.047)。同一CO_(2)浓度下,不同施氮水平处理的呼吸速率表现为N2>N1,且在拔节期和抽穗期达到显著水平,在灌浆期达到极显著水平;其中在灌浆期和蜡熟期,C1N1比C1N2处理的呼吸速率分别下降了31.1%(P=0.004)和42.7%(P=0.010)。研究表明,大气CO_(2)浓度升高对稻田呼吸速率的影响因生育时期而异,氮肥减施可以降低稻田呼吸速率及CO_(2)累积释放量。

拉萨地块西部碰撞后富钾火山作用CO_(2)释放规模初探

估算地质历史时期火山活动的CO_(2)释放量对于理解地球深部碳释放及其气候环境效应具有重要意义。本文聚焦青藏高原拉萨地块西部的碰撞后富钾火山作用,以雄巴、赛利普、布嘎寺和麦嘎4个地区的富钾火山岩为例,开展了橄榄石、辉石等斑晶矿物中熔体包裹体的CO_(2)含量与脱气特征研究,结合火山岩体积和年龄等参数,估算了拉萨地块碰撞后富钾火山活动的CO_(2)释放量。结果表明,研究区火山岩熔体包裹体气泡中的CO_(2)含量约为0.61%~5.38%,雄巴、赛利普、布嘎寺和麦嘎火山岩的CO_(2)年释放量分别为(5.1±0.9)×10^(-5)Pg/yr、(1.3±0.6)×10^(-5)Pg/yr、(2.5±0.5)×10^(-4)Pg/yr和(1.5±0.2)×10^(-7)Pg/yr,共计约(3.2±0.6)×10^(-4)Pg/yr。粗略推算结果表明,拉萨地块碰撞后富钾火山作用的CO_(2)总释放规模约为0.006±0.001Pg/yr,与大陆碰撞带深部碳释放通量模型的计算结果相一致。本文的研究结果为地质历史时期印度-亚洲大陆碰撞导致的深部碳释放模拟提供了初步的实测数据参考。未来仍需在获取更多数据的基础上优化研究结果,以减小碰撞后火山作用的岩浆成分、规模、时空分布不均等导致的不确定性。

CO_(2)混相驱注气速率对重力超覆的影响规律

CO_(2)驱可以改善低渗透油藏的开发效果,并通过置换油气等方式实现CO_(2)地质埋存,但由于油气密度差的存在,会形成CO_(2)重力超覆而影响驱油效果。为明确油层厚度较大的低渗油藏中CO_(2)混相驱条件下注气速率对重力超覆程度的影响规律,分别采用室内物理模拟实验和数值模拟等方法进行研究,并通过建立的数值模型和超覆程度表征方法,系统评价注气速率的影响规律,从而对注入量等参数进行优化。结果表明,混相驱条件下仍存在一定程度的重力分异,且随注气速率的增加,重力超覆程度减弱,混相驱采收率提高,但相比非混相条件,超覆程度较低,通过注气速率优化减弱其影响的效果更为明显。针对给定模型的模拟计算结果表明,当注入量大于10 t/d后超覆程度影响减弱,因此,为保证厚油层CO_(2)混相驱油效果,在不发生气窜的前提下应适当采用较大的注气速率以减弱重力超覆的影响。研究结果对于CO_(2)驱油现场试验方案设计和注气参数优化具有一定的指导意义。

枯竭型酸性气藏封存CO_(2)过程中的油管腐蚀行为及选材

为了研究不同材质油管钢在枯竭型酸性油气藏CO_(2)封存工况下的腐蚀行为,优选出适用性好的钢材,采用高温高压釜模拟CO_(2)封存工况,在不同CO_(2)分压(5、8、11 MPa)条件下,对N80钢、L80-13Cr钢和BG2532钢进行腐蚀失重测试,从腐蚀速率、腐蚀产物微观形貌和局部腐蚀深度进行研究,并对油管进行腐蚀寿命预测。结果表明:在模拟工况下N80钢、L80-13Cr钢和BG2532钢的腐蚀速率都随着CO_(2)分压的升高而增大,N80钢腐蚀速率为0.0674~0.0979 mm/a,L80-13Cr钢腐蚀速率为0.0227~0.0277 mm/a,BG2532钢腐蚀速率为0.0013~0.0029 mm/a;3种钢材的腐蚀产物主要为立方体状的FeCO3和少量的FeS,且随分压的升高,腐蚀产物逐渐增多并出现融合现象;N80钢主要表现为均匀腐蚀,而L80-13Cr钢出现点蚀,穿孔年限为5 a左右;N80钢的剩余抗拉强度和抗拉安全系数随服役年限的增长而降低,安全服役年限为27 a。研究成果为枯竭型酸性油气藏CO_(2)封存井油管选材提供依据。

驱动力对煤介质中CO_(2)水合物生长动力学的影响

为探究不同驱动力对煤介质中CO_(2)动力学的影响,开展了3种驱动力条件下煤介质中CO_(2)水合物生长动力学实验,获取了CO_(2)水合物生成过程中动力学参数。结果表明:相同粒径体系生成水合物的过程中,3 MPa驱动力的CO_(2)气体消耗量约为2.5 MPa、2 MPa驱动力CO_(2)气体消耗量的1.14、1.34倍;不同粒径体系驱动力增加,体系内气体分子运动加快,气体分子与液面水分子碰撞的次数也会随之增高,CO_(2)水合物结晶成核的机会也随之增加,CO_(2)水合物气体消耗量、生长速率随之加快。在0.150~0.850 mm粒径范围内随着煤介质粒径增大,CO_(2)水合物生长速率逐渐提高;利用线性拟合获取了CO_(2)水合物平均生长速率与驱动力关系式,为预测CO_(2)水合物的平均生长速率提供参考。

海北高寒灌丛草甸生态系统CO_2释放速率的季节变化规律

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站干柴滩地区以金露梅Potentilla fruticosa 灌丛草甸生态系统为研究对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和次生裸地(GL)的CO2释放速率进行了长期观测,并对年释放量作了初步估测。结果表明,GG,GC和GL CO2 的释放速率在一年内有明显的季节变化。植物生长季CO2 释放量明显高于枯黄期,释放速率GG>GC>GL(P<0 01),且均表现为正排放。不同季节CO2 释放存在明显差异,表现为夏季>秋季>春季>冬季。2003 年6 月30 日至2004年6月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO2 释放量为4 293 63±955 75 g/m2,丛内草甸植被-土壤系统CO2 释放量为3 319 68±806 19 g/m2,裸地CO2 的释放量为1 724 14±444 14 g/m2。CO2 释放速率的季节变化与土壤5 cm温度呈显著正相关关系(P<0 01)。

桂林盘龙洞土壤CO_2释放速率的分布状况和变化规律

以桂林盘龙洞岩溶实验场为例,选择岩溶洼地里的坡地灌木丛和洼地灌木丛2个样地,通过长期定时监测土壤CO2释放速率的季节变化、空间分布规律以及日动态变化。得知:⑴无论是坡地还是洼地,春季和夏季时土壤CO2释放速率表层土大于深层土,秋季和冬季时深层土大于表层土,且坡地大于洼地;⑵土壤CO2的释放速率具有明显的季节性变化特征,夏秋季(6-9月)土壤CO2释放速率是其它时期的1-3倍,并显示与气温、土壤含水率和生物活动密切相关。

青海果洛黄河源区高寒草甸CO_2释放速率研究

以青海果洛黄河源区高寒退化草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒退化草甸生态系统CO2释放进行了初步研究。结果表明:所选4种不同退化程度高寒草甸,即未退化草甸(A)、轻度退化草甸(B)、中度退化草甸(C)和重度退化草甸(D),其CO2释放速率有明显的日变化特征,日最大排放速率在15∶00-17∶00左右出现,最低值出现于清晨7∶00-9∶00左右,释放白天大于夜晚;(2)CO2释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO2释放速率明显高于枯黄期,8月为CO2释放高峰期,1月或2月为CO2释放低谷期;(3)CO2释放速率的日变化主要受地表温度和5cm地温制约,季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01),本研究为进一步进行高寒退化草甸生态系统源江效应的准确估测提供科学依据。

关井阶段CO_(2)作储气库垫层气的动态影响规律

目的为应对地下储气库中的垫层气损失,采用经济气体CO_(2)作为垫层气,目前,CO_(2)作垫层气在实际应用中存在各种条件限制,且对其在关井阶段的应用研究较少,有必要对在关井阶段CO_(2)作垫层气对天然气储气库的运行影响因素进行研究。方法利用有限元模拟CO_(2)作储气库垫层气时,研究关井阶段储气库动态参数(注气压力、注气速率和CO_(2)垫层气比例)对混气带的影响规律。结果注气压力对混气带的影响不大,将其控制在12 MPa左右最为合理,此时混气带占储气面积的比例为23.7315%;混气带面积占比随注气速率的增大而减小,但是在注气口附近会出现混合区域,导致回采天然气时出现大量的混合气体,所以注气速率控制在0.7×10^(8) m^(3)/d时最为合理,这时混气带面积占比为18.3246%;CO_(2)作垫层气的比例对天然气-CO_(2)之间的混合影响明显,当CO_(2)垫层气比例为20%时,混气带面积占比为7.2365%。结论根据实验结果设计针对混气带的控制措施,当注气压力控制为12 MPa时,注气速率为0.7×10^(8) m^(3)/d,当CO_(2)垫层气比例为20%时,能让储气库的运作更为经济,实验结果可为实际储气库的建设提供参考。

福建长汀水土流失区重建植被马尾松和木荷夏秋季树干CO_2释放速率研究

采用红外气体分析法,于2008年夏季和秋季,原位监测了福建长汀水土流失区不同恢复程度样地重建植被马尾松(Pinus massoniana)、木荷(Schima superba)树干CO2释放速率(stem CO2efflux rate,FCO2);并分析了FCO2与树干温度、气温、树干液流密度、空气相对湿度、树干可溶性糖和淀粉含量的关系。结果表明:植被重建对福建长汀水土流失区夏季和秋季FCO2值大小、FCO2日变化规律、以及FCO2与生理生态因子的关系均有不同程度的影响。植被重建后样地中植物FCO2显著提高,恢复程度低样地马尾松夏秋季节FCO2的平均值为1.18μmol/(m2.s),显著低于恢复程度高样地马尾松、木荷(夏秋季节FCO2平均值分别为1.85,5.28μmol/(m2.s)(p<0.05)。夏季,恢复程度低样地马尾松FCO2日变化规律为三峰型,且其与树干温度、气温、树干液流密度、空气相对湿度显著相关(p<0.05);但其余时间,两样地马尾松、木荷FCO2日变化均为双峰模式,与各生理生态因子相关性均不显著。植被重建后,样地中温度、土壤肥力等环境因子改善,使植物树干生长速率加快,是导致样地间FCO2存在以上差异的主要原因。

基于神经遗忘决策集成的油管CO_(2)腐蚀速率预测

为避免CO_(2)腐蚀油管进而破坏井筒完整性,有效预测CO_(2)腐蚀速率,在出现安全隐患之前采取预防和纠正措施。提出1种基于半经验模型预测结果和多维特征构建的数据集训练的神经网络——神经遗忘决策集成(NODE)预测方法,预测某实例井的油管CO_(2)腐蚀速率,并与实测数据和传统模型进行比较,开展敏感因素分析和特征重要性排序。研究结果表明:该方法训练的神经网络预测结果误差较小,可为高效、快速地进行油管CO_(2)腐蚀速率预测和因素分析提供新思路,对井筒完整性设计有一定参考意义。

CO_(2)驱油井环境下N80钢与3Cr13钢的电偶腐蚀行为

N80钢与3Cr13钢常作为油管和水力锚等的材料使用,在CO_(2)驱油井环境中不可避免偶接使用易产生电偶腐蚀。为此,通过开展CO_(2)环境下N80钢和3Cr13钢的腐蚀速率试验和电偶腐蚀试验,明确了CO_(2)含量、温度、压力和矿化度等因素作用下2种钢的电偶腐蚀规律。结果表明:CO_(2)驱油井中2种钢产生电偶腐蚀,3Cr13钢为阴极,且不受电偶腐蚀影响,N80钢为阳极,电偶腐蚀速率增大;且N80钢的电偶腐蚀速率随CO_(2)含量、温度、压力和矿化度的增大而增大;电偶腐蚀敏感因子随CO_(2)含量和压力增大而减小,当CO_(2)含量达到20.0%时电偶腐蚀敏感因子为负值,随温度升高先减小后增大,随矿化度增加而增大,电偶腐蚀速率最大可高于常规腐蚀69%。

基于机器学习算法的CO_(2)腐蚀速率预测

针对传统CO_(2)腐蚀速率预测模型结构简单,泛化性弱,油田应用效果不佳的问题,本文基于机器学习的思想,采用数据挖掘的手段,研究Na^(+)、Cl^(-)、pH值、温度、材质等参数对井筒腐蚀的影响,利用相关系数矩阵确定各因素之间的独立性及对井筒腐蚀速率的影响程度,分别建立了线性回归、支持向量机(SVM)、极端梯度提升(XGboost)算法的CO_(2)腐蚀速率预测模型。以决定系数、平均绝对误差和均方根误差为评价指标,对比分析了不同腐蚀速率预测模型。结果表明,XGboost腐蚀速率预测模型效果最好,线性回归腐蚀速率模型预测效果优于SVM的4种核函数腐蚀速率预测模型。研究结果揭示了基于机器学习的腐蚀速率预测模型有很好的稳定性和泛化能力,预测效果较好,为油田量化CO_(2)腐蚀速率提供了新的方法,在现场中具有一定的推广应用价值。

有刺枸骨和无刺枸骨在不同CO_(2)浓度下的光合能力分析

为研究有刺枸骨和无刺枸骨对不同二氧化碳(CO_(2))浓度的响应能力,本研究以有刺枸骨和无刺枸骨为材料,研究其净光合速率、胞间CO_(2)浓度、气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO_(2)浓度变化的情况。结果表明,在相同的CO_(2)浓度下,无刺枸骨的净光合速率始终比有刺枸骨的大,即无刺枸骨的光合能力强于有刺枸骨。无刺枸骨和有刺枸骨的气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO_(2)浓度升高而降低,说明无刺枸骨的净光合速率较高并不主要由气孔因素的差异引起。随着CO_(2)浓度的升高,胞间CO_(2)浓度与净光合速率呈现正相关,并且无刺枸骨的CO_(2)饱和点较有刺枸骨高,而CO_(2)补偿点较有刺枸骨低,说明无刺枸骨的CO_(2)同化能力强于有刺枸骨。因而,无刺枸骨高净光合速率可能是因为CO_(2)同化能力高。

基于超临界CO_(2)流体的载药二醋酸纤维释放行为

为获得具有良好缓释性能的生物活性二醋酸纤维,采用超临界CO_(2)流体加工技术,并以具有抗氧化、抗菌功效的生物活性药物白藜芦醇作为模型药物,在不同流体温度及压力条件下制备负载白藜芦醇的二醋酸纤维,考察了不同载药二醋酸纤维在乙醇中的释放曲线,并建立释放模型。结果表明:更高超临界CO_(2)流体温度、压力条件下制备的载药二醋酸纤维在介质中的绝对释放量、绝对释放速率均更高,而累计释放百分比、累计释放速率均更低;释放时间为40或50 min时,释放速率呈现升高现象,释放平衡时药物残留率最高可达50%;白藜芦醇从二醋酸纤维中的释放行为更符合一级释放动力学模型,拟合度R^(2)在0.93以上。

L360M钢在饱和CO_(2)环境中的腐蚀行为及主控因素探究

为研究温度、Cl-浓度及流速对L360M管线钢在饱和CO_(2)环境中的腐蚀行为的影响,采用室内挂片失重试验设计正交实验方案,通过集热式磁力搅拌器进行动态模拟试验,并根据正交实验结果选取主控因素进行单因素实验并开展电化学实验。结果表明:各因素对L360M管线钢在饱和CO_(2)环境中的腐蚀速率的影响按大小排序如下:温度>Cl-浓度>流速。随着温度的升高,腐蚀速率先增大后减小。腐蚀产物膜对金属基体的保护作用与膜层的致密性、覆盖度、稳定性有关。

碳钢在CO_(2)与Cl^(-)介质交互作用下腐蚀行为研究

主要研究了20号碳钢管线材料在包含CO_(2)和不同Cl^(-)浓度的溶液体系中的腐蚀行为。通过采用电化学、化学浸泡法以及一系列表征技术,从多角度分析了Cl^(-)与CO_(2)共同作用对管线材料腐蚀行为的影响。试验结果表明:在Cl^(-)溶液体系中,碳钢的腐蚀速率呈现出相对较低的数值,且随着Cl^(-)浓度的增加,其腐蚀速率呈现先增大后趋于平缓的趋势;当Cl^(-)与CO_(2)两种介质共同作用时,将导致碳钢腐蚀速率显著增加。从电化学试验角度来看,阻抗与极化测试结果均与浸泡测试得到的腐蚀速率的结果相一致,阻抗和极化测试结果表明Cl^(-)与CO_(2)两者共同作用可以使得碳钢容抗弧半径显著减小,并伴随着腐蚀电流密度的显著增加。

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。