淮南煤田各类型地质体CCS源汇潜力评估及其匹配性

开展淮南煤田各类型地质体CCUS源汇潜力评估及其匹配性研究,对于CO_(2)–ECBM技术工程化推广意义深远。以淮南煤田各类型地质体(深部不可采煤层、残留煤体、采空区)为研究对象,首先,探讨了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力评估方法;其次,分析了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力;然后,基于成本最低目标函数及改进节约里程法,开展了CO_(2)地质封存源汇匹配研究,并优化了其管网设计;最后,基于3步走思路,提出了CCS源汇管网规划设计思路的系统建议。研究结果表明:燃煤电厂年平均CO_(2)排放量为0.588亿t,深部不可采煤层、残留煤体及采空区内CO_(2)地质封存总潜力分别为7.6200亿、0.0517亿、0.8246亿t,可分别封存CO_(2)12.97 a、0.088 a及1.40 a;10 a周期内,深部不可采煤层可封存CO_(2)5.876亿t,累计规划管道217.0960 km,需要资金373亿美元;1.45 a周期内,生产矿井及关闭矿井可封存CO_(2)0.852亿t,累计规划管道464.5161 km,需要资金73.6亿美元;基于改进节约里程法,CCS源汇匹配各地质封存汇点累计节约里程266.6127 km,累计节约成本11.21亿美元,分别占管道运输总里程、总成本的57.40%、79.95%;基于3步走思路,可分阶段、分区域实现淮南煤田各CO_(2)排放源及CO_(2)封存汇的全线贯通,可实现CO_(2)的全部运输及地质封存。

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。

两淮煤田低渗煤层孔隙结构三维可视化表征及其连通性

为研究煤层孔裂隙结构的连通性对煤层气赋存与运移的影响。以两淮地区矿区的煤样作为实验研究对象,对煤样进行三维可视化重构,构建了煤样的三维孔隙结构模型以及等价孔隙网络模型,利用多种算法并结合表征单元体对煤样的孔隙结构进行表征与分析,同时,从整体到局部的角度对孔隙结构进行分析,研究表明:两淮地区孤立孔隙中C形孔隙占据主导,连通孔隙中F形孔隙占据主导;刘庄与祁东煤样孔隙结构空间展布较任楼与潘一矿区的煤样要好,具有更好的连通性;粗类型喉道之间的搭配较其他类型喉道之间的搭配整体连通性要好。结果说明两淮地区的煤样,大体积连通孔隙在孔隙结构中占据主导地位。刘庄与祁东煤样较任楼与潘一煤样的连通性要好,且刘庄煤样的连通性最好,潘一煤样连通性最差。

镜煤有机溶剂逐级抽提的甲烷吸附响应及其作用机理

利用二硫化碳、苯、丙酮和四氢呋喃对不同煤级5件镜煤样品逐级抽提,测试了原煤和抽余物对甲烷的吸附特性,分析了产生抽余物吸附性差异的动力学原因。研究发现,逐级抽提改变了镜煤的吸附性,改变方向和幅度取决于煤化作用程度的高低,第二次煤化作用跃变对抽余物吸附性的变化起着关键作用。研究认为,镜煤抽余物吸附性的改变可能起源于物理扩容和化学缩容两种主要机理。二硫化碳一级抽提对长焰煤—焦煤早期阶段煤样产生物理扩容效应,对焦煤后期—贫煤阶段煤样则产生化学缩容效应。苯二级抽提和四氢呋喃四级抽提对煤吸附性的损伤以化学缩容作用为主,丙酮三级抽提则主要表现为物理扩容效应。

构造煤纳米孔隙结构演化及分形特征

基于液氮吸附实验研究了构造煤纳米孔隙结构特征,采用FHH模型探讨了孔隙分形特征及其储层物性意义。结果表明:煤纳米孔隙结构受构造作用控制明显,孔容和比表面积均呈2个突变点、3段式的变化规律。构造煤纳米孔隙具有显著的分形特征,分维数随煤构造变形程度的增强而增大。构造变形可提高煤的吸附能力,而渗透性在脆性变形煤中有所改善。

碱改性城市污泥-煤的成浆性能

为解决污泥与煤掺混制浆时存在浓度低和掺混量少等问题,本文将污泥干燥基质量20%的Na OH粉末与污泥均匀混合以对其进行改性,并用改性前后的污泥分别制备污泥-水煤浆,采用红外光谱仪、SEM扫描电镜和表面Zeta电位对样品进行表征,考察了改性对污泥结构性质的变化及不同污泥及改性污泥添加量对成浆性能的影响。通过Na OH改性处理,得到的改性污泥表面含氧官能团含量下降,表面电负性增强,有利于成浆。结果表明,改性可以解决污泥-水煤浆浓度低和流动性差的问题,对比污泥-水煤浆,当改性污泥添加量为10%时,浓度提高了5.64%,流动性得到很大提高,表现为连续流动,稳定性也有明显改善。在满足污泥-水煤浆性能的条件下,提高了污泥的利用率,促进了污泥在水煤浆制备中的应用。

络合-溶剂热法制备钯基催化剂及其催化氧化间二甲苯性能

通过采用络合-溶剂热法、水热法和浸渍法三种方法制备了负载量为0.6%(质量分数)的Pd/Al_2O_3催化剂,重点考察不同制备方法催化氧化间二甲苯作为典型的挥发性有机化合物的能力。结果表明:络合-溶剂热法制备的Pd/Al_2O_3-com催化剂催化氧化间二甲苯的能力最强,间二甲苯体积分数为0.002%时完全转化温度(T100)为130℃,低于浸渍法制备催化剂的完全转化温度30℃。对Pd/Al_2O_3催化剂进行了比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等表征分析,发现Pd/Al_2O_3-com中Pd主要以还原态Pd^0高度分散于载体表面,而另两种方法制备的催化剂均有明显的Pd^(2+)存在。结合性能测试及表征分析,表明络合-溶剂热法制备的Pd/Al_2O_3-com催化剂活性组分Pd的高度分散,增强了催化活性,可满足高浓度间二甲苯、宽气体体积空速条件下催化氧化脱除间二甲苯的工业应用要求。

碳酸酐酶在Fe_3O_4表面固定及性能分析研究

首先将羧基官能团引入纳米级Fe_3O_4表面,并用交联剂戊二醛将碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)固定到Fe_3O_4上,即得到固定化酶。采用比表面积(BET)、热重分析(TG)、傅里叶红外(FTIR)、X射线衍射(XRD),扫面电镜(SEM)等手段对载体材料和固定化酶的物理化学性质进行表征对比。以对硝基苯酚乙酸酯(p-NPA)为底物,采用紫外分光光度计测定酶活。结果表明,制备的载体材料具有较大的比表面积,表面羧基化后,载体共价结合后的有机物含量达到11.24%;载体材料表面不存在C=C。采用戊二醛进行酶的固定化试验时,固定化酶活性最大可达到68.26%;且固定化酶比游离态酶具有更高的操作稳定性和贮藏稳定性。本方法有望将固定化酶应用在连续式填料塔反应器中以提高其低浓度CO_2的去除效率。

复掺粉煤灰吸附剂碳化固碳反应及对重金属浸出特性的影响

针对复掺方法提高粉煤灰矿物固碳效率和重金属析出钝化作用,采用粉煤灰掺入不同比例的消石灰和氧化铝制备了固碳吸附剂,利用三相高压反应釜模拟碳酸化固碳反应,利用热重-差热测试分析了不同配比固化剂CO_2固定量和固定效率,对碳酸化反应前后固化剂的化学成分进行了分析,揭示了复掺粉煤灰吸附剂固碳机理,对碳酸化反应前后固化剂材料中重金属浸出毒性进行了实验模拟。结果表明,粉煤灰基固化剂复掺消石灰后,增加了固化材料中CaO量,显著提高了碳酸化体系中pH值,当粉煤灰与消石灰质量比为1∶1时,碳固定效率最高,达到6.98%。当消石灰的投加量为50%时,As、Cd、Cu、Pb、Cr受到了较强的抑制效果,Ni、Zn的浸出浓度没有变化。因此,复掺消石灰、氧化铝的粉煤灰基碳固化材料可有效改善纯粉煤灰碳酸化固定CO_2的效率,并可降低粉煤灰碳酸化后重金属的浸出毒性。