黄土塬地区CO2驱油封存泄漏地下水监测体系研究

针对鄂尔多斯黄土塬地区CO₂驱油封存项目的监测需求,在综合辨识黄土塬地区地下水潜在的CO₂泄漏特征,剖析CO₂泄漏进入地下含水层后的空间运移及时间响应特征的基础上,结合CO₂驱油封存过程,建立了1套面向黄土塬地区CO₂驱油封存CO₂泄漏的全时空立体化地下水监测体系。研究表明:受地形地貌及土壤特点影响,黄土塬地区驱油封存的CO₂具有盖层突破、井筒侧漏、降雨反渗和地表径流补给的多源泄漏特征;CO₂泄漏进入地下含水层后具有纵向快速运移扩散、横向四周缓慢扩散并随地下水向下游运移的空间运移特征和CO₂浓度、电导率等指标上升,pH值下降以及Ca2+、Mg2+离子浓度先上升后下降的时间响应特征。基于上述特征所建立的监测体系可为该区域CO₂驱油封存示范项目的监测提供参考。     

CCUS对中国粗钢生产的碳减排潜力评估

在评估2019年277个涉及粗钢生产的钢铁企业和17.6亿tCO₂排放量的基础上,采用针对钢铁行业的全流程CCUS系统评价模型（ITEAM-CCUS模型）研究了粗钢生产结合碳捕集利用与封存技术（CCUS）的CO₂减排潜力.评估设置了8种情景,初步回答了钢铁行业的粗钢生产通过规模化CCUS的减排规模、成本范围、封存场地、优先企业分布等关键问题.结果显示：粗钢企业开展全流程CCUS项目可以实现大规模的CO₂减排.在早期示范机会情景,企业全流程CO₂强化深部咸水开采（CO₂-EWR）和CO₂提高石油采收率技术（CO₂-EOR）结合项目增加67~467元/t粗钢的单位成本（60%捕集率的平准化成本低于300元/t）可以年累计减排8.7亿t规模CO₂,约占总捕集量的88%;单独EWR项目年累计驱替深部咸水10.5亿t.具有CCUS改造潜力的粗钢企业主要分布于渤海湾盆地、准噶尔盆地、江汉盆地与鄂尔多斯盆地.     

云南省优势矿产尾矿砂捕集及矿化封存CO2潜力分析

为了解云南省尾矿库“两个清单”中保留库的碳减排潜力,使用改进的Steinour方程计算了云南省各州市不同类型尾矿砂的CO₂固定量,根据《IPCC国家温室气体列表指南》中提供的方法计算了云南省2011~2020年碳排放量.结果表明,红河州、玉溪市、昆明市尾矿砂的捕集及矿化封存CO₂的潜力较大,占云南省保留库尾矿砂CO₂矿化封存量的65.79%;铅锌矿、赤泥、锡矿的理论固碳量较高,分别为0.201, 0.173, 0.158t/t,以上3种尾矿砂的固碳量占云南省尾矿砂固碳量的79.45%;若将云南省保留库堆存的尾矿砂全部用于CO₂的矿化封存,可减少2011~2020年间云南省累积碳排放量的2.81%,工业碳累积排放量的3.16%,采矿业碳排放量的12.36%,具有较好的工业应用前景.     

四川盆地气矿天然气开发过程中温室气体的排放特征

天然气开发过程是化石能源系统重要的排放源之一. 包括我国在内的发展中国家对于油气系统温室气体排放的研究尚处于起步阶段,并且也无统一的计算方法. 为研究我国天然气开发过程中温室气体排放情况,以四川盆地某较大规模(年产气量约16×108 m3)的天然气气矿为研究对象. 利用甲烷泄漏浓度检测仪对该气矿井口、集气站、配气站等场站的所有元件的潜在泄漏点进行了逐一检测,同时采集油田水和天然气样品,在实验室对油田水露天放置过程和天然气火炬燃烧过程的温室气体排放进行了模拟研究,计算了该矿2011年天然气开发过程中温室气体排放量. 结果表明:2011年研究气矿CH₄和CO₂排放量分别为1 033.32和1 295.56 t,折合CO₂当量为27 128.56 t. 与采用IPCC(政府间气候变化专门委员会)《2006年国家温室气体清单指南》第一层次方法计算的结果对比发现,IPCC方法计算结果(CH₄和CO₂排放量分别为20 287.39、12 479.74 t,折合CO₂当量为519 664.74 t)远高于实测法计算结果,因此,IPCC方法总体上严重高估了我国温室气体排放量.      

中国服务业能源消费CO2排放及其因素分解

基于IPCC温室气体排放清单指南中的CO₂排放因子与核算方法,估算了1995—2010年中国服务业能源消费与CO₂排放量,并对其总体变化趋势进行时间序列分析;以LMDI(对数平均迪氏指数)法辨识与分解3个时段(1995—2000年、2000—2005年和2005—2010年)中影响中国服务业CO₂排放量变动的关键因素及其对CO₂排放量的贡献值. 结果表明:1995—2010年中国服务业能源消费CO₂排放量增长态势明显,累计排放总量为853197.55×104t;服务业能源消费主要依赖于高碳化能源燃料,各年度油品和煤品分别占能源消费总量的67%~74%和5%~27%;LMDI分析结果显示,1995—2010年产业规模和人口效应引起CO₂排放增加量分别为133357.10×104和7691.25×104t,能源效率和能源结构引起CO₂排放减少量分别为59034.50×104和23898.60×104t. 提出CO₂减排对策:①以经济、政策和监管手段促进服务业节能减排;②依托科技创新提高能源综合利用效率,降低服务业CO₂排放量.      

辽宁省港口邻近区域海运废气排放测算

为准确测算沿海地区船舶废气排放量,基于试验数据确定了NO_x、CO、HC和CO₂排放因子;结合文献资料和海事局进出港船舶签证数据,采用基于船舶活动过程的方法测算了2014年辽宁省港口邻近区域〔距港口减速区外边界25 n mile(1 n mile=1 852 m)以外的边界线与港口陆地岸线所围成的区域〕海运废气排放清单. 结果表明:2014年辽宁省港口邻近区域海运NO_x、CO、HC、CO₂、SO₂和PM(颗粒物)的排放量分别为11 827.1、971.4、399.6、1 097 426.5、11 654.1和959.2 t;散货船、集装箱船和油船3种主要类型船舶的NO_x、CO、HC、CO₂、SO₂和PM的分担率之和分别为74.7%、77.8%、70.8%、68.0%、70.9%和70.6%;主机NO_x、CO、HC、CO₂、SO₂和PM的分担率最大,分别为63.7%、63.0%、46.0%、40.4%、46.4%和45.3%;停泊工况下的NO_x、CO、HC、CO₂、SO₂和PM排放量分别为3 318.3、281.7、168.3、520 194.9、4 894.0和411.5 t. 船舶降速运行、减少停港时间、燃用低硫油和向船舶供应岸电等措施能降低港口邻近区域海运废气排放. 基础数据缺乏或数据代表性不足给废气排放清单带来了一定的不确定性.      

我国城市生活垃圾处理温室气体排放特征

CH₄和CO₂是大气中主要的温室气体,研究我国城市生活垃圾处理过程中二者的排放情况,对制订温室气体减排政策和应对气候变化有着至关重要的意义. 利用IPCC(政府间气候变化专门委员会)提供的废弃物处理排放CH₄和CO₂的计算方法,对1979—2011年我国城市生活垃圾处理CH₄和CO₂排放量(不含港澳台数据)进行统计分析. 结果表明:①2011年我国城市生活垃圾人均清运量为0.46 t,比2000年增加了53.3%. ②1979—2011年,我国城市生活垃圾处理仍以填埋为主,焚烧和堆肥处理方式相对较少,但近年来焚烧处理量呈逐年增加趋势,其中2011年焚烧处理量是2001年的16.8倍. ③我国城市生活垃圾处理产生的CH₄和CO₂排放量均呈逐年增长趋势,至2011年,二者分别达到7 024.03×104 (以CO₂当量计,下同)和706.22×104 t;其中,2011年CH₄排放量是1990年的20.0倍,CO₂排放量是2001年的16.8倍. ④城市生活垃圾产生的温室气体排放具有明显的地域特性,其中华东地区CH₄和CO₂排放总量高达2 570.98×104 t;西北地区最小,仅为482.3×104 t. 该差异与城市发展规模、人们生活习惯和城市化进程等影响因子紧密相关.      

长江经济带二氧化碳净排放时空演变特征及脱钩效应

研究区域CO₂净排放,对“碳中和”战略的实现具有重要意义.以长江经济带为例,在揭示1999～2018年长江经济带CO₂净排放时空演变特征的基础上,分析长江经济带不同区域社会发展与CO₂净排放的脱钩效应,以期为差异化区域产业发展和碳减排路径提供支持.结果表明：(1)1999～2012年长江经济带CO₂排放量上升了2 244.23×10⁶ t,碳汇量在研究时间段增长了148.07×10⁶ t;(2)长江经济带呈现“变绿”趋势,2013～2018年中高碳汇量区域(NPP>800 g·m^-2,以C计)面积较1999～2012年上升了23.25%;(3)长江经济带下游经济社会发展与CO₂净排放脱钩效应较强,上、中和下游强脱钩城市占长江经济带强脱钩城市的比例分别为12%、34%和54%.     

胜坨油田原油温室气体排放特征及其影响因素

为研究油田开发过程中原油在大气条件下的碳排放特征,完善油气系统潜在温室气体排放清单,以胜利油田典型区块——胜坨油田原油为研究对象,通过改进的静态室-气相色谱及质谱法对原油在大气条件下的自然脱气(排放)过程进行模拟试验研究. 结果表明:CH₄和CO₂是胜坨油田原油溶解气中的两种主要温室气体;将模拟时间(48 h)均分为4个时段,CH₄、CO₂的主要排放阶段为0~12 h,并且其排放量远高于>12~24、>24~36和>36~48 h,其中,不同温度下CH₄、CO₂的最大排放率均出现在0~2 h. 原油在空气中暴露时间的长短及所处大气温度的高低直接影响温室气体的累积排放,CH₄、CO₂的累积排放量均随模拟试验的进行而递增;原油所处环境温度越高,累积排放量越大,3 ℃时CH₄、CO₂的累积排放量分别为12.498、15.071 g/m3,13 ℃时为20.626、21.004 g/m3,27 ℃时为31.353、26.954 g/m3. CH₄、CO₂在不同温度下的相对排放量存在差异,表现为低温(3、13 ℃)条件下CH₄排放量低于CO₂,相对高温(27 ℃)条件下表现相反. 研究显示,原油所处大气环境的温度及暴露时间是影响原油温室气体排放的重要因素.      

双膜曝气生物膜反应器除水中硝氮和高氯酸盐

构建了一种以CO₂为唯一碳源的膜曝气氢基质生物膜反应器（H₂-MBfR）对模拟地下水中2种主要的氧化型无机无污染物（NO₃^--N和ClO₄^-）进行生物还原去除.通过膜曝气方式使CO₂起到提供碳源和调节反硝化过程中pH值跃升的双重作用,克服了传统方法所带来的二次污染和运行成本增加的问题.通过调整H₂和CO₂压力能够实现对反应器出水pH值的较为稳定的控制,当CO₂压力分别为0.05MPa和0.08MPa 2个阶段时,在平均NO₃^--N和ClO₄^-进水浓度分别为20.73mg/L和10.57mg/L条件下,两阶段出水平均pH值分别为8.45和8.06,NO₃^--N和ClO₄^-去除率均大于95%;当第3阶段CO₂压力提升至0.12MPa时,平均出水pH值下降至6.93,此时NO₃^--N和ClO₄^-去除通量明显降低.而提供过量的CO₂会导致在偏酸性条件下甲烷化过程的产生,从而会导致其对H₂的负面消耗进而使目标污染物的还原速率下降.因此,合理控制CO₂压力使反应体系pH值维持在中性偏碱性条件下有利于NO₃^--N和ClO₄^-还原过程的高效进行.     

CO2泄漏对稻田水基础水质指标的影响研究

碳捕集与封存（CCS）技术是当前抑制大气中CO₂过快增长的有效方法,但在CCS项目实施过程中仍存在CO₂泄漏而影响地表环境及生态的风险.本研究以龙粳31号和龙稻18号为实验对象,模拟研究地质封存CO₂以不同速率泄漏对稻田水环境基础水质指标D_CO2、pH、DO和ORP的影响,探讨稻田水对地质封存CO₂泄漏的响应规律.结果表明：CO₂泄漏对稻田水的D_CO2、pH、DO和ORP长期影响显著,不同CO₂泄漏速率对稻田水质指标的影响差异显著.在各指标平衡后,稻田水各水质指标均呈现明显的日变化规律,其中D_CO2呈早晚高、午间低的先减后增规律,而pH、DO和ORP均呈早晚低、午间高的先增后减规律.根据各指标差异性分析,建议将稻田水D_CO2作为稻田系统CO₂泄漏监测的主要指标,将pH、DO、ORP作为CO₂泄漏监测的辅助指标.     

利用高通量测序对封存CO2泄漏情景下土壤细菌的研究

全球CO2浓度不断升高的背景下,地质封存CO2为控制大气CO2浓度上升提供了全新的思路,但封存CO2潜在的泄漏风险也对生态系统产生重大威胁.土壤微生物与土壤健康密切联系.鉴于目前地质封存CO2泄漏对土壤微生物影响的研究鲜有报道,本研究通过模拟地质封存CO2泄漏情景,利用Miseq平台Illumina第二代高通量测序土壤细菌16S rRNA基因,结合相关生物信息学分析,初步探讨了封存CO2泄漏情景下农田土壤细菌群落丰富度、多样性和群落结构的变化.试验共获得15个土壤样本的43 017个OTU共486 645条读数,生物学分析结果表明,封存CO2泄漏通量和时间不同的情景下,农田土壤细菌丰富度和细菌群落多样性的变化存在差异,初步推测CO2泄漏量增大和泄漏时间持续更长的情景下,土壤细菌丰富度和多样性下降幅度较大,土壤细菌群落中优势菌群向若干细菌集中,其中土壤酸杆菌门细菌相对增多可能作为地质封存CO2泄漏对土壤生态系统影响的生物监测指标.     

CO2封存泄漏的稻田土壤细菌监测指标筛选研究

为研究CO₂地质封存过程中CO₂泄漏对水稻及稻田土壤的风险影响,利用CO₂模拟泄漏平台,研究了不同CO₂泄漏速率下水稻生长、稻田土壤性质与土壤细菌组成及多样性的变化特征.结果表明：随着CO₂泄漏速率的增加,稻田土壤pH显著降低,电导率显著增加,水稻生长受到明显抑制;稻田土壤细菌的丰富度指数和多样性指数均有增加,均匀度指数有所降低.CO₂泄漏显著改变了稻田土壤细菌组成,稻田土壤的优势菌门中变形菌门、拟杆菌门与绿弯菌门的相对丰度总体降低,而酸杆菌门与放线菌门的相对丰度总体升高;稻田土壤优势菌属中RB41、MND1、厌氧粘菌属及鞘脂单胞菌属的丰度总体升高,而硝化螺旋菌属的丰度总体降低;稀有细菌中CO₂泄漏下全部出现的有粘胶球形菌门、柔膜菌门及双头菌属、硫杆菌属,CO₂泄漏后全部消亡的为假单胞菌属.建议将变形菌门的减少和酸杆菌门的增加,以及RB41、MND1及厌氧粘菌属的增加作为稻田土壤CO₂泄漏监测的推荐指标.     

Minimizing leakage from a smelter off-gas system by enhanced control

The off-gas handling system is a vital component of a smelter and it is essential that it operates in accordance with environmental regulations. A key feature of the off-gas management system is maintaining a slightly negative system pressure to prevent gas leakage, such as SO₂, out into the work and external environments. To enhance sustainable development, there is also growing interest in capturing and reusing the significant amount of heat and CO₂ contained within off-gas. The potential incorporation of heat and CO₂ recovery systems places importance on enhancing control to minimize the risk of both gas leakage and disturbance of the smelting process. With these requirements in mind, an easily implementable feedforward control enhancement to existing control schemes is proposed to help provide improved performance.     

基于碳捕集的富氧燃煤烟气联合脱硫脱硝试验研究

富氧燃煤烟气压缩液化CO2的高压低温工况为NO氧化为易溶于水的NO2提供了十分有利的条件.基于小型高压吸收试验装置,采用配制的富氧燃煤模拟烟气,在高压常温下进行了NO、SO2、O2与H2O的吸收反应试验.根据反应前后的气液产物分析,测定了不同组分比例与不同压力下混合气体中NO与SO2的转化率.NO氧化与吸收试验表明,NO转化为HNO3的比率随压力升高而增加,在0.5 ～2 MPa之间增加很快,在2 ～3 MPa之间增速趋丁平缓,压力达3 MPa以上时,90％以上的NO均转化为稀硝酸,且初始NO浓度越高,NO的转化率越大.混合气体中同时存在5O2与NO的联合吸收试验发现,只有少量的NO转化成了NO3-,SO2向H2SO4的转化率随压力升高而增加,初始SO2浓度越大,转化率越高.分析表明,SO2与NO同时存在时SO2先行转化为SO3,NO充当了催化剂,但SO2转化为SO3的一次转化率小于35％,反应酸液产物的多次循环能使SO2的转化率达到90％以上.建议的工艺流程中需采用两座吸收反应塔顺序脱除SO2与NO并回收稀酸溶液,有望在富氧燃煤发电捕集CO2系统中降低脱硫脱硝成本,部分地弥补富氧燃烧机组发电成本的增加.     

Probing the potential of polyester for CO2 capture

Global warming, the major environmental issue confronted by humanity today, is caused by rising level of green house gases. Carbon capture and storage technologies offer potential for tapering CO2 emission in the atmosphere. Adsorption is believed to be a promising technology for CO2 capture. For this purpose, a polyester was synthesized by polycondensation of1,3,5-benzenetricarbonyl trichloride and cyanuric acid in pyridine and dichloromethane mixture. The polymer was then characterized using FT-IR, TGA, BET surface area and pore size analysis, FESEM and CO2 adsorption measurements. The CO2 adsorption capacities of the polyester were evaluated at a pressure of 1 bar and two different temperatures（273 and 298 K）.The performance of these materials to adsorb CO2 at atmospheric pressure was measured by optimum CO2 uptake of 0.244 mmol/g at 273 K. The synthesized polyester, therefore, has the potential to be exploited as CO2 adsorbent in pre-combustion capture process.     

大气14CO2的时空分异特征及其在化石源CO2示踪中的应用

大气CO₂中放射性碳同位素(¹⁴C)的水平可以反映化石源CO₂的影响程度,这对于评估我国目前化石源CO₂的排放状况和制定节能减排政策具有重要的指导意义。本文在概述大气¹⁴CO₂采样和分析方法的基础上,简要介绍了大气¹⁴CO₂观测的起源和主要的源汇过程,重点论述了大气¹⁴CO₂的时空分异特征及其驱动因素;阐述了化石源CO₂浓度的估算方法及¹⁴CO₂在国内外化石源CO₂示踪中的应用现状,并对大气¹⁴CO₂观测在我国化石源CO₂示踪中的应用前景进行了展望;旨在为我国正确地开展大气¹⁴CO₂的观测研究,深刻地理解特定区域大气¹⁴CO₂的时空分异特征和化石源CO₂的分布状况提供参考。     

金鱼藻对14CO2的吸收和积累动态

为了探明14CO2(14C)在环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了金鱼藻对14CO2的吸收和积累动态,并探讨了金鱼藻作为监测大气14CO2污染指示植物的可能性.结果表明,生长在水中的金鱼藻会通过某些途径吸收空气中14CO2并形成积累趋势,吸收途径主要是金鱼藻通过光合作用从水体中吸收游离14CO2和H14CO3-.金鱼...     

CO2泡沫混凝土碳封存潜力分析

CO₂捕集、利用与封存是碳中和技术体系的重要组成部分,混凝土在大规模吸收CO₂方面具有巨大的发展潜力.为了掌握CO₂泡沫混凝土的碳封存潜力,分析了CO₂泡沫混凝土的固碳机制,建立了CO₂泡沫混凝土固碳能力的数学模型,估算了CO₂泡沫混凝土的固碳和储碳能力.结果表明,CO₂泡沫混凝土碳封存能力的99%以上是由混凝土骨架的化学碳化方式完成的,而泡孔的储碳能力较弱;按照30%碳化率估算,我国每年生产的混凝土在全生命周期内的碳封存量平均为2.18亿t,超过大兴安岭林区森林1 a的碳汇;近5年,我国CO₂泡沫混凝土的碳封存潜力为5.80亿t ·a^-1,在煤电一体化矿区的固废和废气资源化利用方面具有很好的应用前景.CO₂泡沫混凝土在凝固前的稳定性是下一步要重点解决的技术难题.