CO2海底地质封存泄漏监测研究进展

CO₂海底地质封存可以实现大量的CO₂与大气长时间的隔离,对于沿海工业发达地区碳中和的实现至关重要。尽管泄漏的可能性极其微小,开展海底地质封存CO₂泄漏监测对于该人工碳汇的评价和应用仍是必须且必要的。简要介绍了国外较为熟知的模拟泄漏试验:QICS、ETI-MMV和STEMM-CCS,梳理了试验中验证的系列技术方法。目前我国在海底地质封存泄漏监测研究方面处于起步阶段。针对CO₂海底地质封存的典型应用场景,分析了泄漏监测技术的发展现状,并阐述了泄漏监测策略:建立坚实的海洋环境基线,开展风险评估并针对特定地点制定海洋监测计划。研究认为,海底地质封存CO₂泄漏监测需要研发可以实现长期低成本实时监测和精准评价的多层次监测技术,应在明晰泄漏风险点变化机制的基础上,结合海洋环境基线调查,建立和完善系统的智能监测预警及处置体系。     

CO2地质封存泄漏监测技术研究进展

CO₂泄漏是威胁CCUS地质封存项目长期安全运行的主要因素,有效的安全监测体系是开展项目风险管理、决策制定的基础。CO₂主要通过井筒、盖层、断层或裂缝3种途径泄漏,不同途径泄漏特征存在一定差异,监测手段也有所不同。基于原理、优劣势、发展趋势等多方面梳理了CO₂环境监测、安全监测及运移监测3类监测方法,涵盖大气、近地表、浅部地层、地表形变、地层形变、地应力、井筒完整性、井筒腐蚀、CO₂地下运移等监测技术;概述了国内外典型项目监测技术的发展情况,为我国未来开展碳封存工程提供参考和借鉴。现有监测方法众多,单一监测技术难以满足工程需求,高精度原位在线环境监测、组合式协同智能安全监测、长期性连续动态运移监测将有望成为未来研究的重点。建议在高精度、低成本、可实时监测的基础上,构建集“空间层位、安全运移”为一体的监测体系。     

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。     

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捕集与封存研究进展及其在我国的发展前景

碳捕集与封存(CCS)技术已被广泛地认为是一种潜力巨大、可供选择的CO2减排手段。据预测,其减排贡献将从2020年占总减排量的3%上升至2030年的10%,并在2050年将达到20%左右,成为CO2减排份额最大的单项技术。本文介绍了CCS的主要技术环节(捕集、运输、封存)、封存地类型和目前国际上开展的主要CCS示范项目及发展趋势。同时特别探讨了海底封存CO2的可行性、封存潜力以及我国在海底封存CO2方面的研究进展和发展前景。     

盖层不确定性对CO2地质封存安全性的影响

通过建立江汉盆地新沟油田新沟嘴组储盖层的二维模型,对新沟油田进行了CO2地质封存数值模拟,研究了盖层厚度减薄、盖层不均一、盖层不连续等盖层不确定性对注入的CO2在储盖层中运移分布和溶解扩散的影响,并计算了不同情况下CO2的逃逸率。结果表明:盖层厚度减薄和盖层不连续对CO2地质封存的安全性影响较大,而盖层不均一对其影响相对较小。     

CO2地质封存国内外研究概况与应用

介绍了世界主要发达国家温室气体地质封存项目进展,我国CO₂地质封存的研究及示范性项目的进展情况,阐述了深部不可采煤层、深部咸水层和枯竭油气藏三种封存介质的特点,并比较了三种储存方式的优缺点。在文献分析和资料研究的基础上,对我国CO₂地质封存潜力进行初步分析,指出我国CO₂地质封存潜力巨大,对我国温室气体减排及社会经济的发展具有重要意义。     

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.     

CCUS技术CO2泄漏模拟及生态风险评价

碳捕获、利用和封存(CCUS)是实现大规模碳中和最具潜力的解决方案,然而对其泄漏引发的生态风险的量化研究相对较少,导致风险管理决策效率低下。该研究耦合物种敏感度分布法(SSD)和计算流体动力学(CFD)开发了CCUS封存CO₂泄漏的生态风险评估法。采用SSD对陆地生态系统中典型物种的毒性数据进行拟合并计算其基准值,采用CFD对不同场景下的受体暴露浓度开展模拟预测,采用商值法计算生态风险指数,通过Google Earth实现可视化表征,并提出合理化建议。研究表明,在SSD模型中,急、慢性效应数据最优拟合模型分别为Weibull CDF和SGompertz,生态毒性基准浓度值HC₅分别为3.25%与0.98%。在模拟的极限泄漏场景中,黄土峁梁地区CCUS示范区生态风险面积受季节风向与风速的影响较大,任何气象条件下均存在一定范围的生态风险分布,高等级生态风险范围最小为160 m,实施精准的监测并开展生态风险补偿是必要的。该研究可为CCUS大规模应用潜在的CO₂泄漏风险预测及应急管理提供理论支撑。     

深部储层中CO2沿断层泄漏量的影响因素

CGS（CO₂地质储存）是CO₂减排的重要手段之一,天然裂隙的存在则是CGS的潜在风险.CO₂地质储存过程中储层上覆盖层及其浅部含水层是防止CO₂泄漏的天然屏障,为了探究深部咸水层中CO₂沿断层的泄漏过程并获得断层渗透率及储层中超临界CO₂流体初始条件（初始饱和度、初始泄漏压力）对CO₂沿断层泄漏速率和泄漏量的影响程度,依据鄂尔多斯CO₂灌注工程示范区资料,使用多相、多组分溶质运移数值模拟软件TOUGH2建立了2D概念模型.结果表明,深部咸水层中的CO₂在压力差和浓度差的作用下沿断层发生泄漏,到达浅部含水层后开始发生侧向运移,100 a内运移了约200 m的水平距离;由于浮力的作用,CO₂集中在含水层顶板处,有效地防止了CO₂向外泄漏.影响因素分析表明,100 a内断层渗透性能为低渗、中渗和高渗条件时,CO₂累积泄漏量分别为0、1 050和3 000 t;CO₂初始饱和度分别为0.20、0.50和0.99时,CO₂累积泄漏量分别为550、1 050和1 650 t;初始泄漏压力分别为17.3、17.6和18.1 MPa时,CO₂累积泄漏量则分别为900、1 050和1 400 t.除此之外,断层渗透性、CO₂初始气体饱和度和初始泄漏压力对CO₂泄漏的影响还体现在泄漏发生时间和平均泄漏速率上.研究显示,各因素对CO₂沿断层泄漏过程的影响程度表现为断层渗透性能> CO₂初始饱和度> CO₂初始泄漏压力.      

Capture of carbon dioxide by amine-impregnated as-synthesized MCM-41

The novel carbon dioxide(CO2) adsorbents with a high capture effciency were prepared through impregnating the as-synthesized MCM-41 with three kinds of amines,namely diethylenetriamine(DETA) ,triethylenetetramine(TETA) and 2-amino-2-methyl-1-propanol(AMP) .The resultant samples were characterized by small angle X-ray diffraction and low temperature N2 adsorption.The synthesis way not only saves the energy or extractor to remove the template but also is environmentally friendly due to the absence of the potential pollutants such as toluene.CO2 capture was investigated in a dynamic packed column.The sample impregnated by TETA showed the highest adsorption capacity,approximately 2.22 mmol/g at 60°C due to its highest amino-groups content among the three amines.The CO2 adsorption behavior was also investigated with the deactivation model,which showed an excellent prediction for the breakthrough curves.     

二维高阶Boussinesq数值模型及其实验验证

基于近似到O(μ2)阶完全非线性的Boussinesq方程,在非交错网格下,建立了有限差分的波浪数学模型.针对该数学模型,利用混合四阶Adams-Bashforth-Moulton预报-校正格式对该方程进行了数值求解.计算了几组地形下的波浪传播变形,数值计算结果与实验结果吻合较好,验证了该波浪数值模型.同时给出了弱非线性方程数值模型的计算结果,讨论了非线性的影响.     

万安水库春季二氧化碳分压的分布规律研究

为研究河道型水库二氧化碳释放特征,于2009年5月利用喷淋-鼓泡式平衡器-非分散红外检测器系统对万安水库二氧化碳分压[P(CO2)]进行了走航观测,并比较了入库水体和出库水体p(CO2)特征.结果表明,水库入库水体章水、梅江、桃江都具有很高的二氧化碳分压,分别为211.5、91.7、259.7 Pa;走航结果表明库区来...     

不同分散条件和pH值对TiO_2悬浊液性能影响研究

TiO2悬浊液的稳定性对于光催化应用而言是非常重要的。对于不同粒径的纳米TiO2颗粒在超声分散和搅拌分散、不同pH条件下的团聚和沉降进行了考察,结果显示颗粒的团聚和沉降与分散形式、颗粒粒径、pH值密切相关。颗粒采用超声分散的稳定性较好,但仍会发生沉降,而颗粒粒径越大,团聚和沉降越明显;pH值的影响与距离等电点远近有关系,越近则越容易团聚和沉降,但酸性条件下的分散性要好于碱性条件。结合相关理论,对于其中的机理也进行了探讨。     

新型高阶Boussinesq方程的一维数值模型及其实验验证

基于刘忠波等(2004)推导的新型高阶Boussinesq方程,建立了预报-校正差分格式的数值模型。为考察该数值模型的适用性,针对较大坡度的潜堤上的波浪传播变形进行了数值研究。将数值结果与实验结果进行比较,二者较为吻合,验证了本文的数值模型,同时也说明本方程可用于模拟较陡地形的波浪变形。     

Integrated numerical model of nitrogen transportation, absorption and transformation by two-dimension in soil-crop system

A series of simulation experiments of nitrogen transportation, absorption and transformation were conducted, and the different cropping patterns of winter wheat and wastewater irrigation plans were taken into consideration. Based on the experiments, an integrated model of crop growth, roots distribution, water and nitrogen absorption by roots, water and nitrogen movement and transformation in soilcrop system by two-dimension was developed. Parameters and boundary conditions were identified and an effective computing method for optimizing watering and wastewater irrigating plans was provided.     

CO_2驱油中CO_2-模拟油系统的密度研究进展

CO2驱油是提高低渗透率油藏采收率(CO2-EOR)的有效途径之一,同时也能封存部分CO2缓解造温室效应。CO2油溶液的密度影响CO2在储层中的扩散和运移,因此对于EOR技术和CO2地质封存来讲十分重要。文章论述了在实验研究中模拟油的选取标准,目前使用的模拟油从密度和黏度考虑,主要为烃类物质及其混合物,这对于模拟低渗透油藏的原油性质具有指导意义。在此基础上对CO2-模拟油系统的密度实验测量方法进行了总结,并阐述了国内外CO2-模拟油系统密度的实验和理论研究进展。现有的研究范围和溶剂选取并不能很好地满足实际需求,这也要求系统的研究模拟油的选取标准,并对CO2-模拟油系统密度进行更接近工程实际的研究。     

Catalytic reduction of nitric oxide with carbon monoxide on copper-cobaltoxides supported on nano-titanium dioxide

A series of copper-cobalt oxides supported on nano-titanium dioxide were prepared for the reduction of nitric oxide with carbonmonoxide and characterized using techniques such as XRD, BET and TPR. Catalyst CuCoOx/TiO2 with Cu/Co molar ratio of 1/2, Cu-Co total loading of 30% at the calcination temperature of 350°C formed CuCo2O4 spinel and had the highest activity. NO conversionreached 98.9% at 200°C. Mechanism of the reduction was also investigated, N2O was mainly yielded below 100°C, while N2 wasproduced instead at higher temperature. O2 was supposed to accelerate the reaction between NOx and CO for its oxidation of NO togive more easily reduced NO2, but the oxidation of CO by O2 to CO2 decreased the speed of the reaction greatly. Either SO2 or H2Ohad no adverse impact on the activity of NO reduction; however, in the presence of both SO2 and H2O, the catalyst deactivated quickly.     

Description of adsorption of hydrophobic organic compounds on sediment using multi-component adsorption model

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄｆａｔｅｏｆＨＯＣｓｉｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓｈｉｇｈｌｙｄｅｐｅｎｄｅｎｔｕｐｏｎｔｈｅｉｒｓｏｒｐｔｉｖｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｎｓｏｉｌａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔ.ＭａｎｙｓｔｕｄｉｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｓｏｒｂｅｎｔｏｆＨＯＣｓｉｎｓｏｉｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔｉｓｎｏｒｍａｌｌｙｔｈｅｓｏｉｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ (ＳＯＭ)ｆｒａｃｔｉｏｎ ,ａｎｄｔｈｅｓｏｒｐｔｉｏ…     

胞外聚合物、Ca2+及pH值对生物絮凝作用的影响

应用阳离子交换树脂从活性污泥中提取了胞外聚合物(EPS),考察了EPS、Ca2 及pH值对生物絮凝作用的影响.结果表明,当pH≥7.5, EPS≥70mg/L,[Ca2 ]≥300mg/L时,有利于生物絮体的形成.通过正交试验,得出pH值、EPS和[Ca2 ]对生物絮体形成综合影响的回归方程: h浊度= -901.70 97.35pH 1.96[Ca2 ] 9.08EPS-0.11pH[Ca2 ]-0.91pHEPS-0.02[Ca2 ]EPS 0.0021pH[Ca2 ]EPS.回归分析表明,pH值对生物絮体形成影响最显著,其次是EPS和Ca2 .