CO2埋地管道泄漏区土壤形貌及温度场研究

通过建立DN25规格的小尺度埋地管道试验装置,开展了气相和超临界相CO_2通过2 mm口径的埋地管道向上泄漏试验,通过改变管道埋地深度(0 mm、200 mm、400 mm),研究了气相和超临界相CO_2埋地管道发生泄漏时土壤表面和泄漏口区域的形貌,以及泄漏口附近管壁和土壤区温度的分布。结果表明:气相和超临界相CO_2埋地管道发生泄漏时,在不同相态和管道埋地深度下,土壤表面会呈现"土壤喷射"、"小孔射流"和"土壤隆起"3种不同形貌;当土壤表面不发生"土壤喷射"时,泄漏口附近会形成冻土球;管道埋地深度越大,管壁温降速率增大,管壁最低温度降低;土壤区温度与埋地管道距泄漏口的距离呈指数函数关系,且在泄漏口附近土壤区射流方向的温降最大,管道埋地深度增加使得泄漏口附近土壤区在射流背向的温降幅度明显增加。     

壳聚糖-富里酸协同调控CaxCd1-xCO3固溶体结晶

以壳聚糖和富里酸混合溶液为介质,利用碳酸铵气相扩散法合成Ca_xCd_(1-x)CO_3固溶体,文章研究了Ca_xCd_(1-x)CO_3固溶体成核结晶行为,探究这2种介质对于Ca_xCd_(1-x)CO_3固溶体固化Cd能力及稳定性的影响。通过结晶固相成分分析,结果表明液相中各组分浓度能够影响固相中Cd的含量。液相Cd~(2+)浓度增加,Cd在固溶体中的含量也增加。随着富里酸浓度增加,固溶体中Cd含量降低,意味着在富里酸存在下固溶体固化Cd能力降低。红外光谱和XRD结果证明了壳聚糖和富里酸不影响固溶体晶体的结构。扫描电镜和透射电镜分析进一步表明,壳聚糖和富里酸在不同程度上都影响了固溶体的晶体形貌及固相组成。在壳聚糖存在下晶体表面形成薄膜将晶体包覆,随着壳聚糖浓度增加,固溶体中Cd含量增加到39.90%,且晶体形貌逐渐转向球体。该研究结果表明Cd~(2+)进入碳酸钙晶格中能有效降低溶液中的Cd~(2+)达到净化水体的效果,壳聚糖和富里酸的协同作用实现了水体中重金属Cd~(2+)的转化和钝化。     

格氏反应的绝热失控特性及反应器安全泄放设计

为研究格氏反应的热失控危险特性和格氏试剂反应釜的安全泄放设计,采用VSP2泄放尺寸量热仪对格氏反应的绝热失控反应过程进行了测试,得到了格氏反应失控反应体系的热失控危险特性参数.结果表明:格氏反应失控初始放热温度为59.3℃,反应体系达到的最高温度和最高压力分别为368.33℃和13.16 MPa,反应体系的绝热温升为309.03℃,最大温升速率和最大压升速率分别超过10 000℃/min和200 MPa/min,说明该反应体系的失控过程非常剧烈.试验得到反应体系在绝热条件下从开始放热到最大反应速率时间为39.97 min,表明反应一旦出现波动,采取的安全防控措施操作时间应在39 min以内;反应结束后体系压力和反应开始阶段相比较没有明显的升高,说明该反应体系在整个失控过程中没有不凝性的气体产生,通过Antoine图判定该反应体系的泄放类型为蒸汽泄放.可以利用DIERS泄放设计方法中提供的Leung法和平衡两相流泄放模型(ERM)进行反应器的安全泄放设计.以某化工厂烷基卤化镁反应釜为例进行安全泄放设计,计算得到安全泄放量为73.11 kg/s,泄放装置的泄放能力为2 654.25kg/(m2·s),最终确定反应釜的泄放面积为4.24×10-2 m2,泄放口直径为232.28 mm.     

含杂质CO2管道输送泄漏扩散的数值模拟

在全球变暖形势下,减轻温室气体排放所造成的气候变化是21世纪全人类面临的巨大挑战。碳捕获、利用与封存(CCUS)作为一项极具潜力和环境效益的应对全球气候变化的新兴技术,成为全球研究的焦点。管道中输送的含杂质CO_2流体不可预见的泄漏和扩散,会对人类和动物构成潜在的生理危害并造成巨大的经济损失。基于某油田含杂质CO_2特定管段泄漏点的扩散数值模拟研究,应用计算流体动力学(CFD)方法分析了高压CO_2流体泄漏后CO_2浓度的扩散规律和压力云图响应,在此基础上做出安全警示建议,以便定量分析与评价含杂质CO_2管道输送的安全性,为预防及解决CO_2流体泄漏问题提供理论依据。     

近地表金银矿床成矿物质迁移和沉淀因素——P_(CO_2)

本文利用红外光谱测试资料和气相分析资料,研究了矿脉内呈微细分带石英中CO_2的相对浓度。结果表明,二氧化碳在矿脉中的分布是十分不均匀的。CO_2含量高在很大程度上决定了热液的酸度和迁移成矿物质的能力,CO_2的损失造成成矿物质的沉淀。含矿的金银矿石组合的形成与明显的压力梯度带相对应。因此,CO_2可以作为近地表金银矿床成矿物质迁移和沉淀的因素。     

基于TBL模型的闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO2扩散通量估算

扩散模型是估算水生生态系统水-大气界面二氧化碳(CO_2)交换通量的重要手段.选取多种参数化方法对闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO_2气体交换速率(k_x)及CO_2扩散通量进行估算,探讨闽江口围垦养虾塘k_x及CO_2扩散通量的变化特征及影响因素.结果表明:①养殖期水-大气界面CO_2气体交换速率及其扩散通量均呈现显著的时间变化特征,分别表现为10月 9月 11月 7月 8月和11月 7月 8月 9月 10月的变化趋势;②风速、pH、水体CO_2、DOC和叶绿素a(Chl-a)浓度是影响CO_2扩散通量时间变化特征的重要因素;③不同参数化方法计算得出的闽江口养虾塘水-大气界面CO_2扩散通量存在显著差异(P 0. 01),表明模型方法估算养殖塘CO_2扩散通量具有一定不确定性,综合分析认为模型RC01和CW03是估算闽江口围垦养虾塘水-大气界面CO_2扩散通量较为合适的方法.     

石化管道丁烷气体泄漏扩散数值模拟

为研究石化管廊管道气体的泄漏扩散规律,以某化工园区石化管廊丁烷输气管道作为研究对象,采用CFD软件的Realizable k-ε模型对不同环境风速和泄漏初始速度下石化管道丁烷气体泄漏的扩散规律进行了数值模拟研究。结果表明:无风状态下,丁烷泄漏气体以射流形式从泄漏口喷出,爆炸极限区域集中于泄漏口上方;随着环境风速的增大,丁烷气体高浓度区域面积缩小,处于爆炸极限范围区域的面积扩大,危险区域面积扩大,丁烷气云整体呈上浮趋势;丁烷气体泄漏初始速度越大,丁烷泄漏气体自由扩散的作用越强,处于爆炸极限范围区域的面积越大,丁烷气云沉降趋势明显、纵深增加。     

CO2含量对污泥燃烧Fuel-N析出特性的影响

在模拟水泥分解炉气氛条件下,考察了CO_2浓度对污泥燃料N(Fuel-N)析出特性的影响,结果表明污泥Fuel-N的析出形式主要为NH_3、HCN及NO_x.在研究的CO_2浓度范围(体积分数0～35%)内,CO_2浓度的升高将消耗更多的含氮位点和H自由基,导致NH_3的析出受到抑制;而CO_2能直接氧化HCN或—CN官能团,导致HCN的析出随着CO_2浓度的升高逐渐降低.NO_x的析出量随CO_2含量的升高先减小后升高,在25%时达到最小值.NO_x的生成和还原反应是同步发生的,在燃烧温度和O_2含量一定的情况下,NO_x的析出主要受NO_x还原反应的影响,研究表明燃烧过程中同时存在NO_x的气相均相还原反应和气固异相还原反应.当CO_2浓度从0上升至25%时,CO_2分子与污泥焦反应生成的CO相对增加,在污泥焦表面的催化作用下,NO_x被CO还原的量增多,此时污泥焦对NO_x的气固异相还原占据主导地位;继续增加CO_2浓度至35%时,还原性气体HCN生成幅度下降较大,此时HCN、NH_3对NO_x的气气均相还原占据主导地位,导致NO_x的析出逐渐升高.     

缸内直喷汽油机多环芳烃排放特性的试验研究

在一台缸内直喷(GDI)汽油机上,分别用玻璃纤维滤膜和“聚氨基甲酸乙酯泡沫(PUF)+XAD-2”对尾气中的颗粒相和气相多环芳烃(PAHs)进行了采集,并用色谱-质谱联用仪(GC-MS)对PAHs进行了定性定量分析,研究了点火时刻和废气再循环(EGR)对PAHs排放的影响.结果表明:在缸内直喷汽油机尾气中,气相PAHs浓度远高于颗粒相PAHs浓度,在气相PAHs中主要是2环和3环等小环PAHs,而在颗粒相PAHs中则主要是4环及以上的大环PAHs.随着点火时刻的提前,尾气中PAHs总浓度呈现先减小后增加再减小的变化趋势,气相和颗粒相PAHs浓度也呈现相似的变化趋势.随着EGR率的增大,气相PAHs所占比例先减小后增大,颗粒相PAHs所占比例则先增大后减小,总PAHs的排放在整体上呈现逐渐减小的变化趋势.加入EGR后,GDI汽油机尾气的毒性显著增大.     

不同条件下进行渗后扩散的铝硅涂层氧化行为研究

目的提高铝硅涂层的抗氧化性能。方法采用料浆法在DZ417G定向凝固镍基高温合金叶片的燃气流道表面制备铝硅防护涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)分析不同条件下进行渗后扩散的铝硅涂层表面显微组织形貌和截面显微组织形貌。结果无保护气氛下进行渗后扩散处理的铝硅涂层,在扩散过程中就已经发生了氧化,氧化过程首先形成多孔非致密结构的θ-Al_2O_3相,随着氧化过程的进行,θ-Al_2O_3相逐渐转变成致密结构的α-Al_2O_3相,从而起到真正的抗氧化作用。结论铝硅涂层中的Al元素提前被消耗,对铝硅涂层的使用寿命存在一定影响,因而渗后扩散须保证在真空条件下或有保护气氛条件下进行,使叶片表面渗后的铝浓度达到一定的要求,从而在使用过程中可以生成致密结构的α-Al_2O_3相,起到抗氧化作用,提高叶片的使用寿命。     

高矿化度酸性油气集输管道腐蚀规律及控制技术探讨

利用电化学测试、腐蚀失重和理论模拟等方法,系统研究常见金属材料在典型高矿化度酸性油田采出液中的腐蚀行为。发现CO_2/H_2S共存条件下,当CO_2含量较低时,以CO_2腐蚀为主;当CO_2浓度较高时,以H_2S腐蚀为主。同时,研究表明降低管道输送压力有助于形成稳定的腐蚀产物膜而减缓管道腐蚀。建议在高矿化度采出液输送过程中,除了采用更为耐蚀的新型抗硫材质外,合理维持较低的管道输送压力或前端气液分离可作为工艺防腐的有效措施。     

被动采样监测遂宁市NO2时空分布特征

采用被动扩散采样技术,在遂宁市辖区16km×16km网格区域内开展了为期1a的环境空气NO2监测,分析了不同时空内的NO2浓度变化趋势。研究表明：NO2浓度季节变化规律是：冬季〉春季〉秋季〉夏季;在全市各个区域中,浓度最高值出现在全市工业集中及车流量较大的区域（船山区）;受遂宁市污染源整体布局以及主导风向（西北风）的影响,全辖区范围内NO2呈现西北低、东南高的趋势。     

国防工程火灾烟气成分分布规律研究

利用火灾模拟软件FDS,对国防工程发生火灾时不同走廊开口情况下烟气成分在垂直和水平方向上的分布规律进行研究。结果表明:国防工程发生火灾时,单向型走廊内烟气成分在垂直方向上呈上下两层分布,烟气在走廊末端沉降,而在水平方向上烟气成分的分布规律与高度和距火源的距离有关,距火源的距离越远走廊上层O_2浓度越高、CO_2浓度越低,走廊下层正好相反;全封闭型走廊内烟气成分在垂直方向上不会分层,烟气充满走廊,烟气浓度分布受火源燃烧状态影响分为前后两个阶段,前期走廊上层区域烟气浓度会达到极值,后期趋于稳定,而在水平方向上,前期走廊上层区域离火源越远,CO_2浓度越低、O_2浓度越高,后期离火源越远,CO_2浓度越高、O_2浓度越低;烟气迁移及沉降导致远离火源处危险性仍然较高,人员逃生时不可大意。     

LNG接收站泄漏事故最大风险预测

用道化学公司火灾爆炸危险指数评价法预测上海液化天然气(LNG)接收站内各系统的危险等级.结果表明,接收站内高压输送管道风险值最高.假设管径完全破裂,采用风险评价导则中的两相流泄漏计算公式计算泄漏量,同时对泄漏过程中可能发生的喷射火焰、爆炸、蒸汽云扩散等事故采用相应的公式进行预测.预测结果表明,发生火灾、爆炸等最大规模泄漏事故的安全半径在500m以内,蒸汽云危险扩散半径在1.5 km内.并对预测的不确定因素进行分析.      

高含硫气田管线泄漏H2S影响区域研究

通过对普光气田大湾区块集输管网系统天然气管道发生泄漏事故后H2S扩散可能的影响区域进行数值模拟分析,确定典型气象条件下典型位置发生泄漏时不同H2S浓度限值的可能影响范围,以及井喷失控时H2S的影响范围预测,为气田开发的安全决策提供科学依据.     

活性炭吸附二苯并呋喃的动力学

采用Norit RB1和Monolith两种活性炭吸附气相中低浓度的二苯并呋喃,测定了二苯并呋喃在2种活性炭上的吸附等温线和吸附动力学曲线,分析了气相主体浓度、温度和二苯并呋喃初始浓度等因素对固相有效扩散系数的影响.结果表明,Langmuir吸附等温线模型能够比较准确地描述二苯并呋喃在Norit-RB1和Monolith活性炭上的吸附相平衡;二苯并呋喃在活性炭上的吸附速率受固相扩散控制;固相有效扩散系数随温度的升高而增大,气相浓度和二苯并呋喃初始浓度对固相有效扩散系数影响较小.     

南京市大气CO2浓度模拟及源贡献研究

定量研究城市区域人为CO_2通量对于控制温室气体排放具有重要意义,而基于大气CO_2浓度观测与大气传输模型方法反演区域尺度的CO_2通量是未来的一个重要发展方向,其中模型对大气CO_2浓度的模拟则是能否成功反演CO_2通量的重要基础,然而我国还未有针对城市区域CO_2浓度的长时间(1年)模拟.本研究基于高空间分辨率的人为源CO_2资料与拉格朗日大气传输模型(WRF-STILT),对南京市郊区34 m观测高度处2014年大气CO_2浓度进行模拟,并就模型模拟结果的主要影响因素和源贡献组成进行了分析,研究得出以下结论:(1)WRF-STILT模型能较好模拟出4个季节观测到的高CO_2浓度及有季节差异性的日变化特征.(2)观测CO_2浓度的足迹贡献源区(footprint)的季节变化在盛行风向影响下差异巨大,CO_2浓度增加值在前1 d的主要贡献占据总浓度贡献的90%,表明该34 m高度观测点可代表长三角区域的CO_2排放量的影响,而安徽东部和江苏中南部对其影响更大;(3)相对于排放源的日变化,边界层高度等气象因素的差异是引起CO_2强日变化的主要因素,这也是模拟的各季度浓度增加值差异的原因,其中秋季(34.97μmol·mol-1)冬季(30.07μmol·mol-1)夏季(27.28μmol·mol-1)春季(23.36μmol·mol-1);(4)浓度的主要贡献来源分别为石油生产(41%)和能源工业(26%),这和长三角区域的人为源CO_2排放通量差异巨大(石油生产:3%,能源工业:35%).     

北京市冬季大气化石源CO_2典型日变化的~(14)C示踪研究

城市作为化石源CO_2(CO_(2_(ff)))排放的热点区域.获得其大气CO_(2_(ff))浓度的日变化特征对于深刻理解城市地区CO_(2_(ff))的时空变化规律,进而制定合理的节能减排政策至关重要。本研究通过AMS-~(14)C技术,示踪了北京市冬季一个典型日变化事件中大气(CO_(2_(ff)))的变化过程,并探讨了其影响因素。本次日变化事件中大气δ~(13)CO_2的值为(-13.9±0.8)%。(-14.8‰—-12.7‰),△~(14)CO_2的值为(-151.6±51.3)‰((-214.2±2.9)‰-(-82.3±3.0)‰),CO_(2_(ff))浓度为104.4±44.0μL·L~(-1)(168.6±2.7-52.1±3.2μL·L~(-1)。CO_(2_(ff))浓度具有较大的曰变化,夜晚CO_(2_(ff))浓度明显高于白天,主要是由于夜间大气混合层高度较低、供暖消耗更多的化石燃料以及在东南风条件下因北京不利的扩散条件而使CO_(2_(ff))聚积。此外,在早晚高峰期间,观察到由于交通流量增加引起的较高CO_(2_(ff))浓度。同期PM_(2.5)浓度相似的日变化过程进一步验证了本次CO_(2_(ff))观测结果的可靠性。     

中国对流层二氧化硫光化学氧化过程的数值研究

利用一个三维非静力区域大气化学输送模式与中尺度气象模式MM5相连接构成一个数值模拟系统，模拟了中国地区对流层臭氧与其前体物的分布以及二氧化硫转化为硫酸盐的过程，模式扬地面源排放、大气输送和扩散、干沉积、气相化学反应和云雨过程。结果表明：日间，O3浓度主要由NOx和NMHC的源排放和光化学反应过程支配，大气辐射是光化学反应强弱的决定因子，其强度可使SO2、O3和SO4^2-的生成浓度呈现不同的日变化和季节变化，结果表明高浓度的O3对二氧化硫转化为硫酸盐的化学过程有很大的促进作用，然而，这种作用受NMHC浓度的影响很大，较高浓度的NMHC使O3浓度上升，但同时增加了对OH等自由基的消耗，使SO2的转化率降低。     

超高浓度CO2对主要环境介质的影响

规模化实施CO_2捕获、利用与封存(CO_2 capture,utilization and storage,CCUS)技术能够直接、有效地实现碳减排。但是由于地下地质条件的复杂多变以及技术手段的局限性,封存于地下的超临界CO_2仍会有逃逸的风险进而影响周边生态环境。回顾了国内外人工控制二氧化碳泄漏平台现状及研究内容,重点依托青海平安天然CO_2泄漏试验场地,通过模拟实验、取样测试和原位监测等技术手段,研究了超高浓度CO_2对研究基地内的土壤、水及大气环境影响程度。结论认为,受高含CO_2水体浸泡后,土壤理化性质发生了明显改变,土壤中的有机质、营养元素等大幅减少;高含CO_2气体的地下水具有较低的pH值,呈酸性水,并且含有游离CO_2;对水中的CO_3~(2-)、 HCO_3~-、Fe~(2+)、Fe~(3+)等离子影响作用较大。在开阔处,高浓度CO_2泄漏经过空气混合后不会对人体产生致命影响。不同高度大气CO_2日变化曲线趋势大致相同,随高度不同,大气中CO_2浓度也各有变化。