相变吸收剂捕集二氧化碳的研究进展

人类工业活动排放的大量CO_2气体是导致全球变暖的主要因素,CO_2捕集、封存与利用(CCUS)是实现碳减排和应对全球变暖最有效的技术方向。常用的CO_2捕集技术中,采用有机胺类化学吸收剂的水溶液捕集CO_2面临的主要技术难题是再生能耗高,如何降低能耗将直接关系到CCUS技术的未来走向。相变吸收剂在吸收CO_2时具有优异的吸收特性,而且可分离为液-液或液-固两相,其中一相富集CO_2,在降低能耗方面呈现出较大优势。通过对传统有机胺水溶液脱除CO_2工艺的能耗结构进行分析,综述了CO_2相变吸收体系在碳捕集方面的研究现状,并对相变吸收剂的研究动向和技术发展前景进行了展望:探索相变吸收剂的相变机理,解决其组成和工艺稳定性问题;开展微胶囊、极性摆动等新型吸收剂和耐热酶、固体酸等催化再生技术方面的研究。     

超临界CO_2输送管道中水合物颗粒运动模拟

CO_2管道输送是CCUS技术的必要环节。我国CCUS项目中CO_2主要来源于碳捕集技术,CO_2流体中存在各种杂质。含杂质超临界CO_2的特性,使得管道运输超临界/密相CO_2存在较大风险。本文基于延长油田液态CO_2管道输送可行性研究,探讨水合物颗粒运动特性。使用FLUENT数值模拟软件中DPM模型,探究水合物颗粒在超临界/密相CO_2的水平输送管道、不同倾角斜直管道中的运动。结果发现水合物颗粒流动主要受CO_2流体湍动作用的影响,造成水合物颗粒在整个管壁的碰撞,从而形成对管壁的冲刷,其运动受粒径、体积分数影响较小。对斜直管道的计算结果表明大倾角管道对水合物颗粒运动的影响较大。     

二氧化碳长输管道投产置换过程模拟分析

CO_2管道是碳捕集、利用及封存(carbon capture, utilization and storage, CCUS)技术中连接CO_2排放地和封存地或注入地的关键环节,CO_2管道投产置换主要是利用N_2惰性且高吸水性的特点完成管道清洗干燥并为随后管道调试做好准备。目前关于CO_2管道投产置换的研究较为缺乏,通过SPS软件研究了延长石油某CO_2管道在不同输送介质组成、封存压力条件下的投产置换过程,并与天然气管道的投产置换过程进行对比,比较分析了CO_2与天然气投产置换过程所需N_2量、时间和升压所需气量的不同。结果表明:在压力升至CO_2临界点附近时,CO_2密度会发生突变大幅上升,且升高单位压力所需气量减少,并在升压结束时CO_2消耗量小于天然气消耗量。管内介质组成变化对N_2置换的影响不大,CO_2在管道内更易发生相变,不宜在置换完成之后直接升压投产。     

风速对超临界-密相二氧化碳泄露扩散特性的影响

CO_2管道输送是碳捕集、利用与封存(carbcn capture, utilisation and storage, CCUS)技术中最为重要的一环,安全性是其重要指标,而CO_2泄露的高浓度窒息性,是其最重要的潜在威胁。以某油田CO_2管道输送工况为背景,对超临界-密相CO_2泄漏放空特性进行研究。通过模拟不同风速时CO_2管道泄露后的CO_2浓度变化与扩散距离,确定管线距沿线居民区应大于16.2 m,最终对管道建设及泄漏后的事故救援给予指导。     

中国大陆CCUS源汇静态匹配管网布局

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术对能源结构以煤为主的中国中远期碳减排可能具有重要作用,而中国大陆CCUS匹配管网布局还鲜有研究。该文通过建立基于数学规划和优化的高级建模系统(GAMS)的源汇匹配管网优化模型对中国大陆主要的电厂、钢铁、水泥、合成氨、炼油等排放源以及油田、煤田、咸水层等封存库进行了匹配研究。结果表明:管网布局以南北走向为主,华东和华北地区是实施CCUS的重要地区。通过实施CO2地质封存,每年可增产原油23Mt,增产煤层气4.9×1010 m3,经济效益达7.8×1010 RMB/a。当CO2捕集封存量在288~2 886Mt/a变化时,单位CO2运输成本保持在7~12RMB/t之间。当CO2捕集量达到2 886Mt/a时,管道总长度达5.0×104 km。     

锂基高温二氧化碳吸收剂制备研究进展

首先介绍了CO_2捕集的背景;然后讨论了锆酸锂和硅酸锂等锂基高温CO_2吸收剂捕集CO_2的机理;重点介绍了近几年来锂基高温CO_2吸收剂的一些制备方法,并对不同方法制备的纳米锂基高温CO_2吸收剂的性能进行了比较;最后,从合成方向、CO_2吸收性能与吸收剂电导率的关联及在高温原位捕集CO_2中的应用3个方面,对锂基高温CO_2吸收剂的研究前景进行了展望.     

中国碳捕集、利用与封存技术路线图(2011版)实施情况评估分析

 CO₂捕集、利用与封存（CCUS）是减少温室气体排放、应对全球气候变化的一个重要选项。2011年9月,科技部社会发展科技司、中国21世纪议程管理中心共同发布《中国碳捕集、利用与封存（CCUS）技术发展路线图研究》,部署CCUS技术2015、2020及2030年3个节点分阶段的发展目标,以及为实现目标的基础研究、技术研究、技术示范的优先建议。当前,路线图设定的第一个时间节点（2015年）已经过去,从文献调研与专家研讨的结果分析,中国已建成多个CCUS工业试点和示范工程,优先部署行动也得到许多成果;但从整体上看,进度滞后目标约3~5年。在此背景下,要实现2020年的阶段性目标,不仅需要解决大规模示范项目的融资问题,提高CCUS项目的经济效益,还需要解决规模化的关键技术问题。为此,建议设定新一版CCUS路线图的目标时,除了考虑主流技术发展水平和新兴技术升级换代外,还应该考虑国家相关政策对项目应用的影响。     

我国典型行业碳捕集利用与封存技术研究综述

围绕火电、钢铁和水泥三大典型行业,对碳捕集利用与封存(CCUS)技术研究现状、碳捕集能耗、发展潜力和部署路径进行综述,总结了三大典型行业CCUS总体发展情况．指出目前我国典型行业的CCUS技术应用还处于发展初期阶段,CCUS技术使用带来的协同效应(如火电厂能耗增加,水泥厂中与产品的反应等)、安装成本、环境影响和风险等都限制了CCUS的规模化应用．建议细化火电、钢铁、水泥行业减排技术方案,对典型行业CCUS技术研发、示范项目给与专项资金扶持,进一步推进CCUS全链条集成示范及商业化应用,从而推动我国双碳目标的顺利实现．     

探讨适合中国的CO2捕集技术

 论述了当前中国捕集CO₂的必要性,探讨了适合中国的CO₂捕集技术。CO₂捕集技术主要分为燃烧前捕集、氧化燃料燃烧捕集、燃烧后捕集3类。由于中国短期内没有能力建设大规模的包含CO2捕集及储存系统的电厂,重点探讨现有电厂的改进问题。很多国家开展了基于燃煤电厂CO₂捕集技术研究,并达到了中试实验水平。中国对于CO₂捕集技术的研究始于20世纪80年代,研究重点主要偏向于燃烧前及燃烧后,忽略了氧化燃料燃烧问题。从国外对氧化燃料燃烧和燃烧后CO₂捕集技术的对比研究看,将一个普通的煤燃烧电厂更新改进成燃烧后捕集电厂所需资本大于改进成氧化燃料燃烧系统需要的资本,而且更新后的氧化燃料燃烧系统运行与维修成本约为燃烧后捕集电厂的一半。氧化燃料燃烧CO₂捕集技术投资和运营成本低,且CO₂捕集率高,是适合中国现阶段国情的CO₂捕集技术。     

CO_2管道运输系统鲁棒优化设计

CO_2管道运输系统是碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的重要环节.将线性鲁棒优化方法应用于CO_2管道运输费用设计,建立其鲁棒优化模型,解决了管道运输系统不确定性优化问题,使优化结果更为合理.提出的方法合理配置了管道入口压力、管道内径、壁厚、中间泵站数量,降低了CO_2运输费用.仿真结果表明,与现有优化设计方法相比,运输系统鲁棒优化方法具有较强的适应能力,为管道安全运输提供了保障.     

二氧化碳地质封存与增产油/气/热利用技术中关键热质传递问题研究进展

碳捕集、利用与封存技术（carbon capture,utilization and storage,CCUS）是指将CO₂从能源利用、工业生产或大气中分离出来，经过提纯运送到可利用或封存场地，以实现被捕集的CO₂与大气长期分离的技术。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）近期在报告中指出：CCUS技术是碳减排与碳中和的“foundation”技术。在我国碳达峰碳中和的“双碳”目标大背景下，CCUS技术被认为是我国实现碳中和目标不可或缺的关键性技术之一。该文对国际、国内主要研究团队和作者研究团队近年来在CO₂地质封存、增产致密油/页岩气/深层地热开采过程中的关键热质传递问题研究进行了综述，通过理论分析，利用分子动力学、格子Boltzmann、计算流体力学等模拟方法，和微观孔隙尺度可视化实验、岩心尺度核磁共振实验、超临界压力流体对流换热实验等实验手段，从不同尺度阐述了储层条件下超临界CO₂在微纳多孔结构中多相多组分流动与热质传递机理，分析了矿物反应、降压析出、流体变物性、尺度效应等对CO_...     

多尺寸填料塔中CO_2吸收过程的实验和模拟

随着二氧化碳吸收法捕集技术的不断发展,需要研究吸收过程的规模放大和模拟。在200mm和600mm的2种不同尺寸填料塔中进行了CO_2吸收实验,采用新的规整填料有效传质面积关联式,进行了基于速率模型的过程模拟,对比了不同传质模型。结果表明:最适用的传质模型是液膜阻力模型,2个吸收塔的气体出口CO_2摩尔分数计算结果与实验值的平均相对误差分别为1%和3%。说明在过程模拟中使用合适的传质模型和规整填料传质面积关联式可以有效预测不同尺寸吸收塔中CO_2捕集效果。     

延长油田化子坪油区长6油层CO_2驱油与封存潜力分析

为进一步探索CO_2捕集、利用与封存技术(CCUS)在延长油田化子坪油区长6油层应用的可行性,通过细管和长岩心驱油实验,分析了CO_2在长6油层的驱油潜力,从孔喉特征、渗流特征和力学特征三个方面对长4+5盖层的密封性进行综合评价的基础上,利用相关模型对CO_2封存潜力进行了分析。CO_2驱油和盖层密封性评价实验结果表明:延长油田化子坪油区长6油层CO_2驱为非混相驱,其在水驱基础上可进一步提高驱油效率28.83%,其中微孔隙、小孔隙、中孔隙和大孔隙的驱油效率分别提高33.25%、27.09%、26.71%和23.86%;长4+5盖层主要表现出中-小孔细喉道,束缚水饱和度极高,气相相对渗透率极低,突破压力和抗压强度高的特征,对CO_2地质封存具备良好的密封性。CO_2封存潜力分析结果表明:延长油田化子坪油区长6油层的CO_2有效封存量可达7.43×10~6t。     

电厂中CO_2捕集技术的成本及效率

电厂中CO2捕集过程中成本过高和额外能耗问题是CO2捕集与封存(CCS)技术迄今没有大规模应用的重要障碍之一。针对电力部门,重点总结并比较各种CO2捕集技术成本,分析影响成本的重要因素,量化捕集过程中的效率损失、能源需求以及相关资源消耗。结合中国未来发展趋势,分析实行CO2捕集技术对中国能源和经济的影响。结果表明,超超临界煤粉电厂和IGCC电厂是未来CO2捕集技术发展的首选电厂类型。中国应积极进行CO2捕集技术的研发,使得成本和效率损失大幅度下降,使带有捕集的电厂成为中国温室气体减排方面重要的技术储备。     

万钢：推动全球CO2资源化利用技术的发展

9月19日,南科技部和国家发改委联合举办的碳收集领导人论坛（CSLF）第四届部长级会议在北京举行。科技部部长万钢在致辞中指出,未来十年将是决定全球CO2捕集、利用和封存（CCUS）技术发展最重要的时期,中方愿与各方一道,共同推动CO2资源化利用技术的发展。     

二氧化碳地质封存联合深部咸水开采技术进展

 CO₂捕集、利用与封存(CCUS)技术具有很大的发展前景,而CO₂地质封存联合深部咸水开采技术(简称CO₂驱水技术,CO₂-EWR)作为一种新型的CCUS技术,可在实现CO₂深度减排的同时缓解水资源紧缺现状,对于以煤为主要能源结构的中国来说,是一种确保国家能源安全的双赢选择。根据中国含水层系统类型,中国陆地可大致划分为3个CO₂-EWR利用分区,考虑到该技术的研发程度及成本预测,西部地区的煤电煤化工企业具有早期机会,因此本文主要针对西部地区煤化工企业(一区)展开分析与评价。概述了CO₂-EWR技术的概念、意义及研究现状,探讨了其技术链条中各要素技术,展望了CO₂-EWR技术的前景及重要发展方向。     

万钢：推动全球CO2资源化利用技术的发展

9月19日，南科技部和国家发改委联合举办的碳收集领导人论坛（CSLF）第四届部长级会议在北京举行。科技部部长万钢在致辞中指出，未来十年将是决定全球CO2捕集、利用和封存（CCUS）技术发展最重要的时期，中方愿与各方一道，共同推动CO2资源化利用技术的发展。     

浙江省强化科研攻关做好"双碳"工作

日前,由浙江大学能源工程学院团队牵头的"用于CO2捕集的高性能吸收剂/吸附材料及技术"示范工程通过168小时试运行.这个示范工程通过化学吸收工艺高效捕集燃煤烟气中的CO2 ,并生产高纯度的工业级液态CO2产品. 这只是浙江省在CCUS(碳捕集、利用与封存)研究、应用方面取得的成果之一.今年以来,省科技厅认真贯彻落实中央与省委、省政府关于碳达峰碳中和工作决策部署,努力发挥"双碳"工作中科技创新关键变量的作用.就在近期,省委科技强省建设领导小组印发《浙江省碳达峰碳中和科技创新行动方案》(以下简称《行动方案》),是全国最早发布科技创新行动方案的省份.《行动方案》按照"四个体系"要求提出了主要目标和具体举措.     

碳酸二甲酯捕集CO2的技术经济分析

降低CO2排放量、缓解温室效应,已成为国际社会的广泛共识。碳酸二甲酯(DMC)是国际公认的绿色溶剂,低温下对CO2具有良好的吸收性能,具有规模化应用的潜力。该文针对整体煤气化联合循环(IGCC)电厂燃烧前CO2的捕集过程,建立了DMC捕集CO2的工艺流程,对此流程进行了模拟计算并开展了技术经济分析。计算结果显示:在96%的捕集率下每吨CO2捕集能耗约在1.3～1.7GJ的范围内,DMC捕集每吨CO2工艺成本约为200元;在考虑关键变量不确定性的情况下,其成本变化范围约180～230元/t,具有经济可行性;由于具有环境友好的特点,DMC作为燃烧前CO2捕集技术的新型吸收剂具有一定的竞争力。     

燃煤电厂CO2捕集驱油封存技术及应用

 燃煤电厂烟气CO₂捕集驱油封存技术是提高特低渗透油藏采收率和减少温室气体排放的有效方法。针对燃煤电厂CO₂捕集和大幅度提高低渗透油藏采收率的技术瓶颈开展研究,形成了燃煤电厂烟气CO₂捕集纯化处理技术、CO₂驱提高采收率油藏适应性评价体系、室内实验技术和油藏工程优化设计技术系列,配套了CO₂驱注采工艺和地面工程技术系列,并建成国内外首个燃煤电厂烟气CO₂捕集与驱油示范工程。实践表明,技术应用效果良好,开发的高效CO₂捕集溶剂及工艺比传统单乙醇胺（MEA）工艺捕集成本降低35%,CO₂驱油与封存示范区累计注入CO₂ 12.8万t,累计增油2.9万t,封存CO₂ 11万t。