大气CO2浓度和温度升高对稻麦轮作系统土壤剖面甲烷分布的影响

在田间开放式空气条件下模拟未来50年后气候变化的情况,包括大气温度升高(T)和CO2浓度升高(FACE)以及二者同时升高(FACE+T)对稻麦轮作生态系统稻田土壤剖面温室气体甲烷(CH4)分布的影响。通过田间小区试验,运用土壤剖面气体原位采集系统周年观测,研究CH4在水稻-小麦轮作周期淹水或排水状态下4个不同土壤层次(0~7cm,7~15cm,15~30cm,30~50cm)的行为特征。研究表明:各处理的不同土壤剖面CH4的动态变化趋势相同;水稻生长季CH4浓度随着土层深度的增加而减少,各土壤剖面CH4平均浓度显著高于小麦生长期;小麦生长季CH4浓度则随着土层深度的增加而增加,而且降水显著增加了该季表层CH4浓度。与对照(CK)相比,气候变化的3个处理(FACE、T、FACE+T)均显著增加了土壤剖面各层次的CH4浓度(P<0.05),其中T处理7cm处CH4的平均浓度最高。     

CH4在Fe（111）上解离的DFT研究

运用广义梯度密度泛函理论方法(density functional theory,DFT),结合周期性平板模型,研究了CH4在Fe(111)面上的解离。计算结果表明,在Fe(111)面上,CH4的第一步解离是反应的决速步,其活化能垒约为1.02eV,比Ni(111)面上CH4解离的活化能低0.34eV,说明CH4在Fe(111)面上更容易解离生成C。根据计算结果,我们可以预测,把Fe加入Ni晶体中形成的面心立方的Ni-Fe合金催化剂不能抑制C的形成,这与实验结果相一致。     

气体放电等离子体直接转化CH4和CO2制备高碳烃研究

针对温室气体CH4和CO2化学利用,提出介质阻挡气体放电等离子体化学转化方法,将CH4,CO2直接转化为高碳烃,并副产一部分合成气.实验表明,介质阻挡气体放电CH4和CO2反应烃类产物类似于常规催化的Fischer-Tropsch(F-T)合成,包括气态烃、液态烃和高聚物,但产物分布不符合Flory-Schulz分布.研究讨论了分子筛在抑制等离子体聚合物和炭黑生成方面的作用,讨论了CO2进料对CH4转化制高碳烃的影响,指出适宜进料CH4/CO2比在2/1至3/1范围内.     

鄱阳湖典型沉水植物分布区CO2、CH4释放日变化特征

为进一步准确评估鄱阳湖湿地碳平衡,探讨不同湿地类型碳排放特征与控制因子,在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区选择典型沉水植物分布区进行了CO2、CH4释放的昼夜变化观测.结果表明:1)CO2、CH4释放均具有明显的单峰型日变化模式,释放速率变化范围分别为172.43~365.40 mg CO2·m-2·h-1、16.92~31.57 mg CH4·m-2·h-1;2)温度是影响CO2、CH4释放的主要因子,CO2释放速率与土壤温度之间相关性最显著,而CH4释放速率与水温相关性最显著;CO2释放基于气温和土壤温度的敏感性指数Q10分别为2.6,3.0;3)观测日沉水植物分布区碳排放以CO2为主,约占总碳排放的77.2%,CH4约占22.8%,考虑到两者的增温潜能,沉水植物区CH4释放引起的温室效应高于CO2.     

CCSD(T)/CBS法标定CO2和CH4转化为CH3COOH的活化能

通过量化计算探索了CO2与CH4在无催化剂条件下直接转化为CH3COOH的反应机理.采用高精度CCSD(T)/CBS方法对CO2与CH4转化为CH3COOH进行基准研究,并预测了该反应决速步骤活化能为88.40 kcal/mol.为了减小计算花费,采用多种方法和不同基组对该反应的活化能进行了理论研究.计算结果表明B3L...     

天然温带典型草原N2O和CH4通量的时间变化特征

以内蒙古温带半干旱典型草原类型羊草草原土壤为主要研究对象,利用静态箱技术在野外连续多年原位观测草地N2O和CH4排放通量.通过对1995,1998,1999,2001,2002和2003年的野外观测资料的数据分析,发现温带半干旱典型草原N2O通量的日变化特征明显,草原植物的不同生长阶段对其具有显著的影响;CH4通量的日变化没有明显的规律性特征,植物生长状态对其影响不明显,但对于草地吸收CH4的日较差有显著的影响.多年观测资料显示:我国温带草地N2O通量的排放峰值在四季中均有可能出现,低值通常出现在冬季,不同实验年份,不同季节都有出现N2O吸收通量的可能性,N2O季节通量的变化形式多样,通常是春、夏季较高,冬季最低.CH4通量季节变化规律相对明显,其峰值主要出现在春季,冬季较低.在不同的季节都观测到CH4的排放通量,这同草地出现N2O的吸收通量一样不影响温带草地作为N2O源和CH4汇的功能.N2O较CH4通量的年际变化显著,两者年通量的变异系数分别是71.6%和18.7%,5个实验观测年(跨9个年度),N2O和CH4年通量的平均值分别是:(1.14±0.82)kg·hm-2·a-1和(-3.52±0.66)kg·hm-2·a-1.统计分析结果表明:只有CH4的季节通量与降雨量之间存在显著线性关系.以此估算我国温带草地N2O和CH4年排放总量分别是:以氮计0.23 Tg和以碳计-0.83Tg,分别是全球温带草地N2O排放总量的23%以及全球土壤吸收CH4总量的11%.     

基于Gibbs自由能最小原理分析CO2重整CH4

运用G ibbs自由能最小方法,研究了重整反应器的操作参数(温度、压力、反应气配比等)对CO2重整反应中CH4转化率和产物分布的影响,以及甲烷氧化反应与CO2重整反应间的能量耦合.研究结果表明:反应压力P不变(P=101.325 kPa),随温度升高CH4和CO2转化率增大,在900 K左右产生的H2O(g)的量达到极大值,在1 200 K以上CH4转化率接近100%;反应温度T不变(T=973 K),随压力升高CH4和CO2转化率降低,H2O(g)的选择性略微增加;T=973 K,P=101.325 kPa,原料气中nCH4/nCO2(摩尔比)从0.65增加到2.0时,CH4转化率从85%降到45%,nH2/nCO(摩尔比)从0.77增加到0.95;反应器中加入适量O2,可以提供CO2重整反应所需的能量,同时可调节产物中CO与H2的摩尔比.     

二氧化碳置换甲烷试验中渗透率变化研究

为研究煤层注CO2置换CH4过程中煤样对气体的吸附特性及渗透率变化特征,利用沁水盆地圆柱体原煤试样,在恒定体积应力(36 MPa)及不同注入压力(1~5 MPa)条件下,进行CO2置换CH4试验。结果表明:煤体对CO2的渗透率高于CH4气体;置换试验中,随注入压力的降低,煤体中CO2吸附相浓度逐渐升高,而CH4气体吸附相浓度呈相反变化趋势;在试验压降范围内,煤体对CO2、CH4气体的吸附量分别降低了48.73%、68.04%,煤体解吸CH4能力强于CO2气体。同时,在置换过程中,煤样置换渗透率受有效应力效应、基质收缩效应及滑脱效应等作用影响,其随注入压力的降低呈现先降低再增大的变化关系,且渗透率最低值出现在压力3.25 MPa时;在体积应力36 MPa条件下,注入压力下降后期渗透率相对于初期提高了17.03%。     

焙烧温度对PdO-CeO_2催化剂CH_4氧化活性的影响

采用共沉淀法制备了PdO-CeO2催化剂,考察了焙烧温度对其CH4氧化反应催化性能的影响,并运用X射线粉末衍射(XRD)、物理吸附(BET)、CO化学吸附、Raman光谱和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了表征.实验结果表明:随着焙烧温度从400℃提高到800℃,PdO-CeO2催化剂的活性下降;焙烧温度进一步提高到1 000℃,催化剂的活性又出现明显的提高.结合相关表征可知:Pd(PdO)粒子烧结和比表面积下降是CH4活性下降的主要原因;然而,随着焙烧温度的升高,催化剂中金属Pd含量增加是导致1 000℃焙烧后催化剂活性提高的原因.     

上海-南极海洋边界层大气CH4浓度及其δ13C空间分布特征

在中国第22次南极科学考察期间,用Tedlar气袋采集了"雪龙号"考察船航线上海洋边界层大气样品,在室内分析了样品中CH4浓度及其分子的δ13C值,结果表明:在28.5°N~40°S区域,海洋边界层大气CH4浓度波动较大,峰值较多,平均值为(2.97±1.51)×10-6,明显高于全球大气CH4的平均浓度(约1.8×10-6),这主要与该区域的航迹靠近陆地,受人为源的影响有关;在40°S~69.17°S航迹,远离人类活动区,洋面大气CH4的浓度较稳定,平均浓度值为(1.92±0.14)×10-6,接近于目前全球大气CH4平均浓度.航线上CH4分子的δ13C的变化范围为:-37.49‰~-24.87‰,平均为-34.5±3.0‰.在28.5°N~40°S区域,边界层大气中CH4分子的δ13C值较高且波动较大,表明洋面大气的CH4浓度受到来自富13C的化石燃料、生物质燃烧等人为源的强烈影响;在40°S~69.17°S区域,δ13C值较稳定.海洋边界层大气的CH4浓度分布与大气温度也存在相关性.     

矿井低浓度瓦斯增浓技术的研究

阐述了矿井低浓度瓦斯增浓的必要性，分析了引进碳分子筛常温变压吸附空分技术作为瓦斯增浓技术的可行性，对根治矿井瓦斯并进一步拓宽煤层气的开发利用具有特别重要的意义。     

非平衡吸附单相煤层气井底压力

为了给煤层气勘探和开发提供科学依据,必须对煤层气井井底瞬时压力进行分析。根据煤层气的地质特征及煤层气的产出机理,以多孔介质不定常渗流理论为基础,按垂直井、无限大煤层考虑,在一定的假设条件下,建立了非平衡吸附单相煤层气的数学物理模型,研究了非平衡吸附煤层气井底压力与煤层之间的关系,给出了煤层气井井底瞬时压力分析方法和步骤,从而可获得有关煤层气参数和井筒参数,为煤层气的开发提供理论依据。     

煤层气开发新技术试验研究与探索

针对我国煤气层超低渗透性、低压、低含水饱和度地质特征及煤层气吸附性较强的开发难点,提出把高能气体压裂用于煤层气开发的新技术试验研究与探索.研究思路是以高温高压气体促使煤气层产生和形成较长的多裂缝体系,并伴随较强的脉冲震荡、热作用于地层基质,提高煤气层空隙间的连通性和渗透性,改善解吸环境,促进煤层气解吸和泄气,以提高煤层气井产量.重点论述了此项研究的研究思路、作用机理、工艺设计、可行性等.介绍了现场试验情况,并指出了煤层气开发新技术研究与探索的方向.     

临南地区煤成气藏成因分析

济阳坳陷广泛分布石炭系和二叠系 ,但是此地层煤成气的成藏问题一直没有获得突破。临南地区曲古 1井产出的天然气证明是源自石炭系和二叠系煤岩。对该地区煤系地层的地球化学特征进行了研究 ,结果表明 ,该煤系具有较大的生烃潜力 ,并经历了 4次生烃过程 ,燕山期和喜山期是主要生烃期。对煤系烃源岩生、排烃期次、构造活动以及煤成气成藏期次的研究认为 ,曲古 1井煤成气藏有两种成因 :①原生气藏在喜山期被破坏后再次聚集而成 ;②埋藏较深的石炭系和二叠系烃源岩在新近纪再次生烃。因此 ,临南地区在燕山期和喜山期形成的圈闭是有利的煤成气勘探目标区。     

单相煤层气井底瞬时压力

瞬时压力分析是煤层气勘探与开发过程中获得煤层参数及井筒参数的重要手段,是对煤层气井生产能力的一种测试试验.为了给煤层气勘探和开发提供理论依据,必须对煤层气井井底瞬时压力进行分析.根据煤层气的地质特征及煤层气的产出机理,以多孔介质定常渗流理论为基础,按垂直井、无限大煤层考虑,在一定的假设条件下,建立了平衡吸附单相煤层气的数学物理模型,研究了平衡吸附单相煤层气井底压力与煤层之间的关系,给出了煤层气井底瞬时压力分析方法和步骤,从而可获得有关煤层气参数和井筒参数,为煤层气的开发提供科学依据.     

超声波干扰提高煤层气抽放率的机理

为了对超声波干扰提高煤储层渗透率和煤层气解吸率的作用机理进行研究,分析了空化效应对煤储层渗透率的影响.分析了超声波诱发的热效应,会引起煤-煤层气系统温度升高,煤分子和煤层气分子的热运动加剧,动能增大,促进煤层气分子脱附,提高煤层气解吸率.分析了超声波穿过煤储层时的机械作用.因此利用超声波的空化作用、热效应和机械作用等能有效提高煤储层的渗透率,提高煤层气的解吸率,这为煤层气抽放提供了一种新的思路.     

注入增产法提高煤层气采收率的理论探讨

美国Amoco公司开发的注入增产法是一项很有前途的提高煤层气采收率的方法,为此笔者在研究煤对二元气体吸附特征的基础上,探讨了注入增产法的基本原理。结果表明,煤对常见气体的吸附能力由强到弱为：二氧化碳、甲烷、氮气、氢气;煤对二元混合气体总的吸附及对甲烷的吸附均符合Langmiur方程,但在ＣＨ４＋Ｈ２或ＣＨ４＋Ｎ２的吸附系统中,对Ｈ２或Ｎ２吸附时吸附量与压力之间不遵从此关系式,而在ＣＨ４＋ＣＯ２吸附系统中,煤对ＣＯ２的吸附量和压力之间的关系仍可用Langmuir方程定量描述;注入增产法提高煤层瓦斯抽放率是通过注入其它气体使煤对甲烷的吸附量减小来实现的,且注入Ｎ２优于ＣＯ２。     

黏土矿物微观孔隙对甲烷吸附行为的分子模拟

为了研究黏土矿物对CH_4的吸附规律和页岩储层对CH_4的最小储集空间界限,利用Materials Studio软件构建三种黏土矿物伊利石、蒙脱石和高岭石的微观模型,运用蒙特卡洛方法和分子动力学方法,研究在不同压力、不同孔径空间下三种黏土矿物对CH_4的吸附规律。结果表明:随着孔径和压力的增大,CH_4气体在三种黏土矿物层间的吸附量逐渐增大;不含水的黏土矿物对CH_4的最小储集空间为0. 4 nm,三种黏土矿物对甲烷的吸附能力随孔隙大小的变化而不同;随着孔径的减小或压力的增大,CH_4气体在三种黏土矿物孔径中吸附越稳定;随着孔径的增加,CH_4气体在黏土矿物孔径中出现多层吸附;三种黏土矿物中吸附的CH_4分子之间的距离均大于0. 075 nm,距离CH_4分子0. 125 nm处出现另一个CH_4分子的概率最大。研究结果对页岩气赋存特征和渗流规律具有重要基础认识作用。     

注入二氧化碳及氮气驱替煤层气机理的实验研究

论述了我国开采煤层气目前存在的问题,并且通过煤对二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氮气（N2）吸附机理的分析,提出注入二氧化碳（CO2）或氮气（N2）提高煤层气采收率技术的可行性。并从其注气驱替煤层气的作用机理的不同,从理论上和实验中得出注入二氧化碳（CO2）的效果要优于氮气（N2）。     

用从头计算研究煤表面与甲烷分子相互作用

依据所提出的煤表面原子簇模型,量子化学从头计算（ＳＴＯ－４－３１Ｇ）表明甲烷分子与煤表面相互作用是各向异性的,最大作用势（吸附势）为２．６５ＫＪ／ｍｏｌ,旋转势垒为１．３４ＫＪ／ｍｏｌ。结果表明甲烷在煤粒表面上的吸附属物理过程（表面凝聚）。