碳中和战略背景下建设碳工业体系的进展、挑战及意义

全球气候变化与碳中和背景下，CO₂封存利用已成为人类绿色发展的必然趋势与选择。以CO₂捕集、利用与封存/CO₂捕集与封存(CCUS/CCS)为核心的碳工业，正成为碳中和目标下的新兴战略产业，规模可持续发展需借鉴全球油气工业发展路径。地球系统发育3种“碳”，黑碳是未被封存或利用并长期留存在大气圈中的CO₂，灰碳是被固定或永久封存在地质体中的CO₂，蓝碳是通过生物、物理、化学等方式可转化为人类利用产品的CO₂。碳工业体系覆盖碳产生、碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存、碳产品、碳金融等业务，是彻底消除“黑碳”的革命性领域。研发以碳减排、零碳、负碳及碳经济为内涵的碳工业技术体系，构建以CCUS/CCS为基础的低成本、高能效的碳工业体系，是世界各国实现碳中和目标和能源清洁利用的战略举措，利于推动4个“80%”的中国能源供应格局转变，即由2021年含碳化石能源消费占比80%以上、化石能源CO₂排放80%以上，转变为2060年非碳新能源占比80%以上、...     

低温等离子体二氧化碳和生物质炭协同反应特性

提出了生物质炭增强CO₂低温等离子体裂解反应的新方法，将碳作为CO₂裂解反应的还原剂，利用低温等离子体反应器实现C与CO₂Boudouard反应发生，促进产物O₂含量减低和CO产率提高。石英棉和生物质炭填充在介质阻挡放电低温等离子体反应器中，通过添加保温装置改善反应区域内部温度，考察CO₂流量、施加电压和反应区域温度对CO₂转化率、能量效率及产物分布的影响。结果显示：生物质炭的填充可有效地抑制产物O₂摩尔，提高CO的产率；施加电压和反应区域温度都是影响CO₂Boudouard反应的重要因素；随着保温装置的添加和施加电压的升高，CO₂Boudouard反应更容易发生，CO₂转化率和产物CO与O₂摩尔比逐步升高；当施加电压为25 kV时，CO₂Boudouard反应对CO₂转化贡献率达到35%,CO_...     

石化行业CO2排放核算与减排技术进展

全面细致地进行CO₂排放核算是炼化企业挖掘碳减排潜力、升级碳减排技术、实现“双碳”目标的基础依据。综述了国内外石化行业CO₂排放的核算方法与减排技术,重点介绍了CO₂排放核算模型、核算方法、核算指南与规范,以及基于核算结果的CO₂减排技术,分析了国内外大型炼化企业CO₂排放核算成果、减排技术效果及发展趋势,以期为炼化企业在转型发展、节能降耗、CO₂减排和利用等方面提供借鉴。     

苏北盆地CO2气藏成藏规律及富氦成因

随着“碳达峰”“碳中和”双碳目标的提出,CO₂地质封存研究越来越受到重视。针对苏北盆地已发现的CO₂气藏,利用δ¹³C值、³He/⁴He值等的分析,对CO₂气藏分布、CO₂来源以及富氦气藏He富集成因等进行研究。认为苏北盆地CO₂气藏主要分布于盆地南侧的苏南隆起区、苏南隆起与东台坳陷交接处的断裂带以及断裂带外延断层发育区,苏北盆地CO₂整体为幔源岩浆成因,黄桥气藏中的氦气为混合来源。在前人提出He的富集过程主要与CO₂的溶解与矿化有关的基础上,提出He富集成藏可能是CO₂大量溶解和散失而形成的观点。     

CO2捕集、利用与封存技术及CO2管道研究现状与发展

CO₂捕集、利用与封存(CO₂ Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术是减少碳排放的有效手段之一，是实现中国“双碳”目标的重要技术保障，其中CO₂管道输送是最重要的一环。从CCUS技术和CO₂管道设计两个维度综述了国内外CO₂捕集、CO₂运输、CO₂封存和CO₂利用的研究进展，针对运输过程，着重从工艺设计、杂质、含水量、止裂控制和风险评估等方面梳理了CO₂管道设计的研究成果。中国目前正在大力推进CCUS技术，中国石油、中国石化和中国海洋石油等机构分别成立了相关的研究机构，聚焦CCUS发展的各个环节。虽然中国尚处于技术发展的初级阶段，但相信随着科研人员的努力会很快赶超发达国家，跻身第一方阵。研究结果旨在为中国的CCUS技术发展提供参考，促进中国CCUS技术的推广实施和CO₂管道的合理设计。     

基于Aspen Plus的生物质化学链气化耦合CO2裂解模拟研究

生物质化学链气化耦合CO₂裂解技术能够在产生高品质合成气的同时将CO₂转化为CO,是可以同步实现CO₂增量降低和存量减少的有效手段之一。使用Aspen Plus软件,建立了生物质化学链气化耦合CO₂裂解过程的模型,研究了温度、压力和生物质与氧载体质量比(m(Biomass)/m(Oxygen carrier),简称m_B/m_O)对反应产出合成气组分、气化特性参数和系统热负荷的影响。结果表明：随着温度的升高,反应产出的合成气中CO、H₂含量呈现上升趋势,CO₂、CH₄含量下降,产气热值增大,且在高于800 ℃时趋于稳定,反应温度在1000 ℃以下时,系统产热可以满足反应需要;当反应压力由0.1 MPa提高至0.5 MPa时,H₂、CO含量下降,CO₂含量提高,合成气热值下降,系统整体放热量增大;当m_B/m_O增大时,生物质进料量逐渐增多,氧载体还原产物中Fe含量增大,FeO含量降低,合成气热值上升;当m_B/m_O在0.3~1.3区间内时,系统产热可以满足系统反应所需。耦合CO₂裂解反应器后碳转化率有较大提升,并且在m_B/m_O为0.7时提升最为显著。     

二氧化碳驱化学封窜材料与方法研究进展及应用

碳捕集、利用与埋存技术(CCUS)是目前能源领域在双碳目标下实现油气高效开采的重要手段。将CO₂注入油藏中可提高采收率,但其流度与原油差异大且与油水存在明显的分异作用,导致波及效率有限。急需研发高效的CO₂封窜材料及相应的控窜技术,以提高油藏采收率和CO₂封存效率。介绍了CO₂驱过程中的窜逸特征,综述了目前常用的CO₂封窜材料与方法。展示了各项CO₂封窜技术在国内外油田的应用现状,并展望了在新疆油田CO₂提高采收率与储存过程中可能的应用前景。本研究对当前国内外油田CO₂驱过程中的封窜材料研发有一定的启示,指出了新疆油田CO₂封窜技术的发展方向。     

“双碳”愿景下CO2驱强化采油封存技术工程选址指标评价

在国家能源安全和“双碳”战略愿景下，CO₂驱强化采油封存技术(CO₂-EOR)因能助力油气行业转型发展，成为“低碳化”乃至“负碳化”的首选技术和最现实的选择。无论是实验、数值模拟还是现场实践，目前国内外学者对CO₂-EOR研究侧重于CO₂作为高效的驱油“催化剂”本身及油藏CO₂-EOR适应性认识，对于工程选址评价缺乏统一标准和系统研究。在充分调研国内外文献的基础上，结合中国CO₂-EOR应用进展和工程实践，明确了CO₂-EOR工程选址可行性评价所需的通用依据，指出了CO₂-EOR工程选址遵循“CO₂封存与驱油双统一”、安全性、经济性的专属性原则，并从CO₂-EOR工程选址的地质、工程、安全、经济4个要素开展了较详尽系统的研究，定性-定量构建了“4+8+27”CO₂-EOR工程选址三级指标评价体系(GESE)，以期为油藏开展CO₂     

致密油藏注CO2防窜体系研究进展

致密油藏注CO₂不仅可以实现增压、混溶、降黏等目的，也是CO₂就地埋存和高效利用的重要途径。受CO₂与原油流度差异，特别是储层非均质性的影响，致密油藏注CO₂极易沿优势通道(裂缝)窜逸，因此，CO₂防窜是实现CO₂埋存和高效排驱的关键。通过对致密油注CO₂防窜体系的国内外研究动态进行综述，对比评述了凝胶、聚合物、泡沫、表面活性剂的防窜机理，重点概述了CO₂响应性表面活性剂的类型、CO₂响应特征及智能暂堵机制，在此基础上对致密油注CO₂防窜体系的应用前景进行了展望。依据现阶段CO₂响应性表面活性剂在CO₂防窜体系的应用，提出了CO₂响应性表面活性剂在CO₂防窜体系的重点研究方向：(1)设计和研发具备超临界CO₂可溶性，开关乳液、囊泡、凝胶、“蠕虫状”胶束自组装及原...     

碳达峰碳中和背景下发展CO2-EGR的思考

2020年9月，中国政府提出了在2030年前碳达峰以及争取在2060年前碳中和两阶段减排目标，该目标的确立为中国CO2驱提高天然气采收率(CO₂-EGR)产业技术的发展和应用带来了机遇。为了对碳达峰碳中和(“双碳”)目标下CO₂-EGR的发展形成全局性的认识，系统分析了“双碳”目标下发展CO₂-EGR的意义，CO₂-EGR的潜力、发展现状以及面临的挑战，进而针对我国CO₂-EGR的发展提出了建议。研究结果表明：(1)发展CO₂-EGR对于保障我国能源安全、加速清洁能源体系建设推动能源转型、进而尽早实现“双碳”目标均具有重要推动作用；(2)我国应明确CO₂-EGR发展路径，构建CO₂-EGR空间布局，强化CO₂-EGR数字融合及其在多能互补能源系统中的减排作用，助推可再生能源规模化运用和传统难减排的煤炭行业深度脱碳；(3)充分借鉴欧美税收抵免政策和创新基金政策，加速建立CO₂     

INTERACTION OF CARBON DIOXIDE WITH SUPPORTED METAL CATALYST SURFACES

The environmental concern about the impact of CO₂ has grown recently due to its rapidly increasing concentration. Deforestation strongly affects the natural reduction of CO₂ by water into carbohydrates through the photosynthesis process. Various transition metal complexes have exhibited activities to catalyze the reaction of CO₂ with various hydrocarbons, oxygenates, and amines. Industrial utilization of CO₂ by heterogeneous catalytic reactions can be one of the effective ways to cut the CO₂ level. The first step in the catalytic reaction of CO₂ is adsorption. Rh is selected for this study because of its unique activity to catalyze a number of CO2 related reactions. In situ infrared results reveal that CO₂ adsorbed on the reduced catalyst surface as carboxylate species and on the oxidized catalyst surface as bidentate and monodentate carbonate species which are also the dominant adsorbed species during the H₂ TPR study.     

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由化石燃料燃烧排放的ＣＯ２对全球生态环境，经济发展、人类健康和生活质量将产生深远影响；将ＣＯ２储存在地下和海洋中，或开发利用ＣＯ２新途径，均可减少大气中ＣＯ２的浓度，更为积极的措施是改变能源消费结构，提高能源利用率，通过甲烷（ＣＨ４）转化为甲醇（ＣＨ３ＯＨ）并用它作运输燃料将有效地减少ＣＯ２对大气的排放。论述了在ＣＨ４制合成所和ＣＨ３ＯＨ合成新工艺研究上所取得的进展。     

鄂尔多斯盆地油沟区长4+51低渗透油藏二氧化碳驱先导试验

鄂尔多斯盆地低渗透油藏储量丰富,但注水驱油效果不佳且陕北地区水资源匮乏,亟需新的驱油技术降本增效。为此,基于吴起油沟油区长4+51油藏特征,利用20 m细管在60 ℃下进行了CO₂驱替模拟实验,在此基础上,结合油藏特征设计了施工参数,并选取了5个井组进行CO₂驱先导试验,通过注CO₂前后地层压力对比、CO₂驱油效果、实施区CO₂泄露监测对现场施工情况进行了分析。研究表明:长4+51低渗透油藏满足CO₂混相驱的要求,井口压力8 MPa、流速0.6 t/h的施工参数可保障其混相,CO₂可在储层中均匀推进,地层压力稳步回升,注气2年同比注水驱油增产原油2 935.6 t,其换油比为3.03∶1,且在试验区土壤中未监测到CO₂泄漏。该研究可为碳捕集、利用与封存(CCUS)技术在鄂尔多斯盆地的安全推广提供技术支持,为保障延长油田稳产及陕北地方经济可持续发展提供技术参考。     

天然气中CO_2氧同位素在线检测技术与应用

氧同位素作为有效的地球化学参数,在同位素地质年代学、环境科学研究等许多领域得到广泛应用,CO_2氧同位素也是一个非常有效的示踪剂,可用于判识气源,然而这一指标尚未应用于油气勘探领域。应用气相色谱-气体稳定同位素质谱联用技术,建立了天然气中CO_2的氧同位素在线检测方法。在对松辽盆地、四川盆地、塔里木盆地天然气组分、组分碳同位素、稀有气体组成与稀有气体同位素等地球化学资料研究的基础上,对盆地天然气中CO_2氧同位素进行分析,发现不同盆地、不同来源天然气中CO_2的碳、氧同位素分布特征存在明显差异,表明CO_2的氧同位素具有较好的成因指示意义。通过CO_2的碳-氧同位素分布,可将气藏中CO_2细分为上地幔来源、碳酸盐岩来源以及有机成因,为天然气成因及气源对比研究提供了新手段。     

重力分异和非均质性对天然气藏CO2埋存的影响——以中国南方ＸＣ气藏为例

在含CO₂的天然气藏中实施CO₂长期稳定埋存并提高天然气采收率,实现CO₂的规模化综合利用,具有重大的现实意义。为此,以一个真实的含CO₂浅层废弃气藏为埋存靶场,运用数值模拟方法,设计了纵向非均质气藏剖面模型,用于研究气藏储层在正韵律、反韵律以及复合韵律条件下气体运移对超临界CO₂稳定埋存的影响,并重点研究了重力分异和地层非均质性条件下的流体运移规律。结果表明：不同韵律剖面模型在注超临界CO₂埋存及开采剩余天然气过程中,作为反韵律的目标气藏注超临界CO₂埋存过程在生产井突破最晚,吸入的超临界CO₂量最大,天然气累计采出量最多,其超临界CO₂埋存潜力相对最大;重力分异可引起超临界CO₂与天然气之间产生非平衡态相的分离,天然气向气藏高部位运移,CO₂最终趋向于形成“超临界CO₂垫气”,可以很稳定地沉积在气藏下部形成“垫气”埋存。该成果为实现CO₂减排、降低CO₂捕集与埋存技术（ＣＣＳ）成本提供了技术支撑。     

超低渗透油藏CO2吞吐利用率实验研究

CO₂吞吐技术是开发特低渗透、超低渗透油藏的有效方式,但吞吐过程中CO₂的利用率如何亟待研究。利用长庆油田某超低渗透油藏天然岩心进行了室内CO₂吞吐物理模拟实验,分析了不同注入压力下CO₂吞吐的采收率规律和CO₂利用率。研究发现,CO₂吞吐的累计采收率随着注入压力的升高而增大,并逐渐减缓;CO₂利用率随着吞吐轮次的增加明显降低,前4轮CO₂吞吐中CO₂的利用率较高;提高CO₂注入压力使CO₂-原油体系达到近混相或者混相状态,不仅能够获得更高的采收率,而且不会显著增加CO₂气源方面的成本。研究结果表明,油田应用CO₂吞吐技术时采用近混相或者混相方式进行4个轮次的吞吐,能够取得较好的开发效果和经济效益。      

吉木萨尔页岩油CO2吞吐方案优化及试验效果评价

针对吉木萨尔页岩储层衰竭式开发采收率低,传统提高采收率措施难以有效增产的问题,提出了CO₂吞吐提高采收率的方法。运用数值模拟方法,建立了工区储层油藏数值模拟模型,依据水平段长度及油层厚度优选了适用于CO₂吞吐的试验井,明确了基质增能对于CO₂吞吐的决定性作用,并对CO₂吞吐的工作制度进行了优化。最终将优化方案应用于现场试验,结果表明:试验井间存在裂缝窜扰,导致CO₂吞吐注入阶段气窜严重,CO₂未充分进入基质置换原油,整体开发效果较差。研究内容对页岩油藏注CO₂吞吐提高采收率具有参考意义,可为调整CO₂吞吐开发方案提供借鉴。     

松辽盆地幔源CO2分布规律与运聚成藏机制

对CO₂碳同位素组成和³He/⁴He值分析表明,松辽盆地高含CO₂天然气藏中的CO₂皆为幔源成因.在对已发现含CO₂天然气分析的基础上,研究了松辽盆地CO₂在含量、层系和平面上的分布规律.研究结果表明,松辽盆地CO₂在含量上具有"两端元"的分布特征;受区域盖层和储层性质的控制,在层位上,CO₂主要富集于营城组和泉四段;在平面上,CO₂呈多个点状或狭长带状局限分布,其平面分布明显受控于深大断裂,与基底大断裂和火山岩体具有较好的伴生关系.幔源CO₂运聚成藏机制可概括为:深部热流底辟体的顶部是CO₂的储集库,基底大断裂向下收敛于拆离带并沟通CO₂气源,CO₂通过基底大断裂和古火山通道向上输导,并在适当圈闭中聚集成藏.运聚通道组合类型决定了气藏中CO₂的含量及含CO₂天然气的赋存层位,幔源CO₂的运聚通道可划分为3种组合类型.建立了松辽盆地含CO₂天然气藏的"三阶段"成藏模式.     

CO2吞吐技术应用进展

CO₂吞吐工艺是一种可应用于常规与非常规油藏的有效提高采收率技术。从室内实验研究到重点领域的应用实践方面总结了CO₂吞吐技术应用进展,对不同技术路线的现场试验进行了回顾与分析。应用结果表明:CO₂吞吐技术对不同油品、不同类型的油藏都有广泛的适用性,在国内外矿场应用中均取得了良好效果;CO₂复合吞吐、CO₂协同吞吐、超临界CO₂吞吐、纳米颗粒辅助CO₂吞吐技术将是未来的主要发展方向,其中,超临界CO₂吞吐和纳米颗粒辅助CO₂吞吐技术目前仍然局限于实验室阶段,还需进一步研究并通过矿场应用证实其实用性。在2060年前实现碳中和的背景下,CO₂吞吐技术应用规模将进一步扩大,该研究也将对CO₂吞吐技术的推广应用提供技术支持。