城市污水处理厂污泥处理处置碳排放分析——以淮南市为例

淮南市近10年来城市污水厂污水排放量与日俱增,污泥产量也在不断增加,污泥处理处置工程实施碳减排方案迫在眉睫。用生命周期评价方法对淮南市4种主要的污泥处理处置路线进行生命周期碳排放分析,并以处理1t干污泥作为功能单位。分析结果表明,L4路线(机械压力脱水+运输+卫生填埋)碳排放量最多,总碳排放量为1 692.11kg CO₂,其中碳排放贡献率最大的环节是卫生填埋阶段CH₄的直接排放(756kg CO₂),且该路线碳补偿能力仅为-33.57kg CO₂;其次为L3路线(机械压力脱水+好氧堆肥+运输+土地利用),总碳排放量为818.33kg CO₂,碳排放贡献率最大的环节是间接排放中药剂的消耗(922kg CO₂);L1路线(含水率80%污泥+运输+干化+电厂协同焚烧)碳排放量较少,为431.76kg CO₂;L2路线(含水率80%污泥+运输+干化+焚烧+建材利用)碳排放量最少,仅为67.24kg CO₂,该过程碳补偿...     

森林土壤温室气体通量对森林管理和全球大气变化的响应

森林土壤是温室气体重要的源和汇。探讨不同森林管理和全球大气变化下土壤温室气体通量特征,为有效减少温室气体排放及森林可持续管理等提供参考。笔者从森林土壤温室气体(forest soil green house gases)、森林管理(forest mangement)和全球大气变化(global atmospheric change)3个关键研究点,查阅近年来相关研究成果,归纳森林管理和全球大气变化下土壤温室气体通量的一般性模式。CO₂、CH₄和N₂O是3种重要温室气体,其通量间存在协同、消长和随机型耦合关系。森林管理如火烧、采伐和造林等显著影响土壤温室气体通量。一般情况下,火烧导致土壤N₂O通量降低,CH₄吸收量增加,CO₂通量因火烧类型、火烧强度、生态系统类型不同出现增加、减低和无影响3种结果; 采伐通常导致土壤CO₂、CH₄和N₂O排放增加; 造林可使土壤CO₂排放减少,对N₂O和CH₄通量的影响随生态系统类型、造林树种等而改变。全球大气变化如CO₂浓度升高、氮沉降和气温升高影响森林土壤温室气体通量。通常,CO₂浓度升高导致土壤CO₂和N₂O排放量增加,CH₄吸收量降低; 氮沉降促进土壤N₂O排放、抑制CH₄吸收。气温升高导致土壤CO₂和N₂O排放增加。森林管理和全球大气变化对土壤温室气体通量的综合影响是非叠加的,有效的森林管理可能改变土壤温室气体通量对全球大气变化的响应。     

CO2/N2稀释对H2/CH4层流火焰传播特性的影响

利用本生灯-纹影系统实验研究含有CO₂，N₂的掺氢天然气层流预混火焰传播速度，并应用GRI-3.0机理模拟计算不同组分预混燃气绝热火焰温度、敏感性系数及重要自由基浓度等，详细讨论CO₂，N₂的稀释效应.研究表明，GRI-3.0机理能较好地预测掺氢天然气层流预混火焰传播速度；CO₂，N₂稀释组分会显著抑制掺氢天然气层流预混火焰速度及其绝热火焰温度；与N₂相比，CO₂不仅具有较强的热力学效应，且随着CO₂稀释比的增加，火焰中重要自由基H浓度显著减少，抑制氧化反应H+O₂O+OH对燃烧的主导促进效应，使预混燃料的层流火焰传播速度显著降低.     

高温高压下N2和CO2对CH4/C2H6/C3H8混合气抑爆效果研究

油田伴生气经常会发生燃爆事故,为提升采油过程的安全性,需研究N₂与CO₂在井筒高温高压条件下的抑爆效果. 目前对于高温高压条件下固定可燃气体积分数,不同体积分数N₂和CO₂对爆炸特性影响的研究较少. 对40 °C,初始压力0.5、1.0、2.0 MPa,不同N₂和CO₂体积分数下CH₄/C₂H₆/C₃H₈混合气到达最大爆炸超压的时间、最大爆炸超压和爆燃指数K_G进行了相关研究,分析了不同初始压力和2种惰性气体对爆炸特性参数的影响. 试验结果表明:不同初始压力下N₂和CO₂各自的惰化机理相同;CO₂的惰化效果优于N₂且存在最优点,该点之前CO₂的惰化效果与N₂相比优势逐渐增强,由化学作用占主导地位,该点之后化学作用已达到最大效果,因此CO₂的惰化效果虽仍强于N₂,优势却逐渐减小.      

燃气轮机天然气掺氢燃烧及排放特性数值模拟研究

为了解掺氢对贫预混燃气轮机的性能影响,采用数值模拟的方法研究了某燃气轮机天然气掺氢比(体积分数0～30%)对其燃烧及排放特性的影响,对比了燃料体积流量恒定和热负荷恒定的情况下,掺氢对燃烧温度、NO_x、CO和CO₂排放的影响规律。结果表明,在燃料体积流量恒定的情况下：如果固定燃料当量比,掺氢会降低燃烧室热负荷,并能够降低燃气中CO和CO₂浓度,但会导致出口燃气超温和NO_x排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_x和CO₂浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.48。在热负荷恒定的情况下,如果固定燃料当量比,掺氢能够降低燃气中CO和CO₂浓度,并导致出口燃气超温和NO_x排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_x和CO₂浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.47。...     

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。     

生物炭添加对土壤冻融过程中温室气体排放的影响

【目的】研究模拟生物炭添加对土壤冻融过程中二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放的影响,为冻融期土壤温室气体的减排提供参考。【方法】以伊犁河谷典型农田为研究对象,野外采集原状土柱,并在室内模拟不同幅度的冻融过程(+5 ℃、-5 ℃～ +5 ℃和-10 ℃ ～ +10 ℃),探求冻融过程中土壤CO₂、CH₄和N₂O排放对生物炭添加(0、20和40 t/hm²)的响应特征。【结果】与不添加生物炭的处理相比,添加生物炭会使冻融过程中的土壤CO₂排放量提高1.1～1.4倍,但该影响远小于冻融作用对土壤CO₂排放的促进作用(为CK的1.5～3.2倍); 虽然冻融作用未显著(P > 0.05)影响土壤CH₄的累积排放量,但生物炭的添加显著(P < 0.05)促进了45.5%～81.8%的CH₄吸收量; 冻融作用使土壤N₂O的累积排放量提高了1.3～3.0倍,生物炭降低了冻融过程中10.2%～30.9%的土壤N₂O排放量,但在多数情况下这种减小并不显著(P > 0.05)。【结论】模拟生物炭添加会增加土壤冻融过程中CO₂的排放,也会促进CH₄的吸收和N₂O的减排。     

喷射策略对双燃料发动机热效率影响的研究

为了解决天然气发动机在低负荷下热效率低的问题,在一台六缸天然气-柴油双燃料发动机上试验研究了喷射参数对发动机性能和排放的影响。结果表明：增加柴油喷射压力(DIP),有效热效率(BTE)增加,THC、CO和CO₂的排放减少,但NO_x排放略微增加;提前柴油喷射正时(DIT),BTE增加,CO、CO₂和Soot排放减少,但NO_x排放恶化。在扭矩为400、1600 N·m时,天然气-柴油双燃料发动机与纯柴油发动机相比,NO_x排放分别降低39%和63%,CO₂排放分别降低25%和22%。在大扭矩工况下,当柴油喷射正时在-18°CA ATDC～-5°CA ATDC范围内时,增大DIP或提前DIT能够提高双燃料发动机的BTE,同时改善THC、CO、CO₂和Soot排放;当喷射正时早于-10°CA时,双燃料发动机的BTE高于纯柴油发动机。     

基于固体钙含量的CO2腐蚀水泥石规律预测

CO₂会腐蚀油井水泥环，导致其强度衰退，使其失去保护套管和封隔油、气、水层的作用，从而缩短油气井寿命，造成巨大经济损失。如果能够预测CO₂在井下的腐蚀深度和腐蚀规律，那么就可以预测油井寿命，进而对水泥环耐腐蚀性能进行改进。然而，目前的CO₂腐蚀深度模型，大多是基于实验数据拟合建立的半经验模型，不具普遍适用性。针对这一问题，根据质量守恒定律结合扩散对流方程及钙离子沉淀速度，建立了CO₂腐蚀深度预测模型。该模型考虑了CO₂的扩散作用以及钙离子的沉淀，具有较强的适用性。通过CO₂腐蚀实验验证了该模型的可靠性，并利用该模型分析了水泥石基质被腐蚀后的变化规律，结果表明，随着腐蚀时间增加，水泥环孔隙度、渗透率增加，孔道迂曲度减小从而导致物质对流扩散加快、腐蚀速率加快；距离腐蚀端面越近孔隙度、渗透率越大，孔道迂曲度越小。     

高浓度CO2对红松幼苗及土壤碳氮特征的影响

为探知红松苗对未来大气CO₂浓度的碳、氮响应策略,系统了解不同CO₂浓度下红松幼苗及其土壤碳、氮特征,采用生长箱培养法,分别研究了350、700 μmol/mol CO₂浓度下红松幼苗主要器官碳、氮浓度与积累(吸收)量变化,并分析其培养土壤的碳、氮含量。结果表明:与低浓度CO₂处理相比,高浓度CO₂处理并未对红松幼苗根、茎及叶的碳浓度产生显著影响,但导致叶碳积累量显著增加37.63%; 高浓度CO₂培养导致红松幼苗根、茎、叶氮浓度显著降低,茎氮吸收量显著下降27.45%,根、茎、叶的碳氮比升高,土壤溶解性有机碳含量显著增加28.82%,总有机碳、微生物量碳、全氮、微生物量氮及水解性氮含量均未发生显著变化,碳氮比增加。总体上,3年生的红松幼苗氮浓度、碳氮比、叶碳积累量及土壤溶解性有机碳对CO₂升高响应迅速。     

CO2资源化用于钢液精炼的研究进展

将CO₂用于钢液精炼是CO₂资源化应用于炼钢流程的重要补充。基于CO₂用于钢液精炼的最新研究进展，分析了CO₂气体在精炼钢液中冶金反应行为，重点综述了常压以及真空精炼过程，CO₂作为保护气体、搅拌气体或反应气体等在炉外精炼过程中的应用现状。常压条件下，CO₂可防止钢液增氮、调控钢液氧化性并延长底吹元件寿命；真空条件下，CO₂不仅能够发挥常压下的作用，且钢液深脱碳、脱气以及去除夹杂物方面的效果更加显著。最后，指出了目前CO₂资源化用于精炼过程中面临的问题，认为未来CO₂资源化用于精炼过程的研究应从以下2个方面展开：1)优化CO₂喷吹工艺；2)深入研究CO₂参与炼钢反应的基础理论。     

高剪切反应器中有机相强化KHCO3/K2CO3溶液吸收CO2研究

在高剪切反应器（HSR）中研究了不同有机分散相对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂的强化效果，并考察了有机相与有机胺溶液复配使用对CO₂吸收率的影响。实验结果表明：环己烷、正庚烷对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂的强化效果明显，甲苯、正辛醇对KHCO₃/K₂CO₃溶液吸收CO₂则没有明显的强化效果；CO₂吸收率随HSR转速的增加而增加，随气液比、温度的增加而降低；环己烷对加入二乙醇胺活化的K₂CO₃溶液有较为明显的强化作用，CO₂吸收率最高可提高23%。与文献中不同反应器的对比表明HSR对CO₂具有较高的吸收效率。     

轻型车RDE窗口法在中国实际道路的适应性研究

利用PEMS装置开展RDE排放测试,不需要在专业实验室就可以进行排放标准符合性判定,更能真实反映车辆实际使用时的排放水平,为汽车排放缺陷判定提供了一种高效方法.本论文选择典型车辆按标准要求进行多次RDE实验,研究车辆行驶特性与CO₂窗口正常性之间的关系,发现车辆在实际道路上的CO₂排放与车辆加速度分布高度相关.在RDE测试过程中,如果市区、市郊和高速阶段加速度分布规律分别与WLTC循环的低速、高速和超高速加速度分布规律一致时,则CO₂窗口正常性较高.因此,为进一步提高国Ⅵ标准对实际道路行驶车辆排放特性的考核效率,建议将当前国Ⅵ标准中RDE法规P₁、P₂、P₃参考点的系数降低.      

艾比湖湿地季节性冻融土壤温室气体排放规律研究

利用静态箱–气象色谱法对2015年11月—2016年3月艾比湖湿地季节性冻融期土壤温室气体进行观测. 结果表明:季节性冻融期裸地土壤CO₂表现为汇、芦苇和柽柳土壤CO₂表现为源;芦苇、柽柳和裸地土壤CH₄表现为汇,而N₂O表现为源;芦苇、柽柳和裸地土壤温室气体最低值均出现在冻结期（11月—次年2月）且为负通量;不同植被类型下土壤CO₂在融化期（3月末）出现排放峰值,而土壤CH₄和N₂O在冻融交替期(3月初)出现排放峰值;在整个观测期,芦苇和柽柳土壤CO₂、CH₄和N₂O排放峰值高于裸地;温度对季节性冻融期土壤CO₂和N₂O影响显著,均达到显著正相关（P<0.05）,土壤温度能解释芦苇、柽柳和裸地土壤CO₂通量的77%～88%; 土壤质量含水量对土壤CH₄和N₂O影响均达到显著正相关关系（P<0.05）,土壤质量含水量能解释芦苇、柽柳和裸地CH₄和N₂O通量的25%～46%和41%～69%. 表明在干旱区季节性冻融期,温度变化对不同植被类型下土壤CO₂影响较大,而在冻融交替期水分变化对CH₄和N₂O通量影响显著. 芦苇、柽柳和裸地土壤呼吸Q₁₀值分别为2.37,2.58和2.33,不同植被类型基于100 a尺度,土壤温室气体全球增温潜势由大到小依次为芦苇（569.67 kg·hm–2）、柽柳（152.09 kg·hm–2）、裸地（–861.50 kg·hm–2）.      

浮力与毛管力协同作用下层状咸水层中CO2运移机制

CO₂注入咸水层且压力恢复平衡之后,其运移受浮力与毛管力控制。结合随机统计地质建模和两相渗流数值模拟,探究浮力与毛管力协同作用下层状咸水层中CO₂羽流时空演化模式,阐明渗透率分布相关长度、非均质程度及边界条件的影响。结果表明：毛管力的非均质性会改变CO₂迁移路径和羽流形态,降低其波及范围,提高其孔隙内的滞留富集;相关长度增大将强化CO₂运移,水平相关长度增大可降低渗漏风险,纵向相关长度增大将提高渗漏量;非均质程度增大,在初期会减小CO₂波及体积,长时条件下孔隙内滞留高饱和度CO₂,渗漏位置数量增加;封闭边界可促使CO₂进入高毛细管入口压力孔隙,增加其波及体积,提高封存量。     

不同浓度CO2对马尾松幼苗光合特性及单萜烯释放的影响

【目的】研究CO₂浓度升高对马尾松(Pinus massoniana)幼苗光合特性和单萜烯释放的影响,以了解马尾松挥发性有机物(BVOCs)排放对气候变化的响应机制。【方法】利用开顶式气室(OTC),依据政府间气候变化专门委员会(IPCC)第5次评估报告,设置1 000、750、550 μmol/mol 3个CO₂熏气浓度梯度,并与未经CO₂熏气处理的OTCs中CO₂平均浓度(437 μmol/mol,CK)进行对比,研究了中国南方主要造林树种马尾松幼苗净光合速率、叶绿素含量、气孔导度及单萜烯释放的变化规律。【结果】经过60 d的浓度为750及1 000 μmol/mol CO₂熏气处理,马尾松幼苗的叶绿素总含量下降约 17.54%和29.82%;60 d高浓度CO₂处理的马尾松幼苗在环境大气中净光合速率及气孔导度显著低于对照组,且浓度为1 000 μmol/mol CO₂处理组最低;相较于对照组,CO₂浓度升高使马尾松幼苗的单萜烯释放速率下降,在60 d时达到显著水平。马尾松幼苗的单萜烯释放速率与叶片净光合速率及气孔导度呈显著正相关。【结论】高CO₂浓度条件下,马尾松幼苗叶片光合速率和气孔导度的下降可能是单萜烯释放速率降低的原因。     

低渗透油藏CO2非混相驱前缘移动规律研究

低渗透油藏CO₂非混相驱不同流体间相互作用复杂,前缘描述困难。为此,基于改进的CO₂驱相对渗透率模型,并考虑CO₂在原油中溶解及油相启动压力梯度的影响,推导出低渗透油藏CO₂驱分流量方程;引入渗流阻滞系数,对B-L方程进行修正,确立CO₂驱替前缘移动速度及饱和度剖面计算方法。通过与CO₂驱实验数据获取的含气饱和度剖面相对比,验证了计算方法的准确性。分析CO₂溶解作用、不同原油黏度及注入压力对CO₂驱前缘移动规律的影响,结果表明,考虑CO₂在原油中的溶解,前缘移动速度降低幅度超过50%;原油黏度越高,前缘移动速度越大;前缘移动速度随注入压力的增大而减小,并在最小混相压力处出现拐点。针对吉林、胜利与延长油田典型CO₂驱试验区,通过对比3者含气饱和度剖面分布,对3个区块CO₂驱的适应性进行了评价。     

基于碱法机理减少船舶CO2排放研究

提出了利用NaOH溶液吸收船舶CO₂的方法,分析了船舶CO₂回收机理,依据6135G128ZCa型船舶柴油机的特点,设计了船舶CO₂吸收系统,推导出船舶CO₂吸收效率数学模型.通过实例分析了NaOH溶液浓度变化、反应温度变化对船舶尾气中CO₂吸收效率的影响.验证了利用NaOH溶液吸收船舶尾气中的CO₂,能够有效降低船舶CO₂排放量20%以上,为未来船舶CO₂的减排技术奠定基础.      

CO2和N2惰化条件下合成气可燃下限实验研究

利用自主搭建的可燃极限实验系统,对含有CO₂和N₂的合成气可燃下限进行实验研究,并对Le Chatelier公式进行校核.结果表明,合成气可燃下限随含氢量的增加而降低,由于反应控制机理的影响效应,少量氢气的加入对混合物可燃下限具有显著影响;合成气可燃下限随N₂和CO₂比例的增加近似线性升高,而CO₂较强的热效应及化学效应使其对混合物可燃下限的影响更显著;由于Le Chatelier在推导过程中对化学反应作用的简化及忽视,使其对含氢量较低及惰化比例较高的合成气可燃下限的预测准确性较差,且计算结果不能区分不同惰性气体对合成气可燃下限的影响差异.     

CO2置换CH4水合物技术中主、客体分子间作用的DFT研究

天然气水合物是新型清洁能源,围绕CO₂置换CH₄水合物技术的研究对天然气水合物的资源开采和减少全球碳排放具有重要意义。其中,置换机理的解析是CO₂置换CH₄水合物技术的关键问题,对提升置换效率具有重要作用。为深入阐述置换机理的本质,采用量子力学（QM）方法对水合物中主、客体双分子聚体间的相互作用进行模拟。利用不同的密度泛函理论（DFT）方法对双分子聚体的结构及单点能进行计算分析,在对CO₂置换CH₄水合物过程的研究中,获得QM方法下进行几何结构优化和单点能计算的较优的计算参数。采用对称性匹配微扰理论（SAPT）进行能量分析,解析主、客体相互作用中各分子的贡献,并通过计算波函数信息分析约化密度梯度函数（RDG）、独立梯度模型（IGM）和静电势,定向研究主、客体分子间最主要的相互作用。研究结果表明CO₂置换CH₄水合物过程中主、客体分子间的作用主要由静电作用贡献,色散和诱导作用占比较小;在置换过程中,客体分子由CH₄转变为CO₂时色散作用影响减弱,静电作用影响加强。因此,静电作用是置换过程的关键,提高与H₂O的静电作用是提升置换效率的有效方法。所得结果为CO₂置换CH₄水合物技术的发展提供了理论指导。