德国深部煤层二氧化碳的封存

1原理 二氧化碳和甲烷的不同吸附特征可以用于封存二氧化碳并且提高不可开采煤层中甲烷气体回采率。在5-8个大气压力下,一吨煤能吸收二氧化碳气体30-35立方米。使用适当的压力,每摩尔甲烷可以置换二氧化碳气体1．5到5或6摩尔。利用上述提到的文献资料计算出二氧化碳的封存量。     

温室气体排放对全球变暖的相对贡献

在过去几年,许多研究者注意到大量的痕量气体的浓度增加对气候的联合效应可能赶上甚至超过浓度日益增加的二氧化碳的效应。这些痕量气体主要是甲烷、一氧化二氮和含氯氟烃类,在浓度上比二氧化碳低2～6个数量级,然而它们每个分子吸收红外辐射的能力比二氧化碳强得多。实际上,一项最新研究表明,痕量气体是1980—1990年辐射作用项增加43％的主要原因。需要一个比较各种“温室”气体排放对全球变暖相对贡献的指数,以便确定限制这种变暖的有效对策。在特殊时期内,对附加温室作用项贡献的估计完全没有考虑重要的温室气体在大气中驻留时间上的差异。这里,我们通过提出甲烷、一氧化碳、一氧化二氮和含氯氟烃类相对于二氧化碳的全球变暖潜力指数,将目前的工作扩展到卤化碳的领域。例如,我们发现每摩尔甲烷的全球变暖潜力为二氧化碳的3.7倍。据此,与80年代辐射作用增加57％相对应,现在的温室气体排放引起的全球变暖的80％是二氧化碳的排放造成的。     

煤与瓦斯突出物理模拟试验中甲烷相似气体的探索

当前煤与瓦斯突出物理模拟试验多采用二氧化碳代替甲烷,导致试验结果偏差较大。为了保证模拟试验相似性并规避甲烷气体带来的安全风险,提出了甲烷相似气体的概念。基于瓦斯在突出过程中的作用机制和相似准则,结合煤与瓦斯突出防治规定,建立了以瓦斯含量、瓦斯放散初速度、初始瓦斯膨胀能和含瓦斯煤力学性质为参数的相似指标。初步采用二氧化碳体积分数为20%、40%、60%、80%的二氧化碳和氮气二元混合气体作为甲烷相似气体的筛选气体。按照相关规范,分别测定了甲烷和筛选气体的相似指标参数值,确定了与瓦斯含量、瓦斯放散初速度、初始瓦斯膨胀能和含瓦斯煤力学性质接近的混合气体组分分别是二氧化碳体积分数为60%、35%、45%和54%。相关性分析结果表明,上述4种配比气体与甲烷性质相关性高,可以作为相似气体的待定气体。采用待定气体和甲烷进行了模拟试验,结果表明,二氧化碳体积分数为45%的混合气体的突出现象和突出临界值与甲烷接近,与甲烷相似性高。     

中国地质源温室气体释放近十年研究概述

地质源温室气体是指固体地球通过各种地质作用向大气圈释放的温室气体,是固体地球与大气之间物质交换(地气交换)的重要形式,主要包括火山喷发和地热活动、断裂带构造运动、油气渗漏、天然气水合物分解、煤自燃、碳酸盐岩风化等多种地质作用过程所释放的二氧化碳、甲烷等气体.实际上,地气交换是重要的地质作用,是地球各圈层物质循环和能量交换的基本载体和重要动力学机制.全球气候变化和温室效应是人类面临的巨大挑战,地质源温室气体的类型与来源、释放机理与过程、释放通量与大气温室效应等的调查和研究已成为当今地球系统科学的研究热点和发展方向之一,对于应对全球变化和温室效应具有重要的科学意义.中国科学家积极参与和适时开展地质源温室气体调查研究,对中国大陆部分火山和地热区、地震断裂带、含油气区和泥火山等释放的温室气体进行了初步观测与调查,在地质源温室气体的地球化学组成、释放通量等方面取得了一些成果,这些工作为进一步的深入研究奠定了良好基础.     

三峡水库香溪河支流水域温室气体排放通量观测

开展对香溪河支流水体的温室气体排放观测,有助于增加对三峡水库支流温室气体排放情况的了解以及水华对温室气体排放的影响.研究采用静态箱-气相色谱法,于2009年10月至2010年10月先后11次开展对香溪河支流水体3种温室气体(二氧化碳、甲烷、氧化亚氮)排放强度的观测,结果表明:观测期间香溪河支流的二氧化碳平均排放通量约为76.52 mg/(m2·h),排放强度与水体中叶绿素a浓度呈显著负相关,支流水华期间,二氧化碳排放通量小于0,表现为对大气中二氧化碳的吸收;支流甲烷平均排放通量约为0.244 9 mg/(m2·h);氧化亚氮平均排放水平约为0.011 7 mg/(m2·h).通过将甲烷平均排放水平与三峡水库其它区域开展的研究结果进行对比表明:三峡水库的甲烷排放水平很低,明显不同于已有基于国外水库平均排放水平对三峡水库全区甲烷排放的估算结果.     

中国东北泥炭发育地区人工水库的CO2调控作用

近十年来,人工水库是否是温室气体重要来源在国际学术界存在很大争议.本研究为调查中国东北地区两座人工水库水体中溶解二氧化碳分压的分布状况,于2010年7月对丰满水库和镜泊湖水库水体二氧化碳分压(p(CO2))进行了走航观测.结果表明,丰满水库、镜泊湖水库表层二氧化碳分压均较低,分别为8～17 Pa和2～19Pa.在对这两...     

气体水合物的基本特征,形成条件及成因初探

气体水合物为冰雪状笼形包合物,由甲烷（乙烷,二氧化碳等）和水在低温高压下形成。主要有两种结构（结构Ｉ型和结构Ⅱ型）两种成因类型（生物成因和热解成因）。分布于极地永冻层和海底沉积层中,海底温度和压力,地热梯度,气体成分,同生水盐度等控制着水合物稳定带基底的深度和厚度,原地细菌生成模式和流体孔隙扩散模式是两种主要的成因模式。     

碳的地下封存

引言 减少温室气体排放量的需要 随着地球大气层中二氧化碳和其他温室气体浓度的不断上升,自然温室效应不断增强,这将导致全球气候变化。这些气候变化的特征、程度和时限是不可确定的,但一种主要的气候变化是可预测的,即全球平均气温上升。图1中的观测结果表明,由于外在因素的影响,例如火山尘和太阳辐射输出,全球平均气温逐渐增加且很有可能已超出气候自然变化的范围。     

马鞍坪温泉气体成因地球化学研究

从赣中马鞍坪地区采集了 11个水样分析了温泉及冷泉的氢、氧同位素组成 ,得出温泉水起源于大气降水补给。在此基础上 ,对 4个温泉采集了气样 ,测定了气体组成的含量和氦同位素组成 ,以及二氧化碳的碳同位素 ,结果表明 :马鞍坪地区地热气体为二氧化碳型 ,温泉气的二氧化碳含量很高 ,占总体积的 97%以上 ,二氧化碳气体的δ1 3C值变化于 -4 18‰～ -7 0‰ ,平均为 -5 .63‰ ,为变质无机成因和幔源无机成因的混合物 ;其3He/4He比值变化于 (1.72± 0 .15 )×10 7～ (2 .5 5± 0 .19)× 10 - 7之间 ,R/Ra值均小于 1,属壳源成因     

污水处理中温室气体的排放与控制

污水处理过程中产生的温室气体不可避免地排放到大气中去,使污水处理工程成为一个连续的温室气体发生器。通过对污水处理过程中温室气体的产生过程进行研究,计算总结了污水处理厂温室气体的理论排放量,并根据目前研究状况提出了适用于污水处理领域温室气体减排的控制技术。     

致密岩石介质中气体滑脱效应的研究进展

致密岩石介质中的气体渗流有别于液体渗流,其中滑脱效应是影响致密岩石介质中气体渗流规律的一个重要因素。通过分析国内外学者在气体滑脱效应方面的研究进展,总结了滑脱效应的产生机理和产生条件,认为气体分子在孔壁附近的运动状态是产生滑脱效应的根本原因。同时围绕孔隙气体压力、围压、含水饱和度、气体性质等因素对气体滑脱效应的影响及实质进行综合分析。分析结果对研究低渗透多孔介质中气体渗流规律和测定低渗气田开发中气体渗透率参数等方面具有较大的参考意义。      

水库水气界面温室气体通量监测方法综述

水库水体中的有机碳,经过水中微生物代谢分解,生成甲烷、二氧化碳等温室气体,通过扩散、气泡等方式,经由水气界面排向大气.目前国外对水库水气界面的温室气体通量监测已经发展了静态箱法、梯度法、倒置漏斗法、TDLAS法以及涡度相关法等.综述了以上监测方法的原理、应用、优缺点及适用范围,从水体、陆地和气候环境方面分析了影响水气界...     

地热气体研究进展

地热气体是地球内部物质和能量的信息载体，是地热研究的重要对象。地热气体主要包括CO2、H2S、H2、CH4、N2、O2等常量气体和He、Ne、Ar、Kr等稀有气体。这些组分的来源有幔源、壳源和大气源。经过100多年的研究，人类对地热气体的化学成分与同位素组成特征，如2H、13C、34S、3He、 4He、20Ne、39Ar、40Ar、85Kr、81Kr等，获得了基本认识并应用于不同来源气体混合关系，控热构造，热储温度，流体循环，热源构成等问题的研究。此外，气体研究也在地热开发过程中的腐蚀结垢防治和减碳贡献评估等方面有重要意义。近年来，我国在地热气体研究方面取得了显著进展。未来需要统一样品采集、贮存和测试方法，建立相应的技术标准，进而建成归一化标准的地热气体大数据。在碳达峰、碳中和的“双碳”目标的重大需求牵引下，进一步探索地热气体定年、伴生资源成因、控热构造识别等方面的发展，进而为应对气候变化和实现地热能科学可持续开采奠定基础。     

赣南地热气体起源的同位素与地球化学证据

对取自赣南地区10个温泉的地热气体进行了气体化学成分及氦、碳、氖同位素组成的分析。该区地热气体可分为CO₂型和N₂型两种类型。CO₂型地热气体分布在赣南东南部地区,主要成分是CO₂,占总体积96.47%以上,二氧化碳气体的δ¹³C值为 -5.50‰～-3.49‰（PDB）,平均为 -4.66‰,为幔源无机成因,其氦同位素组成为1.36～2.27 R_a,具有明显的幔源成因特征,最高约有28.2%的氦源于地幔,其N₂-Ar-He关系研究表明,该型地热气体中的氮源于地幔-地壳-大气混合成因。研究揭示该区CO₂型地热气体属幔源无机成因气,是地幔脱气作用的产物。N₂型地热气体分布在赣南西部地区,N₂含量占91.04%以上,其中二氧化碳气体的δ¹³C值为 -23.7‰～-12.6‰,平均为 -17.82‰,为壳源有机成因,其氦同位素组成为0.06～0.13 R_a,具有明显的壳源放射性成因特征,³He/⁴He 与 ⁴He/²⁰Ne关系和He-Ar-N₂关系研究表明,N₂型温泉气主要来源于大气,并有壳源气体的贡献。     

地球内部流体研究的若干关键问题

流体在地球演化历程中扮演着十分重要的角色，地球流体控制着地球系统的质量和能量的再分配。对流体地质作用的研究涉及地球的各个圈层，各具特征，又相互联系、制约，构成了一个完整的地球流体学科研究体系。对地质流体的研究，最引人注目的一个重要领域莫过于对地球气体的研究。“固体”地球含有丰富的气体。近年来，对各类地球气体进行了大量的研究，涉及众多的研究领域，包括：大气和水圈的成因和演化、地球内部状态及动力学过程、地震机理和预报、火山喷气作用、油气和其它矿产资源勘探及全球环境演变等。本文所涉及的主要研究成果包括：（１）稀有气体同位素地球化学研究；（２）岩浆活动与火山活动的气体地球化学研究；（３）现代构造活动与地震的气体地球化学研究；（４）幔源岩包体及玄武岩的气体地球化学研究。     

祁连山冻土区含天然气水合物层段岩心热模拟实验研究

以热模拟实验为手段,对祁连山冻土区DK-2和DK-3孔含天然气水合物层段岩心(泥岩、油页岩和煤)热模拟烃类气体的组分、碳同位素组成与天然气水合物进行对比,以探寻这些气源岩与天然气水合物气源之间的可能联系。实验结果显示：低温(300 ℃以下)条件下,产生的气体以非烃CO₂为主,烃类气体含量少,且泥岩产生烃类气体量<油页岩产生烃类气体量<煤产生烃类气体量,表现出不同岩石吸附气体的差异性特征;随着热模拟温度增加,产生的烃类气体量明显增加,至500 ℃时达到最高,相反CO₂产气量变化不大;随热模拟温度增加,泥岩、油页岩、煤所产生烃类气体的碳同位素值呈现先变轻后变重的演化趋势和δ¹³C₁ ＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃的正碳同位素序列特征;泥岩在350~400 ℃条件下或油页岩在380~400 ℃条件下所产生的烃类气体在组成和同位素特征上与天然气水合物中烃类气体较为相似,推测天然气水合物气源与深部泥岩或油页岩具有地球化学成生联系,相反煤产生的烃类气体虽然在组成上与天然气水合物中烃类气体较为相近,但两者同位素值相差较远,推测煤与天然气水合物气源关系不大。     

电弧光谱分析中蹦跳现象的初步探讨

电弧光谱分析高含量铁矿石产生蹦跳比较严重。最主要的是氧化铁在高温下与炽热的碳电极之间发生了氧化还原反应产生的二氧化碳气体,这些气体无法排除,随着燃弧继续增多,就会把熔球冲掉,从而产生蹦跳现象。针对容易产生蹦跳现象的试样在分析时应采取的预防措施和手段,最简易可行的方法就是用锯口电极,可防止蹦跳现象的产生。     

包气带可压缩气体流动数学模型研究

以多孔介质流体动力学理论为基础,充分考虑了气体密度随压力变化气体的特点,建立了包气带气体运移数值模型。该模型适用范围更广。模型中考虑了填埋场中介质含水量变化对氧化运移的影响。通过与先前气体流动数学模型的模拟对比分析了考虑气体完全右压缩和近似可压缩条件下的差别。从而可以填埋场释放气体、土壤油污染气脱去除的环境影响预测和评价及控制系统的设计、管理提供更为合理的依据。     

高压气体诱发煤岩动力破坏的实验研究

为了研究高压气体对煤岩材料变形破坏的作用,自主设计并制造了含高压气体煤岩实验装置,通过测量气体泄压作用诱发的煤岩动力破坏现象,研究了高压气体对煤岩材料变形破坏的作用。实验表明,当气体泄压速率小时,煤岩仅会出现轻微变形;当气体泄压速率大时,煤岩会产生破裂和破碎现象。同时发现煤岩的破坏程度不仅取决于气体的泄压速率,还取决于孔隙气体的压强。当气体泄压速率和气体压强都达到一定临界值时,煤岩才会发生剧烈破碎。通过气体压强与应变之间的关系,确定了煤岩发生破裂和破碎的临界气体压强。      

基于全生命周期的褐煤制气与发电温室气体排放对比研究

我国褐煤资源较为丰富,主要分布于内蒙古东部、云南省和黑龙江省。褐煤主要的传统利用方式是直接燃烧发电,但其存在能效低、污染重等问题。除发电外,褐煤新型利用方式逐渐成熟,制取天然气以及提质后发电就是其中的代表。本文基于全生命周期评价法,计算了褐煤制取天然气与褐煤提质后发电在终端利用能效相同的情况下,产生1 GJ有效能量的温室气体排放量,分别为158.173/e kg/GJ、480.68/e kg/GJ(e为能源终端使用能效)。显然,从温室气体排放角度,褐煤制取天然气优于提质褐煤发电技术。