《煤炭科学技术》“CCUS”研究领域 | 热文精选

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《煤炭科学技术》“CCUS”研究领域 | 热文精选

来源：煤炭科学技术

为协助读者了解CCUS（碳捕集、利用与封存技术）研究领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，编辑部整理了14篇《煤炭科学技术》2022年至今刊出的“CCUS”研究领域最受关注论文，以飨读者。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 60个
关键词; 80位
专家; 14篇
论文; 2276IP
点击量; 7410次
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煤基固废矿化封存CO₂技术研究进展

作者(Author)：朱磊, 古文哲, 宋天奇, 何志伟, 刘治成

摘要：“碳达峰、碳中和”目标是中国维护全球生态安全的大国责任担当，也是实现高质量发展和生态文明建设的重要途径，CO2减排势在必行。“相对富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以碳排放强度较高的煤炭为主，煤炭作为电力、钢铁、煤化工等高耗能行业的重要能源与原料，在“双碳”目标实现过程中占有重要地位，煤炭工业通过低碳转型实现碳达峰，既是煤炭工业高质量发展的内在要求，也是落实国家“双碳”战略目标的重要抓手。相对于传统天然矿化原料，煤基固废矿化封存CO2具有原料丰富、产物友好、能耗较低、反应迅速等优点，同时可以产出高附加值产物用于化工、建筑等领域，受到了广泛的关注。介绍了我国主要煤基固废煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、气化渣、炉底渣的特点，分析了我国主要CO2排放源及产生量；回顾了按照矿化封存位置不同的原位和非原位CO2矿化技术及按照矿化机理不同的直接碳酸化和间接碳酸化技术；综述了以煤基固废作为原料进行CO2矿化封存技术的研究进展，发现该技术反应条件苛刻，成本较高，处理规模小，研究尚停留在实验室阶段；简述了以煤基固废作为载体，利用采空区作为储源矿化封存CO2技术，主要包括构筑功能性充填体及制备负碳型充填材料2种技术；分析了煤基固废矿化封存CO2现存问题及未来研究方向。煤基固废为原料的CO2矿化技术，未来应优化工艺流程，降低反应成本，进一步加强工业化推广的研究；针对以煤基固废作为载体，利用采空区作为储源的CO2矿化封存技术，未来应加强对深度矿化机理、封存风险评价及长期稳定性的研究，提高CO2封存规模和长期稳定性。在此基础上，利用煤基固废制备浆体充填材料，以水为载体，以泵为动力，以管路为通道，将充填材料及CO2输送至采空区进行矿化反应，同时结合微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术，封闭岩体采动裂隙，实现CO2矿化封存。

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煤炭科学技术

2024年第02期

92

6
煤矿充填固碳理论基础与技术构想

作者(Author)：刘浪, 方治余, 王双明, 高过斌, 张波, 赵玉娇, 朱梦博, 刘志超, 王晶钰, 周静, 李艳, 王美, 张小艳, ZHOUSong, 贾奇锋

摘要：在国家“双碳”目标背景下，如何减少煤炭行业的碳排放、实现碳封存已成为亟待解决的难题。煤炭行业作为高碳化石能源生产者和主体碳排放源提供者，在生产和消费过程中引发的大宗固废堆存、大型采空区形成和大量CO2排放是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的瓶颈所在。为协同解决二氧化碳封存与矿山固废消纳问题，将大宗固废处置、固废高值化利用、CO2封存、采空区利用有机结合，提出了二氧化碳充填的理念，从碳汇能力评估角度界定了二氧化碳充填的3种类型。具体开展工作包括：① 分析了CO2充填料浆输运过程和矿化反应过程涉及到的基础理论，给出了各个过程的数学方程以及碳封存量计算公式，指出了温度、湿度等因素对矿化反应机理、碳封存量和充填体强度的影响规律。② 总结了现阶段CO2矿化的工艺方法、主要碱性工业固废的CO2封存能力和CO2矿化强化措施。在此基础上提出了基于直接湿法矿化和间接矿化的2种CO2充填材料制备工艺，满足矿井充填的流动性、凝固特性和强度要求。③ 针对CO2充填过程中的CO2物理封存问题，提出了窄条带式胶结充填和综采架后胶结充填2种技术路径，前者通过在弱充填条带中构筑多贯通孔隙的充填体CO2物理封存，后者借助充填支架和链式自行充填挡板在长壁工作面采空区中间断构筑充填带，控制顶板垮落，形成CO2物理化学封存空间。④ 为了评估CO2充填的碳平衡效果，依据全生命周期法界定了CO2充填中碳足迹及碳消纳的计算边界。然后，梳理了CO2充填过程中的碳足迹及碳消纳，分别考虑了CO2的来源、用量、损耗、转化等因素。给出了包括原料运输、充填料浆制备、井下注入与充填等过程中的碳足迹及碳消纳计算方法。研究成果有望降低CO2封存的能耗及成本，对煤炭绿色开采及其可持续开发利用具有深远的意义。

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煤炭科学技术

2024年第02期

126

23
基于内置光纤/导光管反应器的微藻固碳减排研究

作者(Author)：夏奡, 任柯欣, 张敬苗, 黄云, 朱贤青, 朱恂, 廖强

摘要：我国燃煤电厂每年排放CO2超过57亿 t，为保障双碳目标如期实现，必须大幅降低燃煤电厂的CO2排放。微藻固碳通过高效的光合作用吸收CO2转化为生物质，是极具潜力的燃煤电厂减碳技术，但目前微藻固碳性能严重受限于反应器内光传输。导光管可灵活调节反应器内光分布，而光纤可集中传输光线且光损耗低，因此提出光纤/导光管微藻光生物反应器，扩大藻液受光面积，增加藻细胞色素的光捕集，促进微藻光合固碳。利用光学仿真软件对光纤/导光管内传输的光线进行追踪，获得了光纤/导光管管壁的光强分布。在不同反应器、输入光能条件下进行微藻培养实验，获得了微藻生物量、固碳速率与叶绿素含量的变化趋势，分析了内置光纤/导光管对微藻固碳的影响规律。结果表明：平面末端的光纤射出光的光强在导光管侧30～140 mm内迅速下降，导光管发光范围集中。在导光管底部添加锥形反光件反射抵达管底的透射光、并设计阶梯型光纤使输入光由不同阶梯分级发出，可使微藻光生物反应器内光分布更加均匀，反应器内部远离光源区域的藻细胞可以有效接受光能进行光合固碳。当光能输入为3.3 W/L时，含两级阶梯结构光纤和锥形反光件的导光管管侧表面最低光强为47 μmol/（m2·s），平均光强达64 μmol/（m2·s），较无光纤仅顶部给光的导光管侧面平均光强提高了2.6倍。微藻在插入阶梯型光纤的光生物反应器（SF-PBR）培养7 d后生物量达到1.9 g/L，比在插入平面端光纤的光生物反应器（FF-PBR）中培养的生物量高46.2%，比仅顶部受光的光生物反应器（LG-PBR）中培养的生物量高111.1%。当提升光源输入至5.0 W/L，微藻培养7 d后的生物量高达2.8 g/L，培养期间保持高固碳速率（608.3 mg/（L·d）），比对照组LG-PBR的固碳速率提高1.9倍。

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煤炭科学技术

2024年第02期

45

1
二氧化碳用于地质资源开发及同步封存技术综述

作者(Author)：包一翔, 李井峰, 郭强, 蒋斌斌, 苏琛

摘要：以煤炭为主体的化石燃料目前占我国一次能源消费的80%以上，在“碳达峰、碳中和”目标下，二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是二氧化碳(CO2)规模化减排的关键技术。对比了世界各国CCS工程应用的进展，全球目前共有164个CCS项目(分布在28个国家)，正在运行的CCS项目有56个(分布在15个国家)，美国、中国和英国是CCS项目总数排名前三的国家，正在运行的CCS项目数前三的国家为美国、中国和加拿大。介绍了CO2用于石油、卤咸水、天然气、可燃冰等地质资源开发并同步实现不同程度地质封存的技术原理。CO2驱油技术比传统生产方法碳强度低，同时能够利用原油采空区实现CO2封存。深部卤咸水层的理论CO2封存容量可实现保持大气中CO2浓度约为450×10-6，卤咸水及其所含矿物元素均可转化为收益从而抵消一部分封存技术成本。采用CO2驱替甲烷等气体时，岩层特性、注入压力和温度等决定了生产效率，天然气储存地层的密封性有助于减少CO2在竖直方向的扩散和损失。探讨了CO2地质封存协同高浓盐水处置、CO2用于地下煤气化、CO2用于干热岩开发技术。CO2封存协同高浓盐水处置可实现二者同时减量，浓盐水中的高硬度可加快CO2的碳酸化过程。CO2用作气化剂，可调节合成气的组成，但气化过程较难控制，煤气化产生的地层空间可用于CO2封存。CO2用于干热岩开发可节省用水、减少管道结垢等，但CO2较高损失率或导致封存效果不够理想。最后，总结了CCS面临的成套装备开发缺乏、技术原理认识不足、技术成本高、法律法规不完善等问题并对其应用潜力进行了展望。

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煤炭科学技术

2022年第06期

280

4087
含钙镁煤基固废CO₂矿化封存及其产物性能研究进展

作者(Author)：高影, 涂亚楠, 王卫东, 李振, 齐永心, 张佳峰

摘要：随着化石碳资源的过度消耗，导致CO2等温室气体的大量排放，全球气候变化已经成为全人类面对的重大挑战之一，同时，煤炭资源开发利用过程中会产生大量的粉煤灰、脱硫石膏等含钙镁煤基固废。如何实现CO2高效捕集与封存是当下面临的极具挑战性课题，粉煤灰、煤气化灰渣等大宗重污染工业固废的大规模综合利用仍亟待突破。在“双碳”目标下，利用煤基固废矿化封存CO2是一项具有巨大潜力的高效应对全球变暖的策略，利用含钙镁煤基固废进行矿物碳酸化对于二氧化碳捕集与封存（CCS）以及固废的资源化处置都具有很大前景。然而，它的工业应用瓶颈依旧无法突破。综述了以典型煤基固废粉煤灰（FA）、脱硫石膏（FGDG）以及煤气化灰渣（CGS）为原料的CO2矿化技术的发展现状，旨在探讨其技术局限性的原因。首先，简要阐述了煤基固废CO2矿化的途径，揭示了煤基固废CO2矿化反应过程和原理。其次，重点讨论了典型煤基固废的矿化潜力和工艺，明晰CO2矿化过程中工艺参数对产物性能的调控机理。最后，总结了煤基固废CO2矿化产物的性能并且利用全生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）阐明矿化工艺的可行性及其对环境的影响。研究将对煤基固废CO2矿化的工艺技术提供优化建议，以期推动煤炭工业的低碳转型战略目标。

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煤炭科学技术

2024年第05期

82

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二氧化碳捕集及封存技术探索研究—以陕煤集团榆林化学公司为例

作者(Author)：肖江, 宋世杰, 刘兰兰, 白治学

摘要：践行减排降碳措施，落实“双碳”目标是煤化工企业走向高端化、多元化、低碳型发展的重要转型契机。陕煤集团榆林化学有限责任公司谋划400万t/a二氧化碳捕集、运输及封存（CCS）示范项目及开展40万t/a先导试验项目助力国家碳达峰、碳中和。在借鉴神华10万t CCS示范项目经验基础上，依据已建180万t/a乙二醇项目中产生的CO2，设计了高纯（98.94%）和低纯（77.78%）2种超临界CO2封存流程；结合对鄂尔多斯盆地东部三叠系、二叠系咸水层的认识，找寻了3套物性较好且CO2封存潜力巨大的地质咸水层（刘家沟组、石千峰组、石盒子组）；在深入CO2储存层盖层及存储容量评估分析，认为CO2在超过1 000 m的咸水层封存环境最佳；通过设计4口注入封存井并结合数值模拟方法对40万t/a CO2的封存运行机制进行研究分析得出理论可行；设计采用PNX测井、井下光纤传感及地表InSAR等监测方法搭建起CO2从井筒到储层再到储层扩散一体化的监测监控管理平台；从CCS当前经济技术成本、产业政策发展以及机遇挑战现状展望出煤化工开展CCS非常具有潜力。

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煤炭科学技术

2024年第05期

81

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三河尖关闭煤矿煤层CO₂封存潜力研究

作者(Author)：钱静, 易高峰, 周琦忠, 汤志刚, 彭一轩, 王阳, 陈尚斌

摘要：关闭煤矿煤层CO2地质封存是CO2封存的重要方式之一，也是短期内实现碳减排指标的有效手段之一。以江苏省徐州市三河尖关闭煤矿为例，分析了已采7号煤和9号煤的煤岩煤质特征，统计了剩余煤炭资源储量，运用模糊综合评价法，选取了稳定系数、上覆岩层性质、地质构造复杂程度、地下水指标、封存煤层压温比、封存煤层深厚比、封存煤层渗透率、采空塌陷程度和其他因素等9个主要影响因素指标对7号煤和9号煤封存CO2稳定性进行评价，建立关闭煤矿煤层CO2封存评价方法并评估CO2封存潜力。结果表明，三河尖关闭煤矿7号煤和9号煤剩余储量较大，CO2封存稳定性综合评价结果分别为86.209和87.698，评价等级均为较稳定，封存潜力较高。根据建立的关闭煤矿煤层CO2封存评价方法，计算获得三河尖关闭煤矿7号和9号煤层CO2理论封存量分别为207.6 Mt和80.9 Mt，并据此划分封存有利区为有利区、较有利区和不利区3个等级。研究可为关闭煤矿煤层CO2封存研究提供基础依据。

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煤炭科学技术

2024年第03期

80

0
燃煤烟气CO2吸附剂造粒成型技术研究进展

作者(Author)：于戈, 付瑞诚, 李敏, 赵瀛, 胡迎超

摘要：燃煤烟气排放的碳源被认为是全球CO2浓度快速上升的主要因素之一，为应对以CO2为主的温室气体大量排放所带来的气候环境问题，世界各国纷纷将低碳发展上升为国家战略。高温CO2捕集技术一直是碳减排领域的研究重点，CaO基和Li4SiO4基固体吸附剂是目前2种最常见也是最具应用前景的高温CO2吸附剂，吸附剂粉末造粒成型是其工业循环流化使用的必要前提。对CaO基和Li4SiO4基吸附剂的造粒成型技术进行了分析综述，主要通过造粒成型方式对CaO基和Li4SiO4基吸附剂进行分类总结和讨论，并对吸附剂颗粒化学吸附性能和机械强度方面的差异进行了分析。通过综述总结认为：机械成型法制备的CaO吸附剂颗粒通常具备更高的机械强度，但机械成型过程通常会对吸附剂原本的结构有一定的破坏，会造成吸附剂微观结构的密实化，从而影响CO2的化学吸附性能，而注模成型法制备的吸附剂颗粒其化学吸附性能较好，但由于没有机械力挤压的过程，其机械强度有待增强。针对Li4SiO4基高温吸附剂，由于可以避免直接成型过程造成的吸附剂颗粒破碎，间接成型法展现出了更大的造粒成型优势和应用前景。还对CaO基和Li4SiO4基吸附剂造粒成型的未来研究思路进行了探讨，以期对高温CO2固体吸附剂的发展和工业化应用提供助力。

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煤炭科学技术

2022年第06期

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