《煤田地质与勘探》“碳封存与碳减排”｜TOP10

来源：煤田地质与勘探

煤矿区碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分，开展煤矿区碳排放量系统评价和减排路径的综合分析、做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现碳达峰碳中和国家“双碳”目标的重要途径，也是落实我国“双碳”愿景的具体行动。近几年，相关技术专家及其团队开展系列

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行业视野: 煤田地质与勘探
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关键词; 42位
专家; 10篇
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论煤地质学与碳中和

作者(Author)：桑树勋, 王冉, 周效志, 黄华州, 刘世奇, 韩思杰

摘要：煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分，做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径，碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域，分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景，探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向。取得以下认识：推进清洁煤地质研究、服务煤的高效洁净化燃烧，勘探开发煤系天然气低碳燃料、优化一次能源结构和化石能源结构，开展煤化工资源勘查与开发地质保障研究、推动煤炭的低碳能源转化和新型煤化工产业发展，深化瓦斯地质研究、提高煤矿瓦斯(井下)抽采率、控制煤矿瓦斯的大气排放和泄漏，研究煤层甲烷天然逸散和煤层自燃排放、控制煤层露头的天然排放，发展煤层CO2地质封存与煤层气强化开发(CO2-ECBM)技术、推动碳捕获、利用与封存(CCUS)技术发展及其在火力电厂烟气碳减排中的商业化应用，研究煤炭勘查企业的碳足迹、实现企业净零排放，是与煤地质学紧密相关的碳减排技术路径；其中煤层甲烷与煤系气高效勘探开发、深部煤层CO2-ECBM、煤层露头气体逸散与自燃发火控制、洁净煤地质与煤炭精细勘查是碳中和背景下煤地质学优先发展的重要领域。

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煤田地质与勘探

2021年第01期

601

229
中国煤炭甲烷管控与减排潜力

作者(Author)：桑树勋, 刘世奇, 韩思杰, 郑司建, 刘统, 周效志, 王冉, 王猛

摘要：甲烷是最主要的非二氧化碳温室气体,受到越来越多的重视。煤炭甲烷是我国最主要的甲烷排放源类型,我国也是世界煤炭甲烷排放量最大的国家,煤炭甲烷的有效排放管控与高效开发利用兼具温室气体减排、能源气体开发利用和灾害气体防治三重意义。基于系统调研和研究工作积累,概述了煤炭甲烷排放管控背景,总结了全球与代表性国家煤炭甲烷排放及其管控现状,阐释了我国煤炭甲烷开发利用与排放管控历程及发展趋势,讨论和前瞻了我国煤炭甲烷减排路径与减排潜力。已有研究工作表明:我国煤炭甲烷排放主要来自煤炭地下开采风排瓦斯,且较长时期内仍是我国煤炭甲烷的主要来源;随着我国关闭矿井增多,由此产生的关闭矿井甲烷排放量呈增长趋势,是我国煤炭甲烷不容忽视的来源。随着碳中和目标的提出,温室气体减排的政策导向逐渐成为我国煤炭甲烷排放管控的重点,明确了煤炭甲烷减排方向。我国煤炭甲烷排放管控形成了以煤层气勘探开发利用、煤矿瓦斯抽采利用、关闭/废弃矿井瓦斯抽采利用、乏风瓦斯利用等全浓度利用,煤炭采前、采中和采后全周期利用为特征的关键技术路径。我国煤炭甲烷排放管控面临巨大压力和严峻挑战,诸多政策、机制、技术问题亟待破解。突破复杂地质条件适配性煤层气高效勘探开发技术体系,精准化、数字化、智能化、低碳化煤矿瓦斯高效抽采技术体系,关闭/废弃矿井煤炭甲烷减排管控与利用技术体系,全浓度瓦斯综合利用技术体系等是主要发展方向。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

153

100
CO2 地质封存与利用示范工程进展及典型案例分析

作者(Author)：刘世奇, 皇凡生, 杜瑞斌, 陈世恒, 管奕婷, 刘英海, 汪涛

摘要：CO2地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO2减排效果，推行CO2地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO2地质封存与利用方式，统计了全球范围内的CO2地质封存与利用示范工程，重点介绍了我国典型CO2地质封存与利用示范工程案例，并对CO2地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前，CO2地质封存与利用方式主要包括CO2驱油封存、CO2驱替煤层气封存、CO2咸水层封存、CO2枯竭油气藏封存、CO2驱替页岩气封存、CO2深部咸水层封存与采水、CO2封存与增强型地热发电、CO2封存与铀矿地浸开采等；国内外在CO2驱油封存、CO2咸水层封存以及CO2封存与铀矿地浸开采方面已形成了配套完整的技术体系，实现了广泛商业化应用，而在其他CO2地质封存与利用方面尚处于现场试验与工程探索阶段；我国现已开展了23个CO2地质封存与利用项目，含12个CO2驱油封存项目、2个CO2咸水层封存项目、7个CO2驱煤层气项目以及2个CO2+O2地浸采铀项目。我国的CO2地质封存与利用技术起步较晚，与欧美发达国家相比仍具有较大差距，未来亟待加快百万吨/年以上规模的CO2地质封存与利用全流程技术与集群部署的工程示范，强化CO2地质封存与利用集群化规模部署技术科学基础研究，重点解决工程化CO2地质封存与利用全流程技术关键环节瓶颈。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

164

119
煤矿区碳排放的确认和低碳绿色发展途径研究

作者(Author)：王猛, 马如英, 代旭光, 单雅迪

摘要：开展煤矿区碳排放的系统评价和减排路径的综合分析，是落实我国碳达峰与碳中和愿景的具体行动。针对煤矿区碳排放源边界不清、核算模型缺乏及碳中和背景下发展方向等问题开展分析。通过文献查阅、资料收集等方法，厘清煤矿区碳排放源边界，并建立碳排放量核算模型，明确煤矿区低碳绿色发展方向。结果表明：煤矿区碳排放(CH4和CO2)来源可划分为自然排放和人为排放两大类，并细分为5种类型，针对不同碳排放源提出相应的数学模型；同时煤矿区要加大节能和低碳技术的投入，提高综合资源的利用程度和瓦斯的监测力度，加强绿色矿山修复和建设，积极参与碳市场和碳排放权交易及培育适应市场的管理模式等一系列措施，逐步实现低碳、绿色产业体系；此外，煤矿相关单位应高瞻远瞩，深入分析并发挥政府的低碳环保政策的作用，与相关高校加强合作，在我国碳减排目标下，大力推动煤制氢技术的发展，突破CO2-ECBM和CCUS关键技术中的运输、封存选址、安全稳定性评价、成本降低等瓶颈问题，以期在双碳背景下碳减排过程中实现经济、环保双重效益。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

603

175
煤层CO2 地质封存的微观机理研究

作者(Author)：姚艳斌, 孙晓晓, 万磊

摘要：煤层CO2地质封存可实现CO2减排和增产煤层气双重目标，是一种极具发展前景的碳封存技术。相对于其他封存地质体而言，煤的微孔极其发育，煤层CO2封存机制与煤中气、水微观作用关系密切，其内在影响机理尚不清楚。以2个烟煤样品的系统煤岩学分析测试为基础，构建了煤的大分子结构及板状孔隙空间模型，进一步采用分子动力学方法模拟了不同温、压条件下、不同煤基质类型表面的CO2和水的润湿行为，揭示煤层CO2注入后引起的水润湿性变化规律，初步阐明煤层CO2封存的可注性、封存潜力、封存有效性等影响因素及微观作用机理。结果表明：(1) 影响煤润湿性的主要因素是煤中极性含氧官能团，其含量越高煤的润湿性越强；(2) 煤中注入CO2后，CO2通过溶解作用穿透水分子层与水分子发生竞争吸附，从而减小水在煤表面润湿性；(3) 随注入压力增大和温度降低，煤表面CO2吸附量增多，对氢键破坏作用增强，润湿性减弱越明显；(4) 亲水性煤层CO2的可注性及封存潜力均相对较差，然而其封存安全性相对较好；(5) 影响煤层CO2封存潜力主要是吸附封存和毛管封存，而影响封存有效性、安全性的主要是毛管封存和构造封存；(6)煤中CO2封存以吸附封存为主，需同时考虑含水条件下毛管封存；相对于低煤阶煤，高阶煤封存潜力较高，但封存注入时需要克服“水锁”效应。进一步开展原位条件下深部煤层中气水作用与CO2地质封存机理研究，这对于CO2-ECBM技术发展具有重要意义。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

273

168
CO2强化煤层气产出与其同步封存实验研究

作者(Author)：苏现波, 黄津, 王乾, 于世耀

摘要：长期以来针对CO2-ECBM已做了大量研究工作,然而有限的工业试验没能达到预期目的,使得这一煤层气强化技术推广应用欠缺。近些年随着各国碳中和路线的制定,CO2封存逐渐受到重视,煤储层可否作为CO2的封存空间、可否实现CO2驱替CH4和封存同步进行,又重新回归人们的视野。为此,以新疆准南区块目标煤层样为研究对象,采用不同CO2与CH4混合比例气体进行煤的吸附/解吸实验,探索混合气体比例对CO2-ECBM和CO2吸附封存潜力的影响。结果表明,随着混合气体CO2比例减少,CH4驱替效果降低,其中40%CH4+60%CO2混合气体的CO2残余量最多,在解吸至0.7 MPa时已有83.05%的CH4产出,而83.62%的CO2吸附残余在煤中,表明其CO2吸附封存潜力最佳。根据道尔顿分压分体积理论和Langmuir方程,对降压解吸阶段各混合气体解吸量与解吸率进行理论计算,结果显示,随混合气体CO2含量减少,煤中CO2的残余率、残余量以及CH4最终解吸率均降低。理论计算与实验中CH4解吸率和CO2残余量随混合气体组成变化趋势基本一致,表明混合气体中CO2占比越高,越有利于最大限度地提升CH4采收率以及煤储层CO2吸附封存潜力。研究认识为CO2-ECBM和煤储层CO2封存现场应用提供理论依据,为这一技术的推广应用提供实验支撑。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

142

115
超临界CO2参与下煤储层原位微生物甲烷化物理模拟研究

作者(Author)：苏现波, 汪露飞, 赵伟仲, 夏大平, 周艺璇, 王乾

摘要：超临界CO2能够破坏煤分子结构，提高生物甲烷的产量。为研究微生物在超临界CO2参与的煤储层原位条件下的产气潜力，以新疆地区某煤层气区块目标煤层的初始储层压力、温度和气体组分作为原位储层条件，通过自主设计的煤储层原位厌氧发酵装置，模拟煤储层原位储层条件下的厌氧发酵过程，并对生物气产量、煤的官能团结构和微生物群落结构进行了分析。研究结果表明，在超临界CO2参与的煤储层原位条件下，生物甲烷产量达到了32.9 mL/g,CO2的生物转化率为17.4%。FTIR光谱表明，原位条件下微生物对苯酚、醇、醚、酯中含氧基团的降解能力要强于常规条件下的厌氧发酵。超临界CO2参与下的储层原位厌氧发酵系统中，多种产甲烷代谢途径的产甲烷菌（氢营养型、乙酸营养型和甲基营养型）逐渐向单一的氢营养型产甲烷菌演化。高压环境下，细菌群落中芽孢杆菌Solibacillus silvestris成为水解产酸发酵阶段的优势菌。该研究为煤层气生物工程的现场实施和碳减排提供了实验基础。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

162

95
CO2注气压力对瓦斯扩散系数影响规律实验研究

作者(Author)：周西华, 韩明旭, 白刚, 兰安畅, 付志豪

摘要：煤层CH4解吸效率低、扩散慢的特点严重制约着煤层瓦斯抽采的效率，为解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题，选取晋城赵庄煤矿煤样，研究不同注气压力对驱替CH4过程的影响以及驱替过程中CH4扩散系数的变化规律，利用自主研发的CO2驱替CH4试验平台，在0.6、0.8、1.0 MPa等不同注气压力条件下分别进行CO2驱替CH4实验。结果表明：驱替压力越大，达到最大CH4排放量的时间越短，CO2突破时间越快，置换效率越大，驱替效果越好；CH4气体驱替过程分为3个阶段，先急剧增加再缓慢增加最后保持平稳；在同一注气压力下，瓦斯扩散系数随时间呈先增大后减小的变化规律，注气压力为0.6、0.8、1.0 MPa时，瓦斯扩散系数的最大值分别为2.27×10–5、3.36×10–5、4.62×10–5 cm2/s。从实验结果可知，不同注气压力下，CO2对CH4主要起到驱替作用、置换吸附–解吸作用及稀释驱替作用；每个阶段的CH4气体运移情况不同，根据实验阶段合理调整注气流量、压力等参数，使注驱技术搭配更高效。研究结果对CO2深埋与瓦斯(煤层气)高效抽采具有理论指导意义。

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煤田地质与勘探

2021年第01期

405

120