《煤炭学报》（2021—2024年） “碳中和科学与工程”相关论文

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《煤炭学报》（2021—2024年） “碳中和科学与工程”相关论文

来源：煤炭学报

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行业视野: 碳中和
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煤中超临界CO₂解吸滞后机理及其对地质封存启示

作者(Author)：刘操, 闫江伟, 赵春辉, 钟福平, 贾天让, 刘小磊, 张航

摘要：将CO2注入不可采煤层地质封存既是降低温室气体效应最理想选择之一，也是煤炭工业降低CO2排放、实现低碳化可持续发展的必由之路，然而，煤层CO2地质封存悬而未决的关键问题是：“注入煤层中的CO2到底能否长期停留而安全封存?”。鉴于此，在弄清煤体CO2解吸滞后规律的基础上，揭示超临界CO2解吸滞后机理，建立煤层CO2地质封存量化模型，探讨利用解吸滞后实现煤层CO2长期安全封存。研究表明：煤中超临界态CO2解吸滞后程度大于亚临界态CO2，在超临界阶段，吸附与解吸等温线形成近似“平行线”的稳定滞后特征；解吸滞后的本质原因是煤中微纳米级亲水性孔隙形成弯液面、产生强大毛细压力、渗吸液态水、截断并固定超临界CO2流体、最终形成了CO2残余封存，例如，煤中直径40～10 nm圆柱形无机孔隙可产生7.30～29.12 MPa毛细压力，足以封堵超临界态CO2；以九里山煤样解吸等温线数据为例，采用基于煤层CO2解吸滞后的地质封存量化模型，评估出900～1 500 m深部二1煤层封存总量稳定在35～37 m3/t，其中，吸附封存约占80%，残余封存约占15%，而结构封存仅占5%；解吸滞后启示应尽可能采取措施提高煤层残余封存CO2比例，原因是毛细堵塞的残余封存CO2较围岩密封的游离和吸附CO2更安全且没有泄露风险，煤层灰分、水分、孔隙尺寸和形貌等物性参数是影响残余封存效率的主要因素。

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煤炭学报

2024年第07期

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我国煤矿固、液、气“三废”地质封存研究现状与生态环境协同发展的关系

作者(Author)：赵康, 伍俊, 马超, 朱开成, 聂晶磊, 胡华龙

摘要：我国是世界上受煤矿“三废”(固、液、气)环境污染非常严重的国家，在“三废”利用处理上开展了大量深入的研究和实践，但依然存在标准规范不完善、处理规模小和技术不健全等诸多问题。为了解决我国煤矿大规模“三废”低成本地质封存与生态环境协同发展问题，在国外关于地质封存定义的基础上，对我国地质封存的内涵进行了扩展；分析了“三废”地质封存研究进展和现状；梳理了国内外“三废”地质封存相关文献和专利发表情况；提出了我国开展“三废”地质封存面临的问题和进一步发展的建议；指出了我国“三废”地质封存面临的主要问题是环境领域的标准规范不健全，尤其是废液深井灌注方面的标准广泛缺失。通过系统研究表明：国内研究机构对“三废”地质封存领域的研究日益重视，研究成果在国际上占比较高；我国煤矿“三废”地质封存及生态环境协同发展意识和体系正在形成，但针对大规模“三废”地质封存、煤矿开采全周期“三废”地质封存循环系统、CO2捕集利用封存(CCUS)技术与生态环境之间的协同发展关系方面的研究成果支撑不足，严重制约地质封存的理念、技术和工程的大规模实施应用。我国应尽快加强煤矿“三废”地质封存技术与生态环境协同发展方面的科技研发，通过建立完善标准规范、加大技术研发和加强环境监管等措施，推动我国煤矿绿色和可持续发展，助力我国“双碳”目标尽早实现。

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煤炭学报

2024年第06期

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北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO₂地质封存储盖优选及潜力评估

作者(Author)：熊鹏飞, 方小宇, 乐文喜, 陆江, 王思洋, 杨浦, 王凯, 郭俊阳

摘要：CO2地质封存被认为是实现碳中和目标的兜底技术，近海沉积盆地远离人类活动区，在实施CO2地质封存方面相比于陆上沉积盆地更具优势。为查明广东省近海北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO2封存潜力，基于盖层埋深、单层泥岩最大厚度、泥地比、断层密度和储层孔隙度、地层厚度、砂地比、渗透率等8个指标，构建了盆地二级构造单元的储盖评价体系，结合各地层岩心物性资料和三维地质模型，对涠西南凹陷储盖进行优选，并以US-DOE法对有效封存潜力进行了评估。研究结果表明，涠西南凹陷在海底以下800～3 000 m内，有2套适宜CO2封存的储盖组合。储盖组合1：新近系角尾组一段浅海相泥岩盖层−角尾组二段、下洋组滨浅海相砂岩储层，有效封存容量为7.49亿t；储盖组合2：古近系涠洲组二段中深湖泥岩盖层−涠洲组三段砂岩储层，有效封存容量为3.74亿t。在涠西南凹陷中优选出2套适宜咸水层封存CO2的储盖组合，有效封存容量为11.23亿t，按照广东省粤西地区CO2年排放量为7 000万t进行评估，能够满足该地区超16 a的CO2减排需求。

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煤炭学报

2024年第05期

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宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

作者(Author)：刘世奇, 莫航, 桑树勋, 刘统

摘要：“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下，碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年，CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势，而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据，能够建立高效CO2输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地，能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显，面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题，调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力，构建了CCUS源汇匹配模型，在充分考虑源汇性质、捕集−输运−封存成本、CO2运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上，应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法，结合ArcGIS平台和优化求解软件，获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案，并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明，截止2021年，宁夏工业碳排放源107个，碳排放总量2.26亿t/a，以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏，CO2理论地质封存容量151.55亿t，以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好，在源汇直接相连的情况下，区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2.45万亿元，并以捕集成本为主，占比83.65%，单位减排成本402.32元/t，共需建设CO2运输管道2 459 km；改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本，优化后CCUS单位减排成本降至381.76元/t，节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等“两高”(高耗能、高排放)行业，在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术，打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群，构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

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煤炭学报

2024年第03期

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绿色矿山建设碳源/汇与减排增汇研究进展

作者(Author)：王金满, 杨曼, 刘彪, 朱秋萍

摘要：为应对长期以来矿业开采导致的环境问题，绿色矿山理念及配套政策逐步发展。碳达峰碳中和目标导向下，绿色矿山倡导低碳化生产、生态开采等新的发展要求。为探究新时期绿色矿山建设在节能减排目标下的重要方向和关键问题，助力碳中和目标与绿色矿山建设的协同发展，该研究以绿色矿山、碳源/汇与减排增汇为关键词开展文献计量分析，总结“双碳”目标下绿色矿山建设内涵与要求，分析绿色矿山建设背景下碳源/汇与减排增汇研究进展，梳理矿区碳源与碳汇核算方法，探究绿色矿山减排增汇策略。得出：绿色矿山在理论与应用方面均具有较为丰富的研究及实践成果，具有良好基础以面对新的发展挑战；绿色矿山现存管理方案与考评体系成果完整，整体偏定性和基础推荐性要求；矿山碳足迹核算中，基于生命周期理念、采用排放因子法的核算模式已较为成熟，但在生命周期划分与核算因子选取过程中仍需慎重，注意加强因子的本地化选取；针对减排增汇目标，绿色矿山在策略上需重视能源与技术视角。在“双碳”目标下，当前绿色矿山相关验收标准在减排方面的关注度有待增强，指标体系的定量化程度与执行力有待提高；煤炭矿山的碳足迹核算与减排潜力分析是未来绿色矿山研究的重点之一；矿山减排研究中，由复垦产生的碳源与碳汇核算及矿山全生命周期的减排方案设计需得到更多关注。

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煤炭学报

2024年第03期

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