国内外CO2管道设计规范要点

【目的】CO₂捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)因其可直接降低碳排放而备受关注,CO₂管道作为CCUS的重要环节,其建设呈现出快速发展趋势。为了保证CO₂管道系统建设与运行的整体安全,深入剖析管道设计规范的相关规定尤为重要。【方法】深入调研了国内外CO₂管道主要标准的发展历史及现状,重点分析了CO₂管道设计中管道材料选择、CO₂脱水、阀室设置、管道放空、管道干燥封存等方面的要点及其需要注意的问题。【结果】基于CO₂自身的特殊性质,管道材料的选择应与CO₂的输送相态相适应,且能够承受管道减压过程中可能发生的低温影响;CO₂管道阀室间距、位置的设置应与管道路由、泄压放空设施的位置等相结合,对各环节进行统筹考虑;密相/超临界CO₂泄压及放空会带来低温、地势低洼处聚集等问题,为防止对人员健康及环境造成威...     

“双碳”战略下中国CCUS技术现状及发展建议

碳捕集、封存与利用(Carbon Capture Utilization and Storage,CCUS)是当前能够大规模降低工业CO₂排放的有效方式。通过系统分析国内外CCUS关键环节的发展现状，发现燃烧后CO₂捕集技术较成熟，燃烧前捕集技术分离系统较复杂，富氧燃烧技术制氧电耗大，三者要达到工业应用均需继续降低CO₂捕集成本及能耗。中国在CO₂管输工艺、管输安全及管输标准等方面已具备一定的技术实力，但缺乏工程验证和CO₂管道技术系列标准；CO₂封存项目规模较小，在回注方案、地面工艺系统及CO₂泄漏监测等方面尚未到工业化推广要求；CO₂在油气田开发、化工生产等领域的利用积累了丰富经验，但利用量较低，未来应从提高封存量和利用量两方面入手，降低CO₂封存成本。研究结果可为CCUS工程示范和商业化发展提供参考。(图3，表2，参47)     

CO2长输管道清管作业的影响因素

CO₂管道输送是实现碳捕集、利用与封存技术大力发展的中间环节,但由于CO₂气源含有杂质及其输送工况的特殊性,在CO₂输送过程中存在水合物生成的风险,需定期开展清管作业。为明确CO₂管道清管作业的影响因素,从CO₂长输管道清管作业的目的出发,针对CO₂管道输送的特殊性,分析驱动压力、CO₂介质特性、清管器选型、清管器运行速度对清管效果的影响,总结形成了CO₂长输管道清管作业关键技术理论基础,并展望了清管技术的发展方向。研究成果可为中国目前在建CO₂管道项目的清管提供指导,也可为中国制定CO₂长输管道清管技术的相关标准和规范提供借鉴。(图2,表1,参30)     

超临界CO2管道输送管径技术经济性评价

CO₂输送作为大规模碳捕集、利用与封存工程建设的中间环节,其首选方法是管道输送。CO₂管道输送经济性评价模型是评价其投资回报、优化管输参数的依据。通过对比分析CO₂管径计算公式,建立经济性评价模型,基于超临界CO₂管道工程案例,对管道直径进行经济评价。结果表明:超临界CO₂管道单位运输成本随管径的增大先下降后增加,对于输量为1×106 t/a、长度为200 km的管道,其管径为240 mm时CO₂单位运输成本最低;Vandeginste管径模型的计算结果与理论最优管径相近,推荐在实际工程中应用该模型;公称直径为200 mm时所节约的管道费用远大于能耗成本的增量,年化费用最小;单位运输成本随着运输距离的增加而降低,200 km后趋于稳定。研究结果可为CO₂管道经济输送提供科学依据及决策参考。(图5,表7,参21)     

大气CO2缓增和骤增对冬小麦叶片叶绿素荧光特性的影响

大气中CO₂浓度的增加是逐渐且缓慢的过程，而以往的农田模拟研究多是设定瞬间增加的高CO₂浓度。为了明确大气CO₂浓度缓增、骤增2种不同升高方式对冬小麦叶片光合能力的影响，基于农田CO₂浓度自动调控平台，开展2季冬小麦试验(品种为扬麦22)。设置3种CO₂浓度升高方式：CK(对照，背景大气CO₂浓度);CO₂浓度缓增(从第1个生长季开始每年增加40μmol/mol, 2017—2018、2018—2019年生长季每年CO₂的缓增浓度分别为80、120μmol/mol,分别记作C₊₈₀、C₊₁₂₀);CO₂浓度骤增(每个生长季均设置CO₂浓度升高200μmol/mol的处理，记作C₊₂₀₀)。于冬小麦主要生育期，测定叶片SPAD值和叶绿素荧光参数[初始荧光(F_o)、最大荧光(F_...     

大气CO2浓度增加和升温对不同品种水稻根系形态的影响

[目的]本文旨在研究大气CO₂浓度增加和升温对不同品种水稻根系形态的影响。[方法]在田间开放条件下模拟大气CO₂浓度增加和升温，设置CT(对照，CO₂浓度和温度与正常大气环境保持一致)、C+T(大气CO₂浓度增加200μmol·mol^-1)、CT+(冠层温度升高2℃)和C+T+(大气CO₂浓度和温度同时升高)4个处理。每个处理种植‘扬稻6号’和‘常优5号’2个品种，连续开展2年(2020、2021年)田间试验。在水稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集地上部和根系样品，分析大气CO₂浓度增加、升温及其交互作用对地上部干重、根干重、根冠比和根系形态(根长、根直径、根表面积、根体积和根尖数)的影响。[结果]大气CO₂浓度增加显著提高不同生育期‘扬稻6号’和‘常优5号’地上部干重、根干重和根冠比，其中‘常优5号’的增加幅度大于‘扬稻6号’。大气CO₂浓度增加显著提高不同生育期‘扬稻6号’根长、根直径、根体积...     

掺氢天然气环境CH4对管线钢氢脆的抑制行为

H₂在管线钢表面吸附并解离是H原子在钢基体中渗透扩散的前提条件，掺氢天然气管道内H₂的存在增加了管道氢脆风险。基于分子动力学模拟与第一性原理计算方法，开展了管线钢表面H₂吸附行为研究，得到不同掺氢比例下CH₄与H₂混合气的竞争吸附规律，明确了管线钢近壁面CH₄的存在对H₂解离行为的影响机制。研究发现：对于纯气体组分，CH₄与H₂均具有近壁吸附特性；对于CH₄/H₂混合组分，CH₄具有优先吸附性，显著降低了管线钢表面H₂的吸附浓度；通过第一性原理计算方法，发现CH₄与H₂在管线钢表面的吸附类型不同，CH₄的存在不能阻止H₂在管线钢表面的化学分解吸附行为，但可以有效降低H₂分子出现在管线钢近壁面的概率...     

增施CO2与补光互作对辣椒光合特性及产量的影响

探索增施CO₂与补光互作对辣椒光合特性及产量的影响,为温室辣椒增施CO₂与补光提供理论依据。以37-94辣椒为供试材料,探究3个CO₂与补光互作处理（T1:LED红光∶蓝光=5∶1+CO₂;T2:LED红光∶蓝光∶白光=3∶2∶1+CO₂;T3:植物补光灯+CO₂）条件下,增施CO₂与补光对辣椒光合特性及产量的影响。结果表明,与CK相比,LED红光∶蓝光∶白光=3∶1∶1+CO₂处理下,辣椒植株株高、茎粗、叶宽、叶长和叶绿素含量均有所增加;叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、胞间CO₂浓度（C_i）较对照分别提高48.07%、66.67%、31.17%,产量为4 435.00 kg/667 m²。LED红光∶蓝光∶白光=3∶1∶1+CO₂处理下能够促进辣椒植株生长,提高光合作用,...     

成品油管道内杂质运移沉积及其影响规律北大核心

为确定可行的水力清管方案,对成品油管道内杂质沉积运移规律、影响因素及杂质沉积对管道的影响等方面内容开展了研究。设计建造了室内成品油携水携杂质试验环道,可以开展不同倾角、口径成品油管道内杂质运移沉积规律测试、内腐蚀特性测试;利用Fluent-DEM耦合的数值方法,开展了不同工况下固体颗粒在成品油管道内的运移特性研究。试验测试结果与数值模拟数据的吻合度较高,说明数值模拟方法具有较高的可靠性。基于试验与数值模拟手段,研究了杂质沉积特性、临界运移流速、沉积特性的影响因素以及杂质沉积对管道内腐蚀的影响。研究发现:固体颗粒通常沉积在上倾-水平管道弯头的后方,并获得了流速、管道倾角、口径、固体颗粒的密度和球度等参数对固体颗粒运移特性的影响规律,得到了杂质沉积对成品油下方积水的运移及管道内腐蚀特性的作用机理。     

LdNPV对CO2胁迫下舞毒蛾生长发育及生化酶活性影响

目的以森林害虫舞毒蛾为对象,研究CO₂介导下LdNPV病毒对舞毒蛾生长发育、解毒酶和保护酶的影响。方法利用密闭式CO₂人工气候箱研究了不同CO₂含量（397、550和750 μL/L）条件下饲养的舞毒蛾幼虫,LdNPV对其生长发育指标的影响,并采用分光光度计法测定体内保护酶和解毒酶活性。结果高CO₂含量胁迫下舞毒蛾3龄幼虫体重累计增长率降低。LdNPV胁迫导致不同CO₂含量（397、550和750 μL/L）条件下饲养的舞毒蛾3龄幼虫体重累计增长率分别比对照组增加81.27%、71.63%和68.41%;随着CO₂含量升高幼虫感染LdNPV死亡率增加,750 μL/L高含量处理组死亡率为27.09%。高CO₂含量胁迫下舞毒蛾3龄幼虫体内解毒酶CarE和AChE活性随着CO₂含量升高而诱导增加,ALP活性随CO₂含量增加抑制下降;保护酶CAT活性随着CO₂含量升高诱导增加,而SOD活性随着CO₂含量升高抑制减少。高CO₂含量条件下生长的舞毒蛾3龄幼虫接种LdNPV后,随着CO₂含量升高体内CarE、ALP、AChE和CAT活性被抑制,而SOD活性表现为诱导增加。结论不同CO₂含量下舞毒蛾饲养至3龄幼虫接种LdNPV,随着CO₂含量增加,幼虫体重累计增长率减少、死亡率增加。舞毒蛾幼虫CarE、AChE、ALP和CAT活性随着LdNPV处理时间和CO₂含量增加而主要表现为抑制减少;SOD活性则主要表现为诱导增加。CO₂含量升高可能通过影响生长发育和生理生化增加LdNPV对舞毒蛾幼虫的致病力。      

水稻分蘖期干物质积累对大气CO2浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制

【目的】探究不同类型水稻品种物质生产响应大气CO₂浓度升高和氮素营养的综合响应差异及其生理机制。【方法】以产量和物质生产对CO₂浓度升高响应有明显差异的水稻品种两优培九(LY)和南粳9108(NJ)为材料,在人工气候室进行水培试验。分别设置对照CO₂浓度(A-CO₂,400μmol·mol^-1)和CO₂浓度升高(E-CO₂,600μmol·mol^-1)两个CO₂处理,高氮(HN,1.25 mmol·L^-1 NH₄NO₃)和低氮(LN,0.25 mmol·L^-1 NH₄NO₃)两个氮水平。分析CO₂浓度升高对不同水稻品种根系形态与生理活性、叶片和根系中细胞分裂素(CTKs)含量、氮素同化酶活性、叶片生理特性、光合参数以及干物质积累的影响差异。...     

有刺枸骨和无刺枸骨在不同CO2浓度下的光合能力分析

为研究有刺枸骨和无刺枸骨对不同二氧化碳(CO₂)浓度的响应能力,本研究以有刺枸骨和无刺枸骨为材料,研究其净光合速率、胞间CO₂浓度、气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO₂浓度变化的情况。结果表明,在相同的CO₂浓度下,无刺枸骨的净光合速率始终比有刺枸骨的大,即无刺枸骨的光合能力强于有刺枸骨。无刺枸骨和有刺枸骨的气孔导度、蒸腾速率和叶片饱和蒸气压亏缺随CO₂浓度升高而降低,说明无刺枸骨的净光合速率较高并不主要由气孔因素的差异引起。随着CO₂浓度的升高,胞间CO₂浓度与净光合速率呈现正相关,并且无刺枸骨的CO₂饱和点较有刺枸骨高,而CO₂补偿点较有刺枸骨低,说明无刺枸骨的CO₂同化能力强于有刺枸骨。因而,无刺枸骨高净光合速率可能是因为CO₂同化能力高。     

成品油管道内杂质运移沉积及其影响规律

为确定可行的水力清管方案,对成品油管道内杂质沉积运移规律、影响因素及杂质沉积对管道的影响等方面内容开展了研究。设计建造了室内成品油携水携杂质试验环道,可以开展不同倾角、口径成品油管道内杂质运移沉积规律测试、内腐蚀特性测试;利用Fluent-DEM耦合的数值方法,开展了不同工况下固体颗粒在成品油管道内的运移特性研究。试验测试结果与数值模拟数据的吻合度较高,说明数值模拟方法具有较高的可靠性。基于试验与数值模拟手段,研究了杂质沉积特性、临界运移流速、沉积特性的影响因素以及杂质沉积对管道内腐蚀的影响。研究发现:固体颗粒通常沉积在上倾-水平管道弯头的后方,并获得了流速、管道倾角、口径、固体颗粒的密度和球度等参数对固体颗粒运移特性的影响规律,得到了杂质沉积对成品油下方积水的运移及管道内腐蚀特性的作用机理。     

基于涡动相关技术的森林生态系统二氧化碳通量研究进展

森林生态系统是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，森林对大气二氧化碳(CO₂)浓度具有重要的调节作用，开展森林生态系统碳循环研究对更好地了解生物地球化学过程和应对全球气候变化具有重要的科学意义和应用价值。涡动协方差/涡动相关技术是目前应用最广泛的森林生态系统CO₂通量观测技术。讨论了基于该技术的森林生态系统CO₂通量研究的部分代表性成果，总结了当前森林生态系统CO₂通量的主要研究成果并对未来研究提出展望。目前，森林生态系统CO₂通量的研究主要集中于:①森林生态系统的碳源/汇估算；② CO₂通量观测源区/足迹的计算；③ CO₂通量动态特征的提取及其环境影响因子；④基于统计模型的森林生态系统物候特征参数的提取；⑤基于机理模型的气候系统对森林生态系统碳循环的影响。主要结论为:森林生态系统是陆地生态系统的重要碳汇，在对森林生态系统进行CO₂通量观测时需对其通量源区的空间代表性进行检验，森林生态系统碳源/汇状态受到树龄、降水和土壤含水量等因素的影响，空气温度是森林生态系统碳循环的重要影响因子。未来森林生态系统CO₂通量研究应该集中于提高通量足迹模型计算精度，讨论不同林分对大气CO₂的贡献强度。结合气候系统模型和生态生理模型建立植物生理过程参数化模型、预测气候变化对森林碳交换的影响。区域-全球尺度森林生态系统CO₂通量研究未来将关注多站点通量，气象数据长时间序列的整合分析，讨论CO₂通量气候态特征与碳源/汇的空间格局，更好地了解全球陆地生态系统碳循环机制。表1参64     

不同磷水平下CO2浓度升高对番茄光合特性和抗氧化酶活性的影响

通过水培试验研究在低磷（2μmol/L）、磷充足（2 mmol/L）条件下,大气中不同CO₂浓度[（400±50）、（800±50）μmol/mol]对番茄光合特性和抗氧化酶活性的影响。结果表明,磷充足条件下,CO₂浓度升高可以显著促进番茄叶片光合速率的提高;而低磷抑制了这种作用。磷充足时,CO₂浓度升高显著增加了叶绿素含量,并且叶绿素b含量的增幅明显大于叶绿素a含量;而低磷条件下,CO₂浓度升高显著降低了叶绿素含量。与磷充足相比,低磷条件下,番茄叶片的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性明显降低,丙二醛含量升高。但CO₂浓度升高明显促进了3种抗氧化酶的活性,并且磷充足条件下促进作用更为显著,同时降低了MDA的含量。因此CO₂浓度升高条件下,磷素充足供应可以促进CO₂浓度升高产生的正效应。     

硅和CO2加富对Ca(NO3)2胁迫下番茄幼苗生长及生理特性的影响

[目的]本文旨在研究外源硅(Si)和CO₂加富对Ca(NO₃)₂胁迫下番茄幼苗生长及生理特性的影响,探讨Si和CO₂加富缓解番茄Ca(NO₃)₂胁迫的作用机制。[方法]采用水培法,以2叶1心的“中杂9号”番茄幼苗为试材,CO₂浓度分别设置为常规(400±20)μmol·mol^-1(以4表示)和加富(800±20)μmol·mol^-1(以8表示),Si浓度设置为1.5 mmol·L^-1的Na₂Si O₃·9H₂O(以Si表示),以常规CO₂浓度、正常营养液为对照(以CK表示),研究外源Si和CO₂加富处理对100 mmol·L^-1Ca(NO₃)₂胁迫(以Ca表示)下番茄幼苗生长、光合特性、水分代谢、...     

2022 年 7 期目录

  目的  模拟阴燃过程，研究土壤表层温度变化规律和气体释放特征，为阴燃燃烧动力学、阴燃蔓延机制和阴燃火灾监测等研究提供理论支持。  方法  以大兴安岭地区兴安落叶松人工林土壤为研究对象，通过阴燃炉实验，分析测定不同燃烧时间下的土壤温度和气体（CO₂、CO）释放量，及不同含水率（20%、30%、40%）对气体释放量的影响。  结果  阴燃过程中土壤表层温度呈现先快速增加，然后保持平稳，最后快速下降直至熄灭的变化趋势；根据土壤表层温度变化特征，将阴燃过程分为点燃期、上升期、稳定期和熄灭期4个阶段，各阴燃阶段校正燃烧效率（MCE）均小于0.75；阴燃过程中CO₂平均释放量为316.23 mg/m3，CO平均释放量为101.25 mg/m3；阴燃过程中CO呈现持续性释放状态，CO₂呈现间歇性释放状态；燃烧时间对CO₂和CO释放量存在显著性影响，但CO₂和CO释放量不存在相关关系；不同含水率下，CO₂释放量呈现显著性差异（P ? 0.05），但CO释放量无显著性差异（P ? 0.05）。  结论  根据阴燃中的温度和气体变化，阴燃在14 h 后出现向明燃转化的趋势，但由于土壤中可燃物含量下降，最终未转化为明燃；由于含水率升高导致土壤氧气含量下降和热量损失增加，因此CO₂释放量降低；在含水率20% ~ 40%的条件下，阴燃均可以维持蔓延传播，因此CO释放量无显著性差异。      

色季拉山急尖长苞冷杉林不同层次土壤CO2浓度及温湿度响应

【目的】揭示西藏高原森林生态系统不同层次土壤CO₂浓度变化特征及主要影响因素，为土壤呼吸CO₂排放变异性机制提供科学依据。【方法】以西藏东南部典型森林生态区色季拉山(鲁朗段)为研究区，以急尖长苞冷杉林土壤为研究对象，原位监测不同层次(5、10、20、40和60 cm)土壤CO₂浓度，分析不同层次土壤CO₂浓度分布特征及对温度和含水量的响应。【结果】(1)各层次土壤CO₂浓度日均值表现为40 cm> 60 cm> 20 cm> 10 cm> 5 cm，平均值分别为5 094、4 965、4 613、4 119和3 925μmol/mol，且各层次之间均极显著正相关(P <0.01)。(2)在日变化尺度上，5和10 cm层次土壤CO₂浓度具有相反的变化特征，分别呈现“V”字型和“单峰型”特征，5 cm土壤CO₂浓度最高值和最低值分别出现在22:00-23:00和12:00-13:00之间，10 cm层次分别出...     

氮添加对华北落叶松树枝CO2通量的影响

【目的】枝CO₂通量是林分碳释放的重要组成部分之一，研究模拟氮沉降下的华北落叶松枝CO₂通量变化，可以为氮沉降背景下的华北落叶松林分固碳增汇管理提供一定的理论依据。【方法】在2021年6-10月，以华北落叶松25年生中龄人工林和32年生近熟人工林为研究对象，设置对照(CK,0 kg/(hm²·a))、低氮(N1,75 kg/(hm²·a))、中氮(N2,150 kg/(hm²·a))、高氮(N3,225 kg/(hm²·a)) 4个强度的氮添加处理，并使用LI-8100A对枝CO₂通量进行原位监测，同时采集枝条样品以测定其氮含量。【结果】(1)华北落叶松枝CO₂通量与空气温度基本呈现出“单峰型”月变化，峰值出现在6-8月，空气温度可以分别解释2个林龄枝CO₂通量37%～82%、40%～70%的变化。(2)25年和32年生华北落叶松6-10月平均枝CO₂通量随氮添加处理强...     

高温、加富CO2条件对黄瓜幼苗碳水化合物分配规律的影响机制

为探究温室黄瓜幼苗碳水化合物在高温条件下对CO₂加富响应的分配规律和机制，为培育优质种苗奠定理论基础，以津春4号黄瓜品种为试验材料，在高温(温度35～45℃,大气CO₂浓度)、高温加富CO₂(温度35～45℃,CO₂浓度700～900μL/L)、常温加富CO₂(温度15～25℃,CO₂浓度700～900μL/L)以及常温(温度15～25℃,大气CO₂浓度)条件下，研究高温、加富CO₂对黄瓜幼苗叶片和根系光合作用、碳水化合物分配以及其代谢酶活性的影响。结果表明，高温条件下，增施CO₂可以缓解高温胁迫，提升幼苗的净光合速率(P_n),使幼苗的生物量、叶片和根系中的可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖、果糖以及淀粉含量显著提升，蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、酸性转化酶(AI)以及淀粉酶活性显著提高。表明高温加富CO₂有利于幼苗碳水化合物由源组织叶片向库...