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)     

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...     

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)     

CO2管道泄漏减压特性与裂纹扩展研究现状及发展趋势

管道适合长距离、大输量的运输，是碳捕集、封存与利用(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)技术中连接碳源和碳汇的关键环节。但由于CO₂特殊的减压特性，CO₂长输管道在运行过程中发生泄漏后极易产生管材持续性裂纹扩展。为此，从试验、理论研究及数值模拟3个方面综述了国内外对CO₂泄漏减压特性与裂纹扩展方面的研究现状，归纳总结不同状态方程、杂质因素、理论模型对泄漏减压特性的适应性，以及不同规模、初始条件与相态、杂质含量、泄漏方式下泄漏减压的试验成果。进而分析了不同相态、初始条件、管材、杂质含量及种类等因素对裂纹扩展的影响，并对比分析不同的CO₂管道裂纹扩展理论模型及其适用范围，以及裂纹扩展与流固耦合数值模拟方法。最后对未来亟需进一步开展研究的内容进行展望，以期为中国CO₂管道泄漏与裂纹扩展研究提供借鉴，从而促进并提升CCUS安全保障技术水平。(图2，表2，参65)     

高压CO2管道放空及安全泄放的数值模拟

【目的】碳捕集、利用与封存是实现碳中和不可缺少的关键技术,CO₂管道输送是碳捕集、利用与封存技术的重要一环。超临界CO₂管道输送过程中,当管道发生泄漏或进行放空作业时,因CO₂强节流效应,主管及放空管内可能出现局部低温,生成干冰堵塞管道,并使钢管变脆。【方法】利用OLGA软件建立高压CO₂管道泄放模型,并将模拟结果与国外实验数据进行对比,发现OLGA软件在计算压降方面较准确,在计算温降方面相对保守,可用于CO₂管道设计计算。在此基础上,建立了长距离高压CO₂管道放空模型,模拟分析了不同的阀门开度、初始温度及初始压力对CO₂管道放空过程中管内低温、相态变化及放空时间的影响。【结果】减小放空阀阀门开度可以防止放空过程中管内温度过低,在选定的放空模拟条件下,不生成干冰的阀门开度应在13.5%,管内温度不低于-30℃时的阀门开度应在4.5%以下;高压CO₂管道放空过程中,距离泄放口较远处,对流换热强度小、温降幅度较大;初...     

碳中和技术研究进展及对农业碳减排的展望

为了控制全球气候变化所带来的影响,《巴黎协定》提出将全球平均气温上升限制在1.5℃。要实现这一目标亟须解决CO₂排放量攀升的问题,并部署CO₂净零排放的技术。其中农业碳排放约占全球温室气体排放总量的1/3,因此推进农业领域减排固碳技术是发展农业碳中和的重要举措。本文主要介绍了CO₂捕集、封存及转化技术的研究进展,具体包括：利用化学、材料领域的物理化学等方法对CO₂进行捕集,并通过光电催化技术对CO₂进行高效转化;地质、海洋封存CO₂并通过矿物合成方法实现碳的循环再利用;微生物细胞工厂基于合成生物学技术将CO₂转化为燃料及化学物质,并对其在农业碳中和上的研究方向进行展望,以期为碳中和技术在农业中的应用提供理论依据和参考。     

八角茴香精油的超临界萃取工艺研究

采用超临界CO₂萃取八角茴香精油，利用单因素试验及响应面法对工艺进行优化，优化后的工艺条件为萃取温度37℃，萃取压力17 MPa,CO₂流量25 L/h，萃取时间95 min，在此条件下，八角茴香精油平均收率为9.1%。通过试验验证，响应曲面分析法适用于超临界CO₂萃取八角茴香精油的工艺研究，有效减少了试验次数，降低了试验成本。     

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_...     

大气二氧化碳摩尔分数升高对土壤有机碳稳定性的影响

随着工业的不断发展，全球大气二氧化碳(CO₂)呈明显增加趋势。大气CO₂的增加将会影响土壤有机碳(SOC)转化和更新，进而改变土壤碳的稳定性。研究大气CO₂升高对SOC稳定性的影响，不但是评价陆地生态系统对气候变化反馈效应的重要环节，也对实现碳元素在土壤中的有效储存，对保持土壤肥力的可持续性具有重要意义。利用现有的文献资料，综述了大气CO₂升高对SOC稳定性的影响及其稳定性指标(生物指标、化学指标、其他指标等)，外源氮和大气CO₂升高的交互作用对SOC稳定性的影响，以及SOC稳定性随时间尺度的变化趋势等。总结发现:大气CO₂升高导致活性有机碳(溶解性有机碳、颗粒性有机碳、易氧化有机碳等)比例增多，SOC稳定性降低，尤其在氮限制的环境中，SOC稳定性更差。总结近年的研究成果发现:随着高CO₂处理时间的加长，SOC稳定性降低速率逐渐减小，表明土壤本身具有一定的适应能力和自我恢复能力。最后展望了SOC稳定性变化对植物生理、生长的反馈影响。未来大气CO₂升高对SOC稳定性的影响研究，应该着力于提高农田生态系统土壤肥力可持续性及提高农作物的产量产能。图1参74     

CO2浓度升高环境下9种杀虫剂对西花蓟马和花蓟马的毒力测定

【目的】比较2种CO₂体积分数下9种杀虫剂对西花蓟马(Frankliniella occidentalis)和花蓟马(F. intonsa)的毒力差异，为未来大气CO₂浓度升高环境下蓟马的田间防治提供理论指导。【方法】在400和800μL/L CO₂条件下采用浸渍法测定9种杀虫剂对西花蓟马和花蓟马雌、雄成虫及2龄若虫的毒力。【结果】800μL/L CO₂条件下，氟虫腈对西花蓟马雌、雄成虫及2龄若虫的LC₅₀值分别为0.401、0.337和0.261 mg/L，分别是400μL/L CO₂条件下的0.82倍、0.94倍和0.73倍；对花蓟马雌、雄成虫及2龄若虫的LC₅₀值分别为0.381、0.263和0.219 mg/L，分别是400μL/L CO₂条件下的0.82倍、0.87倍和0.78倍。2种CO₂体积分数下，9种杀虫剂对2种蓟马的毒力大小均为：氟虫腈>辛硫磷>阿维菌素>...     

宁夏枸杞不同器官中糖积累对大气CO2浓度倍增的响应

以宁杞1号苗为试验材料,采用开顶式气室控制CO₂浓度,研究大气CO₂浓度倍增后CO₂对宁夏枸杞不同器官中糖分积累的影响。结果表明,CO₂浓度倍增处理显著降低了叶片中果糖、淀粉的含量以及果实中蔗糖的含量,提高了果实中淀粉的含量;但对枸杞茎和根中的各种糖分的含量无显著性影响。     

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。     

增施CO2马铃薯生长发育动态变化研究

为探索出鲁西南二季作区早春三膜栽培模式下增施CO₂气肥对马铃薯生长发育的影响,设计CK(不施CO₂)和增施CO₂(液化气燃烧法)2个处理。每隔6 d收获一次,随机收获3株,测定单株马铃薯株高、株幅、叶面积、植株鲜重和干物质率、块茎鲜重和干物质率等指标的动态变化。结果表明,随着增施CO₂量的增加,地上部生物量和叶面积比CK增长显著;单株块茎增产极显著,平均增幅达43.3%。     

低渗透油层改善CO2驱的实验研究

针对国内CO₂气源有限且低渗透油层CO₂驱油易气窜的问题,为了减少CO₂用量并改善低渗透油层CO₂驱的驱油效果,用30cm长的低渗透均质天然岩心,在室内开展了CO₂+N₂驱和CO₂+H₂O+N₂驱提高采收率的实验研究。结果表明,在低渗透岩心中,采用0.3PV CO₂+N₂驱方式,可达到全CO₂驱的采收率,并能减少CO₂的用量;采用0.3PV CO₂+0.1PV H₂O+N₂驱方式,能够充分发挥前置CO₂段塞与N₂各自的优势,可获得更理想的驱油效果,它比全CO₂驱的采收率提高了18.22个百分点,CO₂用量减少了25%;此时的投入产出比为5.16,是CO<...     

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...     

森林生态工程的可持续发展模式——以克拉玛依人工CO2减排林为例

森林资源和生态系统的可持续性发展可以带来巨大的生态环境效益、社会效益、经济效益。人工CO₂减排林工程的实施对调节气候起着重要作用。本研究一方面通过实地调查和取样检验,分析了影响克拉玛依人工CO₂减排林工程实施的多项因素。结果表明,近几年克拉玛依人工CO₂减排林由于自然环境、病虫害等灾害的影响,树木死亡比较严重,严重制约了其功能的正常发挥。另一方面基于森林生态工程体系理论与方法,将可持续发展的理念深入到森林生态工程规划、建设的各个层面,对克拉玛依人工CO₂减排林的可持续发展状况进行分析评价,构建出适合克拉玛依人工CO₂减排林可持续发展的生态工程模式。     

橡胶树干CO2释放速率垂直变化及其与树干液流和木质部结构间的关系

为了研究橡胶树（Hevea brasiliensis）干CO₂释放速率（E_s）时空动态变化特征及其影响因素，提高人工橡胶林生态系统呼吸计算的准确性。利用便携式红外气体分析系统（IRGA）对海南人工橡胶林样树不同垂直高度的E_s进行为期1年的原位监测，包括1.5 m处E_s1.5、3.0 m处E_s3.0、4.5 m处E_s4.5，并同步监测了样树的树干液流密度（F_d），还通过显微切片法观察各高度树干木质部导管解剖结构，并进行对比分析。结果表明，E_s在旱季与湿季呈现明显的季节变化；10月～翌年4月E_s3.0>E_s4.5> E_s1.5 ，5～9月E_s3.0>E_s1.5>E_s4.5 ；橡胶树E_s的差异主要受树干液流和木质部结构的影响。通过分析橡胶树树干各高度木质部导管密度和管腔直径的差异，可知管腔直径是F_d和E_s的主要影响因子，随着管腔内径的增加，液流速度和E_s呈增加趋势。     

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。      

高CO2浓度下西花蓟马在烟草上的生长发育和繁殖特征

【目的】明确高CO₂浓度下西花蓟马在烟草上的发育和繁殖特征,为在大气CO₂浓度不断升高背景下有效控制烟田西花蓟马种群数量,降低烟草番茄斑萎病的发生危害提供科学依据。【方法】分别在400和800μL/L CO₂浓度人工气候箱中用离体四季豆豆荚和烟叶饲养西花蓟马,研究2种CO₂浓度下取食四季豆和烟草的西花蓟马各龄期发育历期、存活率、繁殖力（性比、雌成虫寿命、平均产卵期、单雌平均产卵量、单雌日均产卵量）和种群参数［净生殖率（R₀）、平均世代周期（T）、内禀增长率（r_m）、周限增长率（λ）、种群加倍时间（DT）］,诠释高CO₂浓度下西花蓟马在烟草上的生长发育与繁殖特征。【结果】在400和800μL/L CO₂浓度下西花蓟马均能在烟草上正常生长发育和繁殖,但其1龄若虫至成虫的累计存活率仅为46.67%和55.00%,为相同CO₂浓度下取食四季豆的西花蓟马的52.84%和60.00%,且成虫寿命显著缩短（P< 0.05,下同）,卵期、1～2龄若虫及未成熟期发育历期显著延长。相同CO₂浓度下,取食烟草的西花蓟马R₀、T、r_m和λ均显著低于取食四季豆的西花蓟马,且DT显著长于取食四季豆的西花蓟马;取食烟草的西花蓟马雌成虫寿命、平均产卵期、单雌平均产卵量和单雌日均产卵量在400μL/L CO₂浓度下为取食四季豆的53.03%、45.40%、26.32%和55.73%,而800μL/L CO₂浓度下仅为取食四季豆的49.60%、44.03%、23.55%和54.75%。高CO₂浓度下取食烟草的西花蓟马1～2龄若虫及未成熟期的发育历期显著长于正常CO₂浓度下西花蓟马的发育历期,而取食四季豆的则相反;高CO₂浓度下取食四季豆和烟草的西花蓟马未成熟期的存活率均高于或等于正常CO₂浓度下西花蓟马的存活率,且性比增加,平均产卵期延长,单雌平均产卵量和单雌日均产卵量亦有所提高;种群参数R₀、r_m和λ均显著升高,DT显著缩短。【结论】西花蓟马可在烟草上正常生长发育、存活和繁殖,且CO₂浓度倍增有利于其种群增长,从而加重烟草番茄斑萎病的发生危害。     

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。