CN108843393A - 一种温室co2有效利用和封存的减排方法 - Google Patents

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巩和一
陈祥力
刘雷
张鉴月
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    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/16—Modification of mine passages or chambers for storage purposes, especially for liquids or gases

Abstract

本发明公开了一种CO2有效利用和封存的减排方法，包括将生产中分离和收集的液态CO2送至海拔‑800至‑1500米深井下的采矿掘进作业区，用CO2替代工作风带动风钻在采矿场掘进钻孔，风钻排出的带有一定压力的CO2气体再行收集，收集后输入工作现场的热交换装置，给采矿掘进作业区降温。本发明能有效减少CO2排放到大气中，减少温室效应，同时为井下风动工具提供动力，也为井下高温作业提供制冷效果，还可以为煤矿井下采空区煤炭自然提供一种防灭火措施，真正起到有效利用CO2的目的；本发明的CO2减排方法，设备简单，前期投入少，CO2气体封存可靠，经济效益显著，有利于促进企业的CO2气体减排工作。

Description

一种温室CO2有效利用和封存的减排方法
技术领域
本发明属于温室CO2减排技术领域，涉及一种温室CO2有效利用和封存的减排方法。
背景技术
随着全球经济的发展，CO2排放量急剧增多，导致大气浓度的提升，促进大气内的更高储能，形成温室效应，造成地表温度升高和气候异常变化，CO2已经被确认是全球极端天气日益增多的主要成因；同时CO2还会带来海洋和土壤酸化等不利影响；CO2的减排、低碳已经成为全球社会经济发展的一个重要方向。当前人们开展了CO2减排的各种研究和尝试，也在实际应用中取得很大的进展，很多国际组织和国家都制定了相应鼓励政策，我国也积极鼓励引导CO2的减排工作，但减排手段较少，减排效果不理想，经济成本偏高，阻碍CO2减排工作的有效持续开展。
发明内容
针对背景技术中所述现有CO2减排技术方面的不足，本发明提供一种CO2有效利用和封存的减排方法，该方法将CO2作为一种动力气体和制冷气体，使CO2在封存之前，释放自身携带的能量，将能量转变为设备运转和环境制冷的动力来源，最后将CO2永久封存，达到经济型减排目标。
本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种CO2有效利用和封存的减排方法，包括将生产中分离和收集的液态CO2送至海拔-800至-1500米深井下的采矿掘进作业区，用CO2替代工作风带动风钻在采矿场掘进钻孔，风钻排出的带有一定压力的CO2气体再行收集，收集后输入工作现场的热交换装置，CO2气体在热交换装置与施工场地的高温空气进行温度交换，给采矿掘进作业区降温，从热交换装置出来的CO2气体经管道输入矿井采空区，进行灌充，当一个采空区充满达到设计压力后封堵，再充入下一采空区。
进一步的，所述液态CO2用储罐经矿井提升系统送至采矿掘进作业区。
进一步地，所述风钻工作风进口与CO2储罐连接，风钻排风口连接热交换装置。
进一步地，所述风钻工作风进口通过高压胶管连接CO2储罐的减压阀；所述风钻的排风口通过高压胶管连接热交换装置。
进一步的，所述风钻工作时调节CO2储罐的减压阀的阀门，使输出CO2气体压力达到风钻运转所需的工作风压。
进一步地，所述热交换装置包括盘曲的CO2输送管道和管道支架。
进一步地，所述采空区被混凝土墙分割成大小不同的密闭洞室。
进一步地，所述采矿掘进作业区设置有多个所述风钻，各所述风钻的工作风进口和排风口分别通过高压胶管连接CO2储罐和热交换装置。
进一步地，所述液态CO2的收集来源为发电厂、铸造厂、水泥厂和冶炼厂的气体排放装置。
进一步地，所述采矿掘进作业区的矿井深度为海拔-1000米。
本发明的原理：
发电厂的烟道其CO2的含量接近100%，其他如水泥厂的煅烧炉，冶炼厂和铸造厂的高炉等等，都产生大量CO2气体排放，这些碳排放大户，造成了温室CO2气体的加剧，这些单位承担着重大的减排任务，每年的减排经费相当可观，是生产成本的一个重要组成部分，同时这些工厂也成了CO2气体的丰富来源地，将其所产生的CO2气体浓缩成液态后，如果能够先有效利用，然后再封存到合适地点，不排放到大气中，则会带来巨大的经济效益和社会效益。
800米-1500米深的煤矿或1000米-2000米深的金矿及有色金属矿均为深井矿，我国千米深的矿井很多，仅煤矿千米深的矿井就40多出，其中山东最多21处。千米深的矿井存在几大特点，采掘工作面温度高，山东新汶矿区的矿井，矿井每向下延伸100米，低温平均上升2.50C，部分采掘工作面温度达到300C，个别矿井采掘工作面温度超过380C，如此高的作业环境是不利于工人在井下长时间作业的，所以都采取了各种人工降温措施，借助动力装置依靠制冷、输冷、传冷、排热等技术，来解决深井开采高温问题，不仅能耗高，而且也增加了碳排放；随着开采深度的增加，地温升高，围岩温度升高，加大了煤层发火的危险性，煤层发火将造成严重的资源损失，瓦斯爆炸事故率大大增加；采掘工作面风钻钻机其动力来自带0.5MPa左右的空气，由于矿井深压力风的井下输送很不方便，沿途漏风损失也大，所以大型空压机是深井矿山必需的设备，而大型空压机能耗高。
基于上述以深井煤矿为例所述的深井矿的作业环境温度高，风钻供风系统耗能大，煤矿深井煤层容易自燃等特点，结合CO2气体的性质，CO2气体具有液态变为气态时膨胀，既能对外做功，又能环境制冷，CO2气体能不燃烧且能阻隔氧气，能灭火，同时液态CO2来源丰富，利用工厂产生的液态CO2，作为深井矿的钻机动力来源，既能节省矿山空压机能耗，又能给作业环境降温，也能抑制煤层自燃，一举多得。
CO2气体充入1000米深的井下采空区有诸多好处，其一是不会渗入到地面排入大气，对大气造成影响，有也不会影响地面水和土壤环境；其二有现成的采空区这些洞室，便于CO2气体的盛装和封堵，在采空区入口灌装混凝土，很容易将CO2气体封住；其三，采空区往往有丰富的水源，还有一些矿物质，而且温度高，这一环境有利于CO2气体与矿物质反应生成碳酸盐沉淀，从而有利于CO2气体的长久封存和反复灌充，以容纳和封存更多的CO2气体。
CO2气体排放工厂与矿山企业联合，整个CO2气体的从收集到灌充到采空区的过程，仅有压缩成液态CO2这一环节需要投入一定费用，其他各主要环节都是产生效益的过程，综合计算，实现了CO2气体经济减排，有利于提高企业的减排积极性和主动性，具有极大的经济效益和社会效益，是一项多赢的造福千秋万代的好事，值得推广应用。
相对于现有CO2减排技术，本发明的一种CO2有效利用和封存的减排方法，能有效减少CO2排放到大气中，减少温室效应，同时为井下风动工具提供动力，也为井下高温作业提供制冷效果，还可以为煤矿井下采空区煤炭自然提供一种防灭火措施，真正起到有效利用CO2的目的；本发明的CO2减排方法，实用性可操作性强，设备简单，前期投入少，CO2气体封存可靠，减排效果好，减排成本低，经济效益显著，有利于促进企业的CO2气体减排工作。
附图说明：
图1本发明实施例的工艺系统示意图；
图2本发明实施例的CO2的工艺过程示意图；
图中：1、采矿掘进作业区， 2、风钻，3、热交换装置，4、采空区，5、混凝土隔墙，6、提升系统，7、灌充管道，8、地面建筑，9、CO2储罐， 10、高压胶管，11、减压阀， 12、矿井，21、工作风进口，22、排风口，31、CO2输送管道、32管道支架。
具体实施方式：
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
查询图1、图2，一种CO2有效利用和封存的减排方法，包括将生产中分离和收集的液态CO2送至海拔-800至-1500米深井下的采矿掘进作业区1，用CO2替代工作风带动风钻2在采矿场掘进钻孔，风钻2排出的带有一定压力的CO2气体再行收集，收集后输入工作现场的热交换装置3，CO2气体在热交换装置3与施工场地的高温空气进行温度交换，给采矿掘进作业区1降温，从热交换装置3出来的CO2气体经灌充管道7输入矿井采空区4，进行灌充，当一个采空区充满达到设计压力后封堵，再充入下一采空区。
本实施例中，所述液态CO2用储罐9经矿井12的提升系统6送至采矿掘进作业区1。
本实施例中，所述风钻2工作风进口21与CO2储罐9连接，风钻2排风口22连接热交换装置3。
本实施例中，所述风钻2工作风进口21通过高压胶管10连接CO2储罐9的减压阀11；所述风钻2的排风口22通过高压胶管10连接热交换装置3。
本实施例中，所述风钻2工作时调节CO2储罐9的减压阀11的阀门，使输出CO2气体压力达到风钻2运转所需的工作风压。
本实施例中，所述热交换装置3包括盘曲的CO2输送管道31和管道支架32。
本实施例中，所述采空区4被混凝土墙5分割成大小不同的密闭洞室。
本实施例中，所述采矿掘进作业区1设置有多个所述风钻2，各所述风钻2的工作风进口21和排风口22分别通过高压胶管10连接CO2储罐9和热交换装置3。
本实施例中，所述液态CO2的收集来源为发电厂、铸造厂、水泥厂和冶炼厂的气体排放装置。
本实施例中，所述采矿掘进作业区1的矿井2深度为海拔-1000米。
相对于现有CO2减排技术，本实施例的一种CO2有效利用和封存的减排方法，能有效减少CO2排放到大气中，减少温室效应，同时为井下风动工具提供动力，也为井下高温作业提供制冷效果，还可以为煤矿井下采空区煤炭自然提供一种防灭火措施，真正起到有效利用CO2的目的；本发明的CO2减排方法，实用性可操作性强，设备简单，前期投入少，CO2气体封存可靠，减排效果好，减排成本低，经济效益显著，有利于促进企业的CO2气体减排工作。
以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案，并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 包括将生产中分离和收集的液态CO2送至海拔-800至-1500米深井下的采矿掘进作业区，用CO2替代工作风带动风钻在采矿场掘进钻孔，风钻排出的带有一定压力的CO2气体再行收集，收集后输入工作现场的热交换装置，CO2气体在热交换装置与施工场地的高温空气进行温度交换，给采矿掘进作业区降温，从热交换装置出来的CO2气体经灌充管道输入矿井采空区，进行灌充，当一个采空区充满达到设计压力后封堵，再充入下一采空区。
2.根据权利要求1所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述液态CO2用储罐经矿井提升系统送至采矿掘进作业区。
3.根据权利要求2所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述风钻工作风进口与CO2储罐连接，风钻排风口连接热交换装置。
4.根据权利要求3所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述风钻工作风进口通过高压胶管连接CO2储罐的减压阀；所述风钻的排风口通过高压胶管连接热交换装置。
5.根据权利要求3所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述风钻工作时调节CO2储罐的减压阀的阀门，使输出CO2气体压力达到风钻运转所需的工作风压。
6.根据权利要求1所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述热交换装置包括盘曲的CO2输送管道和管道支架。
7.根据权利要求1所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述采空区被混凝土墙分割成大小不同的密闭洞室。
8.根据权利要求所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述采矿掘进作业区设置有多个所述风钻，各所述风钻的工作风进口和排风口分别通过高压胶管连接CO2储罐和热交换装置。
9.根据权利要求所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述液态CO2的收集来源为发电厂、铸造厂、水泥厂和冶炼厂的气体排放装置。
10.根据权利要求所述的一种CO2有效利用和封存的减排方法，其特征在于: 所述采矿掘进作业区的矿井深度为海拔-1000米。
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