CN109280552A - 一种利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，将浓缩后的地下盐卤水通入到混合反应器中，然后往混合反应器中通入收集在废气储存罐里的废气二氧化碳，搅拌混合均匀，得到混合浆液；将混合浆液用氨水调pH至6‑9，然后将浆液从混合反应器的底部排出，滴灌在沙表层，使形成1‑5cm厚的固结层，从混合反应器顶部排出的残余尾气干燥后送入废气储存罐循环使用。本发明充分利用了地下盐卤水资源，并将二氧化碳减排与沙漠化问题结合起来，共同解决、共同治理，在此过程中无难降解物质，能够最大程度地降低该方法对封存地环境的影响，同时停留在沙表层的铵盐有利于今后植物生长。本发明节能、环保、操作简单，易于施行。

Description

一种利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法
技术领域
本发明涉及一种利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的工艺，属于环境保护技术领域。
背景技术
在我国西北沙漠地区，如柴达木盆地、准格尔盆地、塔里木盆地、吐鲁番盆地、鄂尔多斯盆地、巴丹吉林沙漠等地区均含有丰富的地下盐卤水资源，这些地下盐卤水的主要成分为Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3 -、SO4 2-等离子，以钙型盐卤水为主，pH为6.5～7.5，无法作为生活、工业水资源利用，通常也无法达到矿业开采要求。盐卤水资源是一个巨大的液态矿产资源宝库，加以综合开发，可产生明显的经济效益和社会效益。
目前，以CO2为主的温室气体效应已引起了一系列全球环境问题，CO2排放成为人类共同关注的热点问题。为了减缓大气中CO2含量增加对气候变化造成的影响，就必须人为地将排放到大气中的CO2捕集、固定或再利用。
目前，二氧化碳封存技术主要包括：地质封存、海洋封存、矿物封存。地质封存是指将捕集、加压的CO2注入一定的地质构造中，将CO2圈闭在构造层中；海洋封存是指将CO2注入到海洋中，让海水吸收CO2；广义的矿物封存是指将CO2以稳定矿物的形式固定下来，及形成稳定的碳酸盐矿物。地质封存存在泄漏的风险，需要长期监控；海洋封存会导致海水酸化，破坏海洋生态环境；矿物封存则是最稳定、最有效的固碳方式。
我国是世界上荒漠化面积最大，发生率最高的国家。国家林业局第五次全国荒漠化和沙化监测工作结果显示，截至2014年，我国荒漠化土地面积261.16万平方公里，占国土总面积的27.20％；沙化土地面积172.12万平方公里，占国土总面积的17.93％；西北地区的荒漠化、沙化土地面积分别占全国荒漠化、沙化土地总面积的95.64％、93.95％。严峻的荒漠化、沙化问题已经成为制约西北地区生态安全、经济、社会发展的重要因素。
现在已有的固沙技术包括物理固沙、化学固沙、生物固沙三类。物理固沙主要是通过设置沙障来阻挡风沙，但是这些机械的障碍物很容易被风沙侵蚀，防护时间短，需要定期更换。化学固沙主要是通过喷洒各种化学固沙剂，在沙表面形成具有一定抗风化能力的固结壳，以阻挡沙的流动；但是这些化学固沙剂主要是高分子聚合物，成本高昂且难易降解，容易给修复地区带来新的环境问题。生物固沙主要是通过恢复植被来实现的；但是在沙漠地区种植植物的难度太大，修复周期太长。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，将CO2减排与防风固沙问题结合起来，提供一种利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法。
技术方案
一种利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将浓缩后的地下盐卤水通入到混合反应器中，然后往混合反应器中通入收集在废气储存罐里的废气二氧化碳，搅拌混合均匀，得到混合浆液；
(2)将混合浆液用氨水调pH至6-9，持续搅拌均匀；
(3)将调pH后的浆液从混合反应器的底部排出，滴灌在沙表层，使形成1-5cm厚的固结层，从混合反应器顶部排出的残余尾气干燥后送入废气储存罐循环使用。
步骤(1)中，浓缩后的地下盐卤水中，钙离子浓度为0.05-0.5mol/L，浓缩方法为采用自然晾晒的方式，利用沙漠地区强烈的光照，不增加能耗。
步骤(1)中，盐卤水的通入速率为60-300ml/min，二氧化碳的通入速率为200-500ml/min。
步骤(1)中，混合反应器中的压力控制在0.1-0.5MPa。
步骤(1)中，搅拌速率为200-500rpm。
步骤(2)中，氨水滴加速率为1.0-5.0ml/min.
步骤(3)中，浆液的滴灌速率为50-300ml/min。
本发明通过抽取地下盐卤水，与CO2混合后滴灌在沙漠表层，利用地下盐卤水层中的钙离子与CO2反应形成稳定的碳酸盐矿物。
盐卤水与二氧化碳、氨水反应机理为：
Ca2++CO2+2NH3+H2O＝CaCO3↓+2NH4 +
反应过程中生成的碳酸盐矿物会快速生长在沙漠沙中的矿物颗粒表面，随着碳酸盐矿物的逐渐生长，会将相邻的沙颗粒连接在一起，进一步将松散的沙颗粒胶结，形成1-5cm厚的固结层，停留在固结区域内的铵盐，有利于进行土壤改良并种植植被，从而实现封存二氧化碳并固沙的目的。
本发明的有益效果：
(1)利用地下盐卤水吸收CO2，形成稳定的碳酸盐矿物，以实现CO2的有效封存。
(2)形成的碳酸盐生长在沙颗粒表面，将沙颗粒胶结，从而达到防风固沙的效果，能够有效改善当地生态环境。用碳酸盐固结沙颗粒与传统的化学固沙剂相比，不含有外来难降解物质，不会给治理地区带来二次污染。
(3)停留在沙表面的铵盐有利于今后植物生长。
(4)将CO2减排与防风固沙问题结合起来，共同治理，使得治理效果提高、成本降低。
(5)本发明方法的工艺操作性强、无环境污染、具有工业化应用的潜力。
附图说明
图1为本发明实施例1所用临泽县沙漠沙的XRD图；
图2为采用实施例1的方法后沙表层的扫描电镜图；
图3采用实施例2的方法后沙表层的扫描电镜图；
图4为本发明实施例3所用巴丹吉林沙漠沙的XRD图；
图5为采用实施例3的方法后沙表层的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明的内容。
实施例1
取采集自甘肃省临泽县地区沙漠治理地区(种植有肉苁蓉)的沙漠沙，铺成沙地，沙子的XRD图见图1。
固沙方法：
(1)将浓缩后的地下盐卤水(钙离子浓度为0.125mol/L)以100ml/min的速率通入混合反应器中，浓缩方法为采用自然晾晒的方式，利用沙漠地区强烈的光照，不增加能耗；往混合反应器中通入收集在废气储存罐里的废气二氧化碳(250ml/min的速率)，控制混合反应器内压力为0.3MPa，搅拌混合均匀，搅拌速率为300rpm，得到混合浆液；
(2)滴加氨水调节pH至7.0，氨水滴加速率为1.5ml/min，持续搅拌均匀；
(3)将调pH后的浆液从混合反应器的底部排出，滴灌(滴灌速率为100ml/min)在沙表层，使形成2cm厚的固结层，从混合反应器顶部排出的残余尾气干燥后送入废气储存罐循环使用。
采用实施例1的方法后沙表层的扫描电镜图见图2。从扫描电镜图可以看出，松散的沙颗粒已经被碳酸盐胶结在一起，碳酸盐附着生长在沙颗粒表面及空隙当中，将相邻的沙颗粒连接，达到了封存二氧化碳并固沙的效果。
实施例2
取采集自甘肃省临泽县地区沙漠未治理地区的沙漠沙，铺成沙地。
固沙方法：
(1)将浓缩后的地下盐卤水(钙离子浓度为0.125mol/L)以120ml/min的速率通入混合反应器中，浓缩方法为采用自然晾晒的方式，利用沙漠地区强烈的光照，不增加能耗；往混合反应器中通入收集在废气储存罐里的废气二氧化碳(350ml/min的速率)，控制混合反应器内压力为0.3MPa，搅拌混合均匀，搅拌速率为400rpm，得到混合浆液；
(2)滴加氨水调节pH至7.5，氨水滴加速率为2.1ml/min，持续搅拌均匀；
(3)将调pH后的浆液从混合反应器的底部排出，滴灌(滴灌速率为100ml/min)在沙表层，使形成2.5cm厚的固结层，从混合反应器顶部排出的残余尾气干燥后送入废气储存罐循环使用。
采用实施例2的方法后沙表层的扫描电镜图见图3。从扫描电镜图可以看出，松散的沙颗粒已经被碳酸盐胶结在一起，碳酸盐附着生长在沙颗粒表面及空隙当中，将相邻的沙颗粒连接，达到了封存二氧化碳并固沙的效果。
实施例3
取采集自巴丹吉林沙漠地区的沙漠沙，铺成沙地，沙子的XRD图见图4。
固沙方法：
(1)将浓缩后的地下盐卤水(钙离子浓度为0.25mol/L)以90ml/min的速率通入混合反应器中，浓缩方法为采用自然晾晒的方式，利用沙漠地区强烈的光照，不增加能耗；往混合反应器中通入收集在废气储存罐里的废气二氧化碳(500ml/min的速率)，控制混合反应器内压力为0.4MPa，搅拌混合均匀，搅拌速率为500rpm，得到混合浆液；
(2)滴加氨水调节pH至7.5，氨水滴加速率为3.0ml/min，持续搅拌均匀；
(3)将调pH后的浆液从混合反应器的底部排出，滴灌(滴灌速率为100ml/min)在沙表层，使形成3.7cm厚的固结层，从混合反应器顶部排出的残余尾气干燥后送入废气储存罐循环使用。
采用实施例3的方法后沙表层的扫描电镜图见图5。从扫描电镜图可以看出，松散的沙颗粒已经被碳酸盐胶结在一起，碳酸盐附着生长在沙颗粒表面及空隙当中，将相邻的沙颗粒连接，达到了封存二氧化碳并固沙的效果。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (7)

1.一种利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将浓缩后的地下盐卤水通入到混合反应器中，然后往混合反应器中通入收集在废气储存罐里的废气二氧化碳，搅拌混合均匀，得到混合浆液；
(2)将混合浆液用氨水调pH至6-9，持续搅拌均匀；
(3)将调pH后的浆液从混合反应器的底部排出，滴灌在沙表层，使形成1-5cm厚的固结层，从混合反应器顶部排出的残余尾气干燥后送入废气储存罐循环使用。
2.如权利要求1所述利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，其特征在于，步骤(1)中，浓缩后的地下盐卤水中，钙离子浓度为0.05-0.5mol/L，浓缩方法为采用自然晾晒的方式。
3.如权利要求1所述利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，其特征在于，步骤(1)中，盐卤水的通入速率为60-300ml/min，二氧化碳的通入速率为200-500ml/min。
4.如权利要求1所述利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，其特征在于，步骤(1)中，混合反应器中的压力控制在0.1-0.5MPa。
5.如权利要求1所述利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌速率为200-500rpm。
6.如权利要求1所述利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，其特征在于，步骤(2)中，氨水滴加速率为1.0-5.0ml/min。
7.如权利要求1至6任一项所述利用地下盐卤水封存二氧化碳并固沙的方法，其特征在于，步骤(3)中，浆液的滴灌速率为50-300ml/min。
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