CN115076594B - 一种二氧化碳封存方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二氧化碳封存方法。该方法包括：将灌满高浓度盐水的CO2储存容器置于不小于3000米深度的海水中；将液态CO2通过液态CO2输送管道自储存容器的进液管注入储存容器中，将高浓度盐水自储存容器的排液管排出，直至储存容器内充满液态CO2且存在部分液态CO2溢出至储存容器的进液管和排液管中；将液态CO2输送管道与储存容器的进液管分离；溢出至储存容器的进液管和排液管中的液态CO2与海水接触生成CO2水合物封堵储存容器的进液管和排液管；其中，储存容器的排液管位于储存容器的顶部；其中，以高浓度盐水的总质量为100％计，高浓度盐水中盐的质量浓度不低于20％。

Description

一种二氧化碳封存方法
技术领域
本发明属于海底碳封存环保领域，特别涉及一种二氧化碳封存方法。
背景技术
随着温室气体在大气中累积，温室效应不断加剧。CO2是最主要的温室气体之一，CO2的捕集、利用和封存(CCUS)是应对温室效应的重要措施。其中，二氧化碳封存分为陆地封存和海洋封存。陆地封存是将CO2注入到地下岩石结构中，通过物理和化学俘获机理实现永久封存，但有时会诱发地质断裂和地震活动，引起CO2泄漏。海洋本身是一个巨大的碳库，具有潜在的缓冲大气CO2增加的能力。海洋封存最大的优势在于海水层的覆盖可形成稳定的高压低温环境，使封存的CO2具有更高的稳定性，因此海洋封存是一项优势明显、封存潜力巨大的碳封存技术。
CO2海洋封存主要有两种方式：一种是通过船和管道将CO2输送到封存地点，并注入水下1000米左右的浅水层，使其自然溶解；另一种是将CO2注入到3000米以下深度的海水中，由于此时CO2的密度大于海水，所注入的CO2以负浮力的液体存在，因此会在海底形成液态碳湖，从而能够延缓CO2分解到环境中的过程。
然而，由于海水与大气的长期接触，大气中的CO2已在海水中达到溶解平衡，在无有效的消解海水中溶解的CO2的情况下，直接将高浓度CO2溶解在海水中后CO2会在相对较短的时间内再次逸散到大气中。直接封存在海底中的CO2与海水间无有效的阻隔，在海底洋流的作用下容易快速在海水中溶解扩散，最终还是无法避免逸散到大气中，导致封存失败。
因此，为了实现长效、稳定的CO2封存，需要开发一种操作简单，CO2不易逸散的碳封存方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有助于实现长效稳定CO2封存的海底二氧化碳封存方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种二氧化碳封存方法，其中，该方法包括：
将灌满高浓度盐水的CO2储存容器置于不小于3000米深度的海水中；
将液态CO2通过液态CO2输送管道自CO2储存容器的进液管注入CO2储存容器中，将CO2储存容器中的高浓度盐水自CO2储存容器的排液管排出，直至CO2储存容器内充满液态CO2且存在部分液态CO2溢出至CO2储存容器的进液管和排液管中；其中，液态CO2输送管道与CO2储存容器的进液管连接；
将液态CO2输送管道与CO2储存容器的进液管分离；溢出至CO2储存容器的进液管和排液管中的液态CO2与海水接触生成CO2水合物封堵CO2储存容器的进液管和排液管；
其中，CO2储存容器的排液管位于CO2储存容器的顶部；
其中，以高浓度盐水的总质量为100％计，高浓度盐水中盐的质量浓度不低于20％。
在上述二氧化碳封存方法中，使用质量分数为20％以上的高浓度盐水充满CO2储存容器，在液态CO2充满CO2储存容器之前，进入CO2储存容器中的液态CO2与20％以上的高浓度盐水接触，能够有效避免液态CO2在注入阶段就形成CO2水合物封堵进液管和排液管，导致封存失败。在上述二氧化碳封存方法中，当CO2储存容器内充满液态CO2且存在部分液态CO2溢出至CO2储存容器的进液管和排液管后，进液管和排液管中存在液态CO2与海水接触，这些与海水接触的液态CO2容易形成水合物，这些水合物堆积在进液管和排液管中，封堵进液管和排液管，使液态CO2被封存在置于深海中的CO2储存容器中。在不小于3000米深度的海水中，液态CO2的密度大于海水，注入的液态CO2以负浮力的液体存在，能够使CO2储存容器稳定于海底。
在上述二氧化碳封存方法中，优选地，所述高浓度盐水中的盐为氯化钠。
在上述二氧化碳封存方法中，优选地，将灌满高浓度盐水的CO2储存容器置于不小于3000米深度的海水中的过程中，所述CO2储存容器的排液管处于与海水连通的状态；从而控制CO2储存容器的内外压差，避免CO2储存容器因海水压力大而遭到损坏。
在上述二氧化碳封存方法中，优选地，所述CO2储存容器的进液管的长度不低于0.5m；便于液态CO2充满储器后在管内生成CO2水合物，用于封堵储器内的CO2。
在上述二氧化碳封存方法中，优选地，所述CO2储存容器的排液管的长度不低于0.5m；便于液态CO2充满储器后在管内生成CO2水合物，用于封堵储器内的CO2。
在上述二氧化碳封存方法中，优选地，所述CO2储存容器设置有中空的壳体，所述壳体的材质为水泥。
在上述二氧化碳封存方法中，优选地，所述CO2储存容器设置有水泥浇筑层；更优选地，所述水泥浇筑层设置于壳体底部。
在上述二氧化碳封存方法中，优选地，所述CO2储存容器设有锚腿；更优选地，所述锚腿固定于水泥浇筑层下端。
在上述二氧化碳封存方法中，优选地，所述将液态CO2通过液态CO2输送管道自CO2储存容器的进液管注入CO2储存容器中通过下述方式实现：
将海上平台的液态CO2储罐中液态CO2通过计量泵注入到液态CO2输送管道中，液态CO2经过液态CO2输送管道进入CO2储存容器中。
本发明提供的二氧化碳封存方法具有存储量大、CO2不易逸散等优点，可有效提高海底CO2的储存效率。与现有技术相比，本发明提供的技术方案具备如下有益效果：
1、本发明提供的技术方案能够有效地实现海底CO2的大规模储存和长期隔离。
2、本发明提供的技术方案，能够实现在液态CO2充满储存容器后生成CO2水合物有效阻止储存容器内液态CO2的扩散，从而达到长期封存的目标。
3、本发明提供的技术方案，在海洋3000米以下进行封存，CO2逸散速度小且与海水接触面积小，综合使得CO2封存效率提高。
4、本发明提供的技术方案，对设备要求低，所用设备成本低廉容易获取；并且操作步骤简单，容易实现。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的二氧化碳封存方法的流程示意图。
图2为本发明一实施例使用的CO2储存容器的结构示意图。
图3为本发明一实施例使用的二氧化碳封存系统。
附图标记说明：
1壳体；2进液管；3排液管；4水泥浇筑层；5锚腿。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明一实施例提供了一种二氧化碳封存方法，该方法包括：
步骤1：将灌满高浓度盐水的CO2储存容器置于不小于3000米深度的海水中；其中，以高浓度盐水的总质量为100％计，高浓度盐水中盐的质量浓度不低于20％；
步骤2：将液态CO2通过液态CO2输送管道自CO2储存容器的进液管注入CO2储存容器中，将CO2储存容器中的高浓度盐水自CO2储存容器的排液管排出，直至CO2储存容器内充满液态CO2且存在部分液态CO2溢出至CO2储存容器的进液管和排液管中；其中，液态CO2输送管道与CO2储存容器的进液管连接；其中，CO2储存容器的排液管位于CO2储存容器的顶部；
步骤3：将液态CO2输送管道与CO2储存容器的进液管分离；溢出至CO2储存容器的进液管和排液管中的液态CO2与海水接触生成CO2水合物封堵CO2储存容器的进液管和排液管。
在本发明一个可选的例子中，高浓度盐水中的盐为氯化钠。
在本发明一个可选的例子中，图2所示，CO2储存容器包括中空的壳体1、进液管2、排液管3、水泥浇筑层4和锚腿5；其中，进液管2、排液管3分别与壳体1连通；其中，排液管3位于壳体1的顶部；水泥浇筑层4设置于壳体1底部；锚腿5固定于水泥浇筑层下端；
进一步地，进液管2的长度不低于0.5m；
进一步地，排液管3的长度不低于0.5m；
进一步地，所述壳体1的材质为水泥；
进一步地，锚腿5的数量为4；
进一步地，排液管3的数量为4。
在本发明一个可选的例子中，二氧化碳封存方法使用如图3所示的二氧化碳封存系统进行，二氧化碳封存系统包括CO2储存容器、海上平台8、计量泵7和液态CO2储罐6；其中，CO2储存容器结构与图2所示的CO2储存容器相同，计量泵7和液态CO2储罐6设置于海上平台8上，计量泵7的泵入口与液态CO2储罐6出口连接，计量泵7的泵出口通过液态CO2输送管道与CO2储存容器的进液管2连通；
进一步地，所述将液态CO2通过液态CO2输送管道自CO2储存容器的进液管注入CO2储存容器中通过下述方式实现：
将海上平台8的液态CO2储罐6中液态CO2通过计量泵7注入到液态CO2输送管道中，液态CO2经过液态CO2输送管道进入CO2储存容器中。
在本发明一个可选的例子中，将灌满高浓度盐水的CO2储存容器置于不小于3000米深度的海水中的过程中，所述CO2储存容器的排液管处于与海水连通的状态。
使用水合物计算软件计算得知高浓度盐水(盐的质量浓度不低于20％)可以有效在压力40MPa时抑制CO2形成水合物，由此使用质量分数为20％以上的高浓度盐水充满CO2储存容器，在液态CO2充满CO2储存容器之前，进入CO2储存容器中的液态CO2与20％以上的高浓度盐水接触，能够有效避免液态CO2在注入阶段就形成CO2水合物封堵进液管和排液管，导致封存失败。在上述实施例提供的二氧化碳封存方法中，当CO2储存容器内充满液态CO2且存在部分液态CO2溢出至CO2储存容器的进液管和排液管后，进液管和排液管中存在液态CO2与海水接触，这些与海水接触的液态CO2容易形成水合物，这些水合物堆积在进液管和排液管中，封堵进液管和排液管，使液态CO2被封存在置于深海中的CO2储存容器中。在不小于3000米深度的海水中，液态CO2的密度大于海水，注入的液态CO2以负浮力的液体存在，能够使CO2储存容器稳定于海底。
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

Claims (12)

1.一种二氧化碳封存方法，其中，该方法包括：
将灌满高浓度盐水的CO2储存容器置于不小于3000米深度的海水中；
将液态CO2通过液态CO2输送管道自CO2储存容器的进液管注入CO2储存容器中，将CO2储存容器中的高浓度盐水自CO2储存容器的排液管排出，直至CO2储存容器内充满液态CO2且存在部分液态CO2溢出至CO2储存容器的进液管和排液管中；其中，液态CO2输送管道与CO2储存容器的进液管连接；在液态CO2充满CO2储存容器之前，进入CO2储存容器中的液态CO2与高浓度盐水接触；
将液态CO2输送管道与CO2储存容器的进液管分离；溢出至CO2储存容器的进液管和排液管中的液态CO2与海水接触生成CO2水合物封堵CO2储存容器的进液管和排液管；
其中，CO2储存容器的排液管位于CO2储存容器的顶部；
其中，以高浓度盐水的总质量为100％计，高浓度盐水中盐的质量浓度不低于20％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将灌满高浓度盐水的CO2储存容器置于不小于3000米深度的海水中的过程中，所述CO2储存容器的排液管处于与海水连通的状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述CO2储存容器的进液管的长度不低于0.5m；
所述CO2储存容器的排液管的长度不低于0.5m。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高浓度盐水中的盐为氯化钠。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述CO2储存容器设置有中空的壳体，所述壳体的材质为水泥。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其中，所述CO2储存容器设置有水泥浇筑层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，当所述CO2储存容器设置有中空的壳体时，所述水泥浇筑层设置于壳体底部。
8.根据权利要求1、5、7中任一项所述的方法，其中，所述CO2储存容器设有锚腿。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述CO2储存容器设有锚腿。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，当所述CO2储存容器设置有水泥浇筑层时，所述锚腿固定于水泥浇筑层下端。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述CO2储存容器设置有水泥浇筑层时，所述锚腿固定于水泥浇筑层下端。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将液态CO2通过液态CO2输送管道自CO2储存容器的进液管注入CO2储存容器中通过下述方式实现：
将海上平台的液态CO2储罐中液态CO2通过计量泵注入到液态CO2输送管道中，液态CO2经过液态CO2输送管道进入CO2储存容器中。
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