CN115523783A - 一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，属于二氧化碳封存与储能技术领域。本发明将捕集到的二氧化碳废弃加热后泵入废弃能源区的储层中进行地质封存；利用二氧化碳所带的热量对储层进行加热同时实现储能；待储能达到地热资源利用标准时，用工质开采储层中的热能进行供暖和发电。本发明的方法集二氧化碳封存和储能的特点，大大提高了二氧化碳的减排利用率，利用两者的优势，降低了二氧化碳封存和储能的成本，提高了经济性能。

Description

一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法
技术领域
本发明涉及二氧化碳封存与储能技术领域，尤其涉及一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法。
背景技术
传统化石能源的利用导致二氧化碳的大量排放，温室效应等环境问题频发。目前，清洁能源的普及和能源利用新技术受到世界各国的关注。其中，二氧化碳封存技术和二氧化碳储能技术是实现二氧化碳减排和再利用的重要手段。
二氧化碳封存技术指通过工程技术手段将捕集的二氧化碳注入陆地或海洋深处，在漫长的时间里与大气隔绝，使其与岩石反应沉淀或溶解在其他储层之中，以此来实现埋存二氧化碳、减少碳排放的目的。但由于技术特点，其经济成本较高，与其他技术结合的难度较大。
二氧化碳储能技术指以二氧化碳为工质，利用其优良的热力学性质将能量储存在适宜的特殊储层中，在释能阶段通过相关装置释放热能进行输出。相较于水，超临界二氧化碳具备粘度小、密度大、导热性能好等特点，可以进入更微小的孔隙，且液态和气态二氧化碳均可用于能量存储。
因此，如何实现二氧化碳封存技术与储能技术一体化，大大提高二氧化碳减排利用并提高经济性，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，包括以下步骤：
1)将捕集到的二氧化碳废气加热后泵入废弃能源区的储层中进行地质封存；
2)利用二氧化碳所带的热量对储层进行加热同时实现储能；
3)待储能达到地热资源利用标准时，用工质开采储层中的热能进行供暖和发电。
进一步的，所述步骤1)中，二氧化碳废气来源于热电厂废气、钢材厂废气、汽车尾气中的一种或几种；
储层位于地表以下800～3500米。
进一步的，所述步骤1)中，将捕集到的二氧化碳废气加热的具体步骤为：利用热能转换装置，用热源对二氧化碳废气加热至80～150℃。
进一步的，所述热源来自于太阳能、油田废热和工业余热中的一种或几种。
进一步的，所述步骤1)中，废弃能源区包含废弃石油天然气田、不可开采的煤田或深部含水盐层中的一种。
进一步的，所述步骤1)中，地质封存的形式包括CO2被圈闭在储层中、CO2与岩石发生反应生成固体矿物和CO2吸附在储层的岩石上中的一种或几种。
进一步的，所述步骤2)中，对储层进行加热的温度为70～140℃。
进一步的，所述步骤3)中，工质为水或二氧化碳。
本发明的有益效果：
本发明通过实现二氧化碳封存和储能一体化的方式，既降低了二氧化碳封存的成本，又实现了二氧化碳的减排及利用。通过将二氧化碳封存于储层中，利用二氧化碳加热后带去的热量对储层进行加热实现储能。待储层中的能量存储到一定程度时，达到地热资源利用标准时，可以利用水或者二氧化碳等工质开采其中的热能进行供暖、发电等利用。根据不同的应用场景，在减少碳排放的同时可以满足不同储能周期需求。
单纯的二氧化碳封存成本较高，时间较长。与二氧化碳储能结合，利用封存的二氧化碳这个现有的容器进行能量储存可提高能源利用程度，改善经济性。
具体实施方式
本发明提供了一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，包括以下步骤：
1)将捕集到的二氧化碳废气加热后泵入废弃能源区的储层中进行地质封存；
2)利用二氧化碳所带的热量对储层进行加热同时实现储能；
3)待储能达到地热资源利用标准时，用工质开采储层中的热能进行供暖和发电。
在本发明中，二氧化碳泵入废弃能源区的压强为8～20MPa，优选为8.5～15MPa，进一步优选为10～13MPa。
在本发明中，所述步骤1)中，二氧化碳废气来源于热电厂废气、钢材厂废气、汽车尾气中的一种或几种，优选为热电厂废气。
在本发明中，储层位于地表以下800～3500米，优选为1500～2800米，进一步优选为1800～2500米。
在本发明中，所述二氧化碳废气中二氧化碳的含量≥90at.％，优选为≥92at.％。
在本发明中，所述步骤1)中，将捕集到的二氧化碳废气加热的具体步骤为：利用热能转换装置，用热源对二氧化碳废气加热至80～150℃，优选为90～140℃，进一步优选为100～120℃。
在本发明中，所述热源来自于太阳能、油田废热和工业余热中的一种或几种，优选为太阳能。
在本发明中，所述步骤1)中，废弃能源区包含废弃石油天然气田、不可开采的煤田或深部含水盐层中的一种，优选为石油天然气田。
在本发明中，所述步骤1)中，地质封存的形式包括CO2被圈闭在储层中、CO2与岩石发生反应生成固体矿物和CO2吸附在储层的岩石上中的一种或几种，优选为CO2与岩石发生反应生成固体矿物。
在本发明中，所述步骤2)中，对储层进行加热的温度为70～140℃，优选为80～130℃，进一步优选为90～120℃。
在本发明中，工质为水或二氧化碳，优选为二氧化碳。
在本发明中，待冬天的时候，利用水或者CO2等工质将地下储层中存储的热能开采出来进行供暖或发电利用；冬天以外的时间进行CO2地质封存、储能，冬天进行地下热能开采利用，如此反复。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将从热电厂废气捕集到的二氧化碳废气(二氧化碳含量90at.％)通过热能转换装置利用太阳能的热量对二氧化碳废气加热至100℃，通过高压泵(8MPa)将加热后的二氧化碳废气泵入废弃石油天然气田地表以下800米的储层中，二氧化碳部分被圈闭在储层中、部分与岩石发生反应生产固体矿物、部分吸附在储层的岩石上。
储层被加热至90℃，待储层储能达到地热资源利用标准时，用二氧化碳工质开采储层中的热能进行供暖和发电。
实施例2
将从钢材厂废气捕集到的二氧化碳废气(二氧化碳含量92at.％)通过热能转换装置利用油田废热的热量对二氧化碳废气加热至120℃，通过高压泵(8.5MPa)将加热后的二氧化碳废气泵入不可开采的煤田地表以下1000米的储层中，二氧化碳部分被圈闭在储层中、部分与岩石发生反应生产固体矿物、部分吸附在储层的岩石上。
储层被加热至100℃，待储层储能达到地热资源利用标准时，用水工质开采储层中的热能进行供暖和发电。
实施例3
将从汽车尾气捕集到的二氧化碳废气(二氧化碳含量93at.％)通过热能转换装置利用工业余热的热量对二氧化碳废气加热至140℃，通过高压泵(15MPa)将加热后的二氧化碳废气泵入深部含水盐层地表以下2500米的储层中，二氧化碳部分被圈闭在储层中、部分与岩石发生反应生产固体矿物、部分吸附在储层的岩石上。
储层被加热至120℃，待储层储能达到地热资源利用标准时，用二氧化碳工质开采储层中的热能进行供暖和发电。
实施例4
将从热电厂废气捕集到的二氧化碳废气(二氧化碳含量93at.％)通过热能转换装置利用工业余热的热量对二氧化碳废气加热至130℃，通过高压泵(9.6MPa)将加热后的二氧化碳废气泵入不可开采的煤田地表以下1500米的储层中，二氧化碳部分被圈闭在储层中、部分与岩石发生反应生产固体矿物、部分吸附在储层的岩石上。
储层被加热至115℃，待储层储能达到地热资源利用标准时，用水工质开采储层中的热能进行供暖和发电。
实施例5
将从钢材厂废气捕集到的二氧化碳废气(二氧化碳含量90at.％)通过热能转换装置利用太阳能的热量对二氧化碳废气加热至150℃，通过高压泵(20MPa)将加热后的二氧化碳废气泵入废弃石油天然气田地表以下3500米的储层中，二氧化碳部分被圈闭在储层中、部分与岩石发生反应生产固体矿物、部分吸附在储层的岩石上。
储层被加热至140℃，待储层储能达到地热资源利用标准时，用水工质开采储层中的热能进行供暖和发电。
对比例1
按照目前实施的采用超临界状态地质封存二氧化碳，其注入过程缓慢，且为达到30～40MPa的目标压强需要极大的气体压缩成本。一般要求注入深度为地表下4000～5000米。超临界状态的二氧化碳在注入过程中存在流动性差，相变可能性高等缺点。在注入封存后，由于温度压强变化等原因容易发生泄漏，且不易勘察泄漏点。
由以上实施例可知，本发明提供了一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法。本发明一体化方法集二氧化碳封存和储能的特点，大大提高了二氧化碳的减排利用率，利用两者的优势，降低了二氧化碳封存和储能的成本，提高了经济性能。
本发明相对于目前二氧化碳地质封存的方法，不仅不需要注入极大的气体压缩成本，且在地表深层也能够实现二氧化碳的封存，不需要利用特殊的设备即可实现。封存的二氧化碳可对地下储层进行加热实现储能，待储能达到地热资源利用标准时，用工质开采储层中的热能即可进行供暖和发电。待冬天的时候，利用水或者CO2等工质将地下储层中存储的热能开采出来进行供暖或发电利用；冬天以外的时间进行CO2地质封存、储能，冬天进行地下热能开采利用，如此反复可实现资源的最大化利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将捕集到的二氧化碳废气加热后泵入废弃能源区的储层中进行地质封存；
2)利用二氧化碳所带的热量对储层进行加热同时实现储能；
3)待储能达到地热资源利用标准时，用工质开采储层中的热能进行供暖和发电。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，其特征在于，所述步骤1)中，二氧化碳废气来源于热电厂废气、钢材厂废气、汽车尾气中的一种或几种；
储层位于地表以下800～3500米。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，其特征在于，所述步骤1)中，将捕集到的二氧化碳废气加热的具体步骤为：利用热能转换装置，用热源对二氧化碳废气加热至80～150℃。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，其特征在于，所述热源来自于太阳能、油田废热和工业余热中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，其特征在于，所述步骤1)中，废弃能源区包含废弃石油天然气田、不可开采的煤田或深部含水盐层中的一种。
6.根据权利要求1或3或5所述的二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，其特征在于，所述步骤1)中，地质封存的形式包括CO2被圈闭在储层中、CO2与岩石发生反应生成固体矿物和CO2吸附在储层的岩石上中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，其特征在于，所述步骤2)中，对储层进行加热的温度为70～140℃。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳封存与二氧化碳储能一体化的方法，其特征在于，所述步骤3)中，工质为水或二氧化碳。
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