CN116040138A - 一种二氧化碳水合物海洋封存方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳水合物海洋封存方法，它包括以下步骤1、利用二氧化碳捕集技术获取二氧化碳气体并储存；步骤2、制备二氧化碳水合物和罐装二氧化碳水合物；步骤3、将罐装二氧化碳水合物投放在二氧化碳水合物的长期封存的深海海底。本发明的技术效果是：通过二氧化碳水合物封存深海海底，可有效解决海洋碳封存致使海洋酸化、生物灭亡等问题，利用深海海底高压、低温条件维持混凝土封存罐和二氧化碳水合物形态稳定，阻止封存二氧化碳直接进入海洋，实现海洋二氧化碳安全高效封存。
Description
技术领域
本发明属于二氧化碳封存技术领域，具体涉及一种二氧化碳水合物海洋封存方法，在深海海底利用二氧化碳水合物实现二氧化碳封存，减排降碳。
背景技术
近年来，人类使用化石燃料排放大量二氧化碳等温室气体，导致气候变暖、冰川融化、海平面上升、极端气候等环境问题，因此多国均制定了相应的二氧化碳排放政策。二氧化碳的封存技术实际上就是把二氧化碳存放在特定的一种自然或人工“容器”中，利用物理、化学、生化等方法，将二氧化碳封存百年甚至更长的时间。森林、海洋、地层、化学反应器等都可以作为封存二氧化碳的“容器”。碳捕集、利用与封存技术（Carbon CaptureUtilization and Storage，CCUS）逐渐被世界各国公认为是最具潜力的一种碳减排技术。
目前捕集的二氧化碳主要以特定方式封存于特定场所。由于海洋水合物的碳封存能力远高于陆地，大气中过多的二氧化碳要依靠深海环境条件来封存，因此探索二氧化碳的海底封存技术至关重要。
但是现有的二氧化碳海洋封存方式主要是以气态、液态和固态二氧化碳直接注入海洋封存，这会导致海洋酸化，破坏海洋生态环境，引起海洋生物的死亡等问题，这种二氧化碳封存手段不符合海洋的合理利用。
发明内容
针对现有海洋二氧化碳水合物封存技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种海洋二氧化碳水合物封存方法，它利用二氧化碳水合物将二氧化碳封存于深海海底。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：
步骤1、利用二氧化碳捕集技术获取二氧化碳气体并储存；
现有二氧化碳捕集技术主要包括吸附分离法、吸收分离法和膜分离法。所述吸附分离法采用吸附剂在含二氧化碳的混合气体中，即用吸附剂（活性炭、活性氧化铝、分子筛等）将气体中的二氧化碳吸附，然后在通过降压、升温等技术手段将吸附的二氧化碳解吸并进行收集。虽然回收二氧化碳浓度低，但是其操作简单、成本低。所述吸收分离法是通过液体溶剂（多胺）的将混合气体中的二氧化碳溶解分离，然后采用加热等手段使吸收剂与二氧化碳分离并进行收集；其操作流程复杂、成本高，但技术成熟、处理能力高、效率高。所述膜分离法是用特殊分子膜作为过滤器，将混合气体中的二氧化碳过滤收集；该膜分离法主要适用于气源干净、二氧化碳浓度不高于90%的场所。综合考虑能耗、二氧化碳浓度需要，海洋二氧化碳水合物封存技术不依赖过高二氧化碳浓度，因此本专利可以采用吸附分离方式捕集二氧化碳。
步骤2、制备二氧化碳水合物和罐装二氧化碳水合物；
步骤3、将罐装二氧化碳水合物投放在二氧化碳水合物的长期封存的深海海底。
优选地，在步骤2中包括以下步骤：
步骤21、采用高强度混凝土材料制备相应的二氧化碳水合物封存罐，封存罐在大气中能承受二氧化水合物深海封存的温度、压力条件，适应于制备、运输和放置二氧化碳水合物；还制备与储存罐外径相匹配的高压反应釜（高压是指大于二氧化碳水合物合成压力）；
步骤22、根据设计的封存罐尺寸，计算所能封存二氧化碳水合物的体积，并通过水合物平衡方程计算所需气体体积和水的质量；
考虑0.85的实际封存体积，即1体积封存罐可封存0.85体积二氧化碳水合物；通过化学式计算1个标准大气压下所需气体体积和水的质量。
步骤23、将封存罐置于高压反应釜中，向封存罐中注入所能封存二氧化碳水合物所需质量的水，高压反应釜设置有进气阀门和排气阀门密闭封存罐，对封存罐恒温处理，调节高压反应釜温度在4℃以下，并确保冷冻时间不少于24小时，形成二氧化碳水合物生成温度条件；
步骤24、向高压反应釜中封存罐内通入适量CO2气体，排出封存罐内的空气，关闭排气阀；之后向封存罐中通入所需体积的CO2气体；
步骤25、密封高压反应釜，将高压反应釜温度调至低于4℃，高压反应釜压力调至预定二氧化碳水合物合成压力（≥2.33MPa），使封存罐中CO2温度低于二氧化碳水合物合成冰点(0℃~4℃)，同时监测高压反应釜内压力。
在步骤3中，将高压反应釜拖至预先选定的深海封存区域，关闭高压反应釜的进气阀门，排除剩余未反应CO2，采用注浆方式密封封存罐，打开高压反应釜，将封存罐从反应釜中取出并放置于海底，实现对二氧化碳的封存。
本发明过程的能耗主要包括二氧化碳捕集、制备封存罐、水合物合成和投放四个方面，每封存1吨CO2，预计各环节耗能分别为：4.0e9J、1.5e8J、1.0e9J、3.0e8J，合计5.45e9J，折合成碳量约0.166吨。碳的净封存量达0.834吨。
本发明的技术效果是：
通过二氧化碳水合物封存深海海底，可有效解决海洋碳封存致使海洋酸化、生物灭亡等问题，利用深海海底高压、低温条件维持混凝土封存罐和二氧化碳水合物形态稳定，阻止封存二氧化碳直接进入海洋，实现海洋二氧化碳安全高效封存。
Claims (3)
1.一种二氧化碳水合物海洋封存方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、利用二氧化碳捕集技术获取二氧化碳气体并储存；
步骤2、制备二氧化碳水合物和罐装二氧化碳水合物；
步骤3、将罐装二氧化碳水合物投放在二氧化碳水合物的长期封存的深海海底。
2.根据权利要求1所述二氧化碳水合物海洋封存方法，其特征是，在步骤2中包括以下步骤：
步骤21、采用高强度混凝土材料制备相应的二氧化碳水合物封存罐，封存罐在大气中能承受二氧化水合物深海封存的温度、压力条件，适应于制备、运输和放置二氧化碳水合物；还制备与储存罐外径相匹配的高压反应釜；
步骤22、根据设计的封存罐尺寸，计算所能封存二氧化碳水合物的体积，并通过水合物平衡方程计算所需气体体积和水的质量；
步骤23、将封存罐置于高压反应釜中，向封存罐中注入所能封存二氧化碳水合物所需质量的水，高压反应釜设置有进气阀门和排气阀门密闭封存罐，对封存罐恒温处理，调节高压反应釜温度在4℃以下，并确保冷冻时间不少于24小时，形成二氧化碳水合物生成温度条件；
步骤24、向高压反应釜中封存罐内通入适量CO2气体，排出封存罐内的空气，关闭排气阀；之后向封存罐中通入所需体积的CO2气体；
步骤25、密封高压反应釜，将高压反应釜温度调至低于4℃，高压反应釜压力调至预定二氧化碳水合物合成压力，使封存罐中CO2温度低于二氧化碳水合物合成冰点，同时监测高压反应釜内压力。
3.根据权利要求2所述二氧化碳水合物海洋封存方法，其特征是，在步骤3中，将高压反应釜拖至预先选定的深海封存区域，关闭高压反应釜的进气阀门，排除剩余未反应CO2，采用注浆方式密封封存罐，打开高压反应釜，将封存罐从反应釜中取出并放置于海底。
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