CN117167018B - 适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，包括CO₂存储单元、液态CO₂输送管、矿石收集单元、提升管组、分离单元、CO₂收集管组及电控单元，所述CO₂存储单元包括气态CO₂储存罐、压缩机一和液态CO₂储存罐，气态CO₂储存罐通过压缩机一与液态CO₂储存罐管路相连。提升管组包括上段管道和下段管道，上端与分离单元相连，下端与矿石收集单元相连。液态CO₂输送管上端与液态CO₂储存罐相连，中部通过相变加热管与超临界CO₂加注器相连。分离单元包括收集箱和带输送机构，收集箱与提升管组上端相连，收集箱与气态CO₂储存罐相连。本发明采用超临界态CO₂加入上段管道提升矿石，简化结构、降低成本，易于控制矿石流速，减少对管道破坏，提升效率高。

Description

适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统

技术领域

本发明涉及深海采矿技术领域，具体涉及一种适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统。

背景技术

随着陆地矿产资源的开采难度加剧，人们把目光转移到了海洋，发现深海中有许多未被开发的矿产资源。深海中的矿产资源主要包括多金属结核，富钴结壳和多金属硫化物，其中多金属结核富含锰、钴、铜等稀缺矿产。铜、镍、钴等金属元素在电子、电池、航空、军工等高科技产业中有着广泛的应用。例如，钴是制造锂离子电池的重要原料，铜和镍是制造电线、管道的重要原料。

深海多金属结核的开采涉及三个主要系统，包括采矿车采集系统，提升系统和海面母船支持系统。其中提升系统是深海采矿的最重要的系统之一，如何将在深海5000米采集到的结核安全稳定并且大量的输送到海面母船中，是一个至关重要的任务。现有的提升装置主要采用管道提升系统，按驱动方式的不同可将管道提升系统分为水力提升式和气力提升式两类。

水力提升是通过串接在管道上的矿浆输送泵将矿物提升到水面船。水力提升效率较高，但结构复杂，每段提升管都需要配备输送泵，这种系统的安装和维护都需要高度的专业知识和技术，传统水力提升输送管道需要每隔一定长度安装一个离心泵用于提升海水和矿石，成本较高。此外，由于深海环境的严酷性，这些设备需要有足够的耐用性和可靠性，能够抵抗高压、低温和海水腐蚀等条件，这就需要在设计和制造上投入更多的成本和精力，建造成本较高。水力提升系统需要大量的能源来驱动水力泵，以产生足够的压力来将海底的矿石提升到水面，能量效率较低。此外，系统的运行还会产生噪音和振动，可能会对海洋生物产生影响。

气力提升是通过压缩机向输运管道内输入气体，利用输送管道内外流体的位能差和气压的动能，把矿物从海底提升至海面。气力提升系统结构简单，但系统效率低且需采用大直径的提升管道，会增加管道布放回收及整个采矿系统运行的成本和难度，传统气力提升输送管道通常直径约为1米，管径较大，铺设成本较高。气力提升系统中的压力会随着深度的减少而减少，压缩气体逐渐膨胀，对管道产生冲击作用，易损坏管道。压缩气体与矿石、泥浆混合后，形成气柱，气柱的密度较低，一直处于加速状态，最后速度过快难以控制，影响母船的收集工作。气力管道输送中，气柱会形成五种流态，其中速度过快会出现环状流，环状流基本不具备矿石输送能力，导致输送效率低。因此，现有技术亟待进一步改进。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，解决现有的矿石水力提升方式存在需要大量的水力泵，结构复杂且制造成本高，提升效率低，能耗大的问题；矿石气力提升方式需采用大直径的提升管道，会增加管道布放回收及整个采矿系统运行的成本和难度，气力提升系统中的压力会随着深度的减少而减少，压缩气体逐渐膨胀，对管道产生冲击作用，不易于控制流速、损坏管道问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，包括CO₂存储单元、液态CO₂输送管、矿石收集单元、提升管组、分离单元、CO₂收集管组及电控单元，所述CO₂存储单元包括气态CO₂储存罐、压缩机一和液态CO₂储存罐，气态CO₂储存罐的出口端通过所述压缩机一与液态CO₂储存罐的进口端管路相连。

提升管组包括竖向布置上段管道和下段管道，上段管道的上端与设置在海面支持母船101上的分离单元相连相通，其下端通过超临界CO₂加注器与下段管道的上端相连相通。

矿石收集单元位于海床表面，下段管道的下端与矿石收集单元相连，所述矿石收集单元能够与多个采矿车管路相连。

液态CO₂输送管设在提升管组外部，其上端通过CO₂加注仓与液态CO₂储存罐相连，下端能够与多个采矿车管路相连，液态CO₂输送管通过相变加热管与超临界CO₂加注器相连。

分离单元包括收集箱和带输送机构，收集箱的一侧与上段管道相连，带输送机构设置在收集箱内部，收集箱通过所述CO₂收集管组与气态CO₂储存罐相连。

进一步地，所述矿石收集单元包括平台、矿石汇流仓和中继站，所述平台为钢结构支架，矿石汇流仓安装在平台的下部，矿石汇流仓的出口端通过管路与中继站的上部相连，矿石汇流仓具有多个入口端，各入口端分别连接一个抽送管，每个抽送管能够连接一辆采矿车。

平台上设置有分流器，所述分流器具有一个进口和多个出口，分流器的进口与液态CO₂输送管的下端相连，分流器的各出口分别连接有一个液态CO₂支管，每个液态CO₂支管能够连接一辆采矿车。

进一步地，中继站为底部锥形的封闭箱体，中继站和矿石汇流仓之间的管路上设置有抽吸泵，采矿车采集的矿石经过矿石汇流仓被抽送至中继站内部，并沉降至中继站的底部。

所述下段管道的下端穿过中继站顶部伸至中继站的下部，其外侧壁与中继站顶壁固定焊接成一体。

进一步地，下段管道包括由上往下依次对应排布的多个第一管道单体，各第一管道单体的上端均设有提升泵，任意相邻两个第一管道单体的对应端通过所述提升泵相连。

上段管道包括多个第二管道单体，各第二管道单体均竖向布置且由上往下依次固定相连成一体，末位次第二管道单体的下端与超临界CO₂加注器上端相连，超临界CO₂加注器下端通过提升泵与首位次第一管道单体的上端相连。

进一步地，第二管道单体包括内层管体和外层管体，内层管体位于外层管体内侧且与其同轴布置。

外层管体的两端分别通过一个法兰盘与内层管体的对应端固定相连，内、外层管体之间形成封闭的第一环形空腔。

所述第一环形空腔的内部设置螺旋加热管，外层管体的内侧壁上设有隔热层。

进一步地，超临界CO₂加注器包括射流喷嘴和圆筒壳体，圆筒壳体包括竖向布置的内套筒和外套筒，内套筒与外套筒同轴布置且位于其内侧，上下两端分别通过一个法兰座固定相连，内套筒与外套筒之间形成第二环形空腔。

射流喷嘴有多组，均匀布置在第二环形空腔的内部，每组射流喷嘴均包括沿内套筒的轴向间隔布置的至少两个射流喷嘴。

射流喷嘴均竖向倾斜布置，其上端穿设于内套筒上，第二环形空腔通过各射流喷嘴与内套筒的内侧相通。

进一步地，相变加热管的外部设置有多个电加热环，多个电加热环沿相变加热管的长度方向依次布置，电加热环的外侧设置封装外壳，封装外壳的两端分别与相变加热管的外壁固定密封相连，将电加热环封装在其内侧。

相变加热管一端与液态CO₂输送管的中部相连相通，另一端与圆筒壳体的外壁相连且与第二环形空腔内部相通。

进一步地，所述收集箱有两个，上段管道的上端口通过三通电磁阀分别与两个收集箱的一侧相连。

收集箱内部具有收集仓和矿石暂存仓，收集仓位于靠近三通电磁阀的一侧，收集仓的底部设置有海水排出管，海水排出管上配置有第一电磁闸阀，第一电磁闸阀的信号端与电控单元通讯相连。

矿石暂存仓与收集仓相通，其端部具有倾斜布置的沥水板，收集箱与所述矿石暂存仓相邻的侧壁上开设有密封仓门，收集箱通过密封仓门可将矿石排出。

进一步地，带输送机构设置在收集仓的下部，其包括机架、主动辊、从动辊和输送带，主动辊和从动辊分别设置在机架顶部的两端且通过输送带相连，主动辊和从动辊之间依次设有多个支撑辊。

所述主动辊的一端穿过收集箱的侧壁并与其转动密封配合，主动辊伸至收集箱外侧的一端配置有步进电机。

进一步地，每个收集箱的一侧均配置有一个气态CO₂收集罐，CO₂收集管组包括第一收集管体和第二收集管体，所述收集箱的顶部通过第一收集管体与气态CO₂收集罐相连，第一收集管体上配置有第二电磁闸阀。

气态CO₂收集罐通过第二收集管体与气态CO₂储存罐相连。

所述收集箱的顶部设置有压力传感器，其上部内壁上设有液位传感器，所述压力传感器和液位传感器的信号端分别与电控单元通讯相连。

所述气态CO₂收集罐通过压缩机二与收集箱的顶部管路相连，所述压缩机二与收集箱之间设有单向阀，另外，所述收集箱的外部配置有真空泵。

通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

(1)矿石流动速度稳定，收集效率高。相对于传统气力提升所采用的压缩空气，超临界二氧化碳密度大于压缩空气，具备空气的易流动特性，所以相比于气力提升的高速流动，且体积随着高度逐渐膨胀，矿石提升运动的稳定性更好，效率更高，易于控制矿石的流速，极大减少矿石上升过程中对提升管壁的撞击。

(2)节省成本，布设立管提升系统的费用低。超临界二氧化碳立管提升系统的提升管道，超临界二氧化碳提升管道的管径与水力提升管道的相当，上段管道不需要安装离心泵，结构更简单，成本低，且更利于设备维护。

(3)采用可循环系统，易实现。超临界二氧化碳立管提升系统，系统中的二氧化碳经过从液态二氧化碳转变为超临界二氧化碳，再转变为气态二氧化碳，最后转变为液态二氧化碳的过程，全过程实现二氧化碳可循环利用。

(4)采用环保材料和环保能源，对环境无污染。二氧化碳是一种无毒、无害的，且易得的物质，采用二氧化碳即节能又环保。

附图说明

图1是本发明适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统的结构示意图。

图2是图1中某一部分的剖视图，示出的是第二管道单体的内部结构。

图3是图1中另一部分的剖视图，示出的是超临界CO₂加注器。

图4是本发明相变加热管及相关部分的结构示意图。

图5是图1中再一部分的结构示意图，示出的是分离单元及相关部分。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

实施例，结合图1至图5，一种适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，包括CO2存储单元1、液态CO₂输送管71、矿石收集单元2、提升管组、分离单元3、CO₂收集管组及电控单元，所述CO₂存储单元1包括气态CO₂储存罐11、压缩机一12和液态CO₂储存罐13，气态CO₂储存罐11的出口端通过所述压缩机一12与液态CO₂储存罐13的进口端管路相连。所述气态CO₂储存罐11与水面支持母船101上的CO₂制备装置管路相连，CO₂制备装置为气态CO₂储存罐11补充气态CO₂。电控单元包括配电箱和控制器，所述配电箱和控制器均采用现有技术，配电箱连接水面支持母船103的供电系统，为超临界二氧化碳立管提升系统的用电设备供电，控制器对超临界二氧化碳立管提升系统的电控部件进行程序控制。

矿石收集单元2位于海床表面，提升管组包括竖向布置上段管道4和下段管道5，下段管道5的下端与矿石收集单元2相连，所述矿石收集单元2能够与多个采矿车102管路相连。

所述矿石收集单元2包括平台21、矿石汇流仓22和中继站23，所述平台21为钢结构支架，矿石汇流仓22安装在平台21的下部，矿石汇流仓22的出口端通过管路与中继站23的上部相连，矿石汇流仓22具有多个入口端，各入口端分别连接一个抽送管24，每个抽送管24能够连接一辆采矿车102的矿石处理仓，采矿车102冲采的矿石进入矿石处理仓内部收集、破碎、暂存。

具体地，中继站23为底部锥形的封闭箱体，中继站23和矿石汇流仓22之间的管路上设置有抽吸泵25，采矿车102采集的矿石经过矿石汇流仓22被抽送至中继站23内部，并沉降至中继站23的底部。

提升管组包括竖向布置上段管道4和下段管道5，上段管道4的上端与设置在海面支持母船101上的分离单元3相连相通，其下端通过超临界CO₂加注器6与下段管道5的上端相连相通。所述下段管道5的下端穿过中继站23顶部伸至中继站23的下部，其外侧壁与中继站23顶壁固定焊接成一体。

具体地，下段管道5包括由上往下依次对应排布的多个第一管道单体51，各第一管道单体51的上端均设有提升泵52，任意相邻两个第一管道单体51的对应端通过所述提升泵52相连。

上段管道4包括多个第二管道单体41，各第二管道单体41均竖向布置且由上往下依次固定相连成一体，末位次第二管道单体41的下端与超临界CO₂加注器6上端相连，超临界CO₂加注器6下端通过提升泵52与首位次第一管道单体51的上端相连。

具体地，第二管道单体41包括内层管体和外层管体，内层管体位于外层管体内侧且与其同轴布置。外层管体的两端分别通过一个法兰盘46与内层管体的对应端固定相连，内、外层管体之间形成封闭的第一环形空腔42。所述第一环形空腔42的内部设置螺旋加热管43，外层管体的内侧壁上设有隔热层44。

超临界CO₂加注器6包括射流喷嘴62和圆筒壳体61，圆筒壳体61包括竖向布置的内套筒和外套筒，内套筒与外套筒同轴布置且位于其内侧，上下两端分别通过一个法兰座固定相连，内套筒与外套筒之间形成第二环形空腔63。

射流喷嘴62有多组，呈环形均匀布置在第二环形空腔63的内部，每组射流喷嘴62均包括沿内套筒的轴向间隔布置的三个射流喷嘴62。射流喷嘴62均竖向倾斜布置，其上端穿设于内套筒上，第二环形空腔63通过各射流喷嘴62与内套筒的内侧相通。

液态CO₂输送管71设在提升管组外部，其上端通过CO₂加注仓7与液态CO₂储存罐13相连，下端能够与多个采矿车102管路相连，液态CO₂输送管71通过相变加热管74与超临界CO₂加注器6相连。平台21上设置有分流器72，所述分流器72具有一个进口和多个出口，分流器72的进口与液态CO₂输送管的下端相连，分流器72的各出口分别连接有一个液态CO₂支管73，每个液态CO₂支管73能够连接一辆采矿车102。

具体地，相变加热管74的外部设置有多个电加热环75，多个电加热环75沿相变加热管74的长度方向依次布置，电加热环75的外侧设置封装外壳76，封装外壳76的两端分别与相变加热管74的外壁固定密封相连，将电加热环75封装在其内侧。相变加热管74一端与液态CO₂输送管71的中部相连相通，另一端与圆筒壳体61的外壁相连且与第二环形空腔63内部相通。

分离单元3包括收集箱31和带输送机构32，收集箱31的一侧与上段管道4相连，带输送机构32设置在收集箱31内部，收集箱31通过所述CO₂收集管组与气态CO₂储存罐11相连。

具体地，所述收集箱31有两个，上段管道4的上端口通过三通电磁阀45分别与两个收集箱31的一侧相连。收集箱31内部具有收集仓311和矿石暂存仓312，收集仓311位于靠近三通电磁阀45的一侧，收集仓311的底部设置有海水排出管33，海水排出管33上配置有第一电磁闸阀，第一电磁闸阀的信号端与电控单元通讯相连。

矿石暂存仓312与收集仓311相通，其端部具有倾斜布置的沥水板，收集箱31与所述矿石暂存仓312相邻的侧壁上开设有密封仓门，收集箱31通过密封仓门可将矿石排出。

另外，带输送机构32设置在收集仓311的下部，其包括机架、主动辊、从动辊和输送带，主动辊和从动辊分别设置在机架顶部的两端且通过输送带相连，主动辊和从动辊之间依次设有多个支撑辊。所述主动辊的一端穿过收集箱31的侧壁并与其转动密封配合，主动辊伸至收集箱31外侧的一端配置有步进电机。

具体地，每个收集箱31的一侧均配置有一个气态CO₂收集罐91，CO₂收集管组包括第一收集管体81和第二收集管体82，所述收集箱31的顶部通过第一收集管体81与气态CO₂收集罐91相连，第一收集管体81上配置有第二电磁闸阀。气态CO₂收集罐91通过第二收集管体82与气态CO₂储存罐11相连。

所述收集箱31的顶部设置有压力传感器，其上部内壁上设有液位传感器，所述压力传感器和液位传感器的信号端分别与电控单元通讯相连。所述气态CO₂收集罐91通过压缩机二与收集箱31的顶部管路相连，所述压缩机二92与收集箱31之间设有单向阀，另外，所述收集箱31的外部配置有真空泵10。

本发明一种适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统的工作原理或大致工作过程如下：经过射流充采的矿石进入采矿车102经过破碎处理后，形成体积较小的碎矿石。碎矿石经过抽送管24汇集进入矿石汇流仓22内部，再经过抽吸泵25抽送进入中继站23的内部，矿车落至中继站23的下部。所述提升泵52将中继站23内的碎矿石抽送进入下段管道5的内部，各级提升泵52将碎矿石在下段管道5内部连续提升，经过超临界CO₂加注器6后进入上段管道4。

气态CO₂储存罐11内的气态CO₂经过压缩机一12进行压缩后形成液态CO₂，液态CO₂进入液态CO₂储存罐13内部储存、备用。液态CO₂储存罐13内的液态CO₂的进入CO₂加注仓7，CO₂加注仓7内的液态CO₂被泵送进入液态CO₂输送管71内，并向下输送。液态CO₂输送管71的一部分液态CO₂进入分流器72内，通过分流器72分别供给各采矿车102进行矿石射流采集。

液态CO₂输送管71的一部分液态CO₂进入相变加热管74，通过相变加热管74内的过程中被加热成为超临界态CO₂，超临界态CO₂进入超临界CO₂加注器6的第二环形空腔63内，并通过各射流喷嘴62向上段管道4内部连续、均匀注入超临界态CO₂，超临界态CO₂在上段管道4内部与海水混合并携带碎矿石一起向上运动，上段管道4侧壁内的螺旋加热管43持续对上段管道4内部进行加热，使CO₂始终保持超临界态。超临界态CO₂的粘性远低于海水，使其具备低粘性、流速快的特点，其密度小于海水，提升矿石的过程中具有低的阻力、更好的流动性，更易于控制，能够提高矿石的输送效率。

混合有超临界态CO₂的海水携带碎矿石到达海面后，进入三通电磁阀45的入口，所述三通电磁阀45的阀芯切换其两个出口的开闭，具体地，三通电磁阀45的一个出口开启(关闭)，则另一个出口关闭(开启)，依次切换分别进入两个收集箱31内。

收集箱31内进入海水前为封闭状态，真空泵10对收集箱31内抽真空，之后压缩机二92将收集箱31内注入4～5个大气压的气态CO₂，之后，混合有超临界态CO₂的海水携带碎矿石进入该收集箱31内，注入海水和碎矿石的过程中，带输送机构32将落至其表面的碎矿石输送至收集仓311内。同时，超临界态CO₂相变为气态CO₂，，且位于收集箱31的上部，通过第一收集管体81连续进入气态CO₂收集罐91内收集，并气态CO₂收集罐91内的CO₂，达到一定压强后，泵送转移至气态CO₂储存罐11循环利用。当该收集箱31内的海水液面到达液位传感器的位置后，发送信号给电控单元，电控单元控制该收集箱31的进口关闭，另一收集箱31的进口开启。

该收集箱31底部的海水排出管33将其内部的海水排出，海水排出后密封仓门打开，将碎矿石排出该收集箱31，之后密封仓门关闭，再次对收集箱31的内部抽真空，去除经过密封仓门进入该收集箱31内的空气，之后，压缩机二92将收集箱31内注入4～5个大气压的气态CO₂，为再次接收海水和碎矿石做好准备。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的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，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，包括CO₂存储单元、液态CO₂输送管、矿石收集单元、提升管组、分离单元、CO₂收集管组及电控单元，所述CO₂存储单元包括气态CO₂储存罐、压缩机一和液态CO₂储存罐，气态CO₂储存罐的出口端通过所述压缩机一与液态CO₂储存罐的进口端管路相连；

提升管组包括竖向布置上段管道和下段管道，上段管道的上端与设置在海面支持母船上的分离单元相连相通，其下端通过超临界CO₂加注器与下段管道的上端相连相通；

矿石收集单元位于海床表面，下段管道的下端与矿石收集单元相连，所述矿石收集单元能够与多个采矿车管路相连；

液态CO₂输送管设在提升管组外部，其上端通过CO₂加注仓与液态CO₂储存罐相连，下端能够与多个采矿车管路相连，液态CO₂输送管通过相变加热管与超临界CO₂加注器相连；

分离单元包括收集箱和带输送机构，收集箱的一侧与上段管道相连，带输送机构设置在收集箱内部，收集箱通过所述CO₂收集管组与气态CO₂储存罐相连。

2.根据权利要求1所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，所述矿石收集单元包括平台、矿石汇流仓和中继站，所述平台为钢结构支架，矿石汇流仓安装在平台的下部，矿石汇流仓的出口端通过管路与中继站的上部相连，矿石汇流仓具有多个入口端，各入口端分别连接一个抽送管，每个抽送管能够连接一辆采矿车；

平台上设置有分流器，所述分流器具有一个进口和多个出口，分流器的进口与液态CO₂输送管的下端相连，分流器的各出口分别连接有一个液态CO₂支管，每个液态CO₂支管能够连接一辆采矿车。

3.根据权利要求2所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，中继站为底部锥形的封闭箱体，中继站和矿石汇流仓之间的管路上设置有抽吸泵，采矿车采集的矿石经过矿石汇流仓被抽送至中继站内部，并沉降至中继站的底部；

所述下段管道的下端穿过中继站顶部伸至中继站的下部，其外侧壁与中继站顶壁固定焊接成一体。

4.根据权利要求1所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，下段管道包括由上往下依次对应排布的多个第一管道单体，各第一管道单体的上端均设有提升泵，任意相邻两个第一管道单体的对应端通过所述提升泵相连；

上段管道包括多个第二管道单体，各第二管道单体均竖向布置且由上往下依次固定相连成一体，末位次第二管道单体的下端与超临界CO₂加注器上端相连，超临界CO₂加注器下端通过提升泵与首位次第一管道单体的上端相连。

5.根据权利要求1所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，第二管道单体包括内层管体和外层管体，内层管体位于外层管体内侧且与其同轴布置；

外层管体的两端分别通过一个法兰盘与内层管体的对应端固定相连，内、外层管体之间形成封闭的第一环形空腔；

所述第一环形空腔的内部设置螺旋加热管，外层管体的内侧壁上设有隔热层。

6.根据权利要求1所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，超临界CO₂加注器包括射流喷嘴和圆筒壳体，圆筒壳体包括竖向布置的内套筒和外套筒，内套筒与外套筒同轴布置且位于其内侧，上下两端分别通过一个法兰座固定相连，内套筒与外套筒之间形成第二环形空腔；

射流喷嘴有多组，均匀布置在第二环形空腔的内部，每组射流喷嘴均包括沿内套筒的轴向间隔布置的至少两个射流喷嘴；

射流喷嘴均竖向倾斜布置，其上端穿设于内套筒上，第二环形空腔通过各射流喷嘴与内套筒的内侧相通。

7.根据权利要求6所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，相变加热管的外部设置有多个电加热环，多个电加热环沿相变加热管的长度方向依次布置，电加热环的外侧设置封装外壳，封装外壳的两端分别与相变加热管的外壁固定密封相连，将电加热环封装在其内侧；

相变加热管一端与液态CO₂输送管的中部相连相通，另一端与圆筒壳体的外壁相连且与第二环形空腔内部相通。

8.根据权利要求1所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，所述收集箱有两个，上段管道的上端口通过三通电磁阀分别与两个收集箱的一侧相连；

收集箱内部具有收集仓和矿石暂存仓，收集仓位于靠近三通电磁阀的一侧，收集仓的底部设置有海水排出管，海水排出管上配置有第一电磁闸阀，第一电磁闸阀的信号端与电控单元通讯相连；

矿石暂存仓与收集仓相通，其端部具有倾斜布置的沥水板，收集箱与所述矿石暂存仓相邻的侧壁上开设有密封仓门，收集箱通过密封仓门可将矿石排出。

9.根据权利要求8所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，带输送机构设置在收集仓的下部，其包括机架、主动辊、从动辊和输送带，主动辊和从动辊分别设置在机架顶部的两端且通过输送带相连，主动辊和从动辊之间依次设有多个支撑辊；

所述主动辊的一端穿过收集箱的侧壁并与其转动密封配合，主动辊伸至收集箱外侧的一端配置有步进电机。

10.根据权利要求8所述适用于深海采矿的超临界二氧化碳立管提升系统，其特征在于，每个收集箱的一侧均配置有一个气态CO₂收集罐，CO₂收集管组包括第一收集管体和第二收集管体，所述收集箱的顶部通过第一收集管体与气态CO₂收集罐相连，第一收集管体上配置有第二电磁闸阀；

气态CO₂收集罐通过第二收集管体与气态CO₂储存罐相连；

所述收集箱的顶部设置有压力传感器，其上部内壁上设有液位传感器，所述压力传感器和液位传感器的信号端分别与电控单元通讯相连；

所述气态CO₂收集罐通过压缩机二与收集箱的顶部管路相连，所述压缩机二与收集箱之间设有单向阀，另外，所述收集箱的外部配置有真空泵。