[發明專利]一種二氧化碳地質封存結構和封存方法

在審

• 申請號: 201710324606.4
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN106904616A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 孫鐸
• 申請（專利權）人: 孫鐸
• 主分類號: C01B32/55
• 分類號: C01B32/55;E21B41/00;E21F17/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富,周秀梅

技術領域

本發明涉及二氧化碳封存與環保技術領域，具體涉及一種二氧化碳地質封存結構和封存方法。

背景技術

二氧化碳水合物是水和大部分氣體在低溫、高壓條件下形成的一種較為特殊的包絡化合物。在二氧化碳水合物中，水分子借助較強的氫鍵形成主體結晶網絡，網絡中的孔穴內充滿氣體分子(稱客體分子)，而其孔穴填滿的程度則取決于體系的溫度、壓力和過冷度。主、客體分子之間無化學計量關系，且其分子之間的作用力為范德華力。目前對二氧化碳水合物的研究熱點集中在天然氣水合物開采、氣體儲運、氣體分離等領域。

近年來二氧化碳的排放問題受到世界各國的關注。從1992年的《聯合國氣候變化框架公約》到1997年的《京都議定書》再到2016年的《巴黎協定》，在過去的20多年間，無論是發展國家還是發展中國家，在制定經濟發展策略的同時都考慮到減少二氧化碳排放帶來的影響。我國在簽署《巴黎協定》時承諾，到2030年左右實現石化能源消費排放二氧化碳達到頂峰，單位GDP的二氧化碳排放比2005年下降60～65％。

目前儲存二氧化碳的方法主要是地質封存，根據封存媒介又可以分為深水層超臨界封存、廢棄煤層封存和海底封存，而這些方法都存在不同程度的成本高、容易泄露的問題，同時會對自然環境造成一定影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二氧化碳地質封存結構和封存方法，通過把工業生產中產生的含有二氧化碳的廢氣進行回收，注入地下廢棄的油田、氣田等，生成固體的水合物，來實現二氧化碳的地質封存，減少向大氣中的排放。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種二氧化碳地質封存結構，包括封存層、注入通道、二氧化碳水合物和廢棄能源區；其中：

封存層：用于將二氧化碳以二氧化碳水合物的形式存儲；封存層設置于廢棄能源區之內的空間中；

注入通道：用于將二氧化碳廢氣向封存層內注入；所述注入通道的一端與封存層相連通，注入通道的另一端設于廢棄能源區之外；

二氧化碳水合物：所述二氧化碳廢氣經注入通道進入封存層后，與封存層內的水生成二氧化碳水合物，并存儲于封存層內。注入封存層內的二氧化碳廢氣為二氧化碳含量≥85at.％的氣體。

所述廢棄能源區為廢棄的油田、廢棄的氣田或廢棄尾礦；所述封存層為廢棄的油田、廢棄的氣田或廢棄尾礦中存在的廢棄的開采空間(如，廢棄的尾礦層)。所述封存層位于地表面以下300～500米。

所述封存層內注入的二氧化碳廢氣(常溫常壓條件下)的體積為封存層容積的150～200倍。

所述封存層內在注入二氧化碳廢氣前含水飽和度大于0.1，孔隙率為0.1～0.5。

所述封存層內溫度為0～8℃，壓力為2～6MPa。

所述注入通道為生產井通道。

利用所述封存結構進行的二氧化碳地質封存方法，是將工廠產生的二氧化碳廢氣經由注入通道注入到廢棄能源區內的封存層中，注入的二氧化碳廢氣與封存層內殘留的水生成固態的二氧化碳水合物，從而實現二氧化碳的封存。該封存方法具體包括如下步驟：

(1)將工業生產中產生的煙氣收集；

(2)煙氣經過粗處理，得到二氧化碳含量大于90at.％的二氧化碳廢氣；

(3)將二氧化碳廢氣由注入通道注入封存層內，注入前控制封存層內的壓強低于二氧化碳蒸氣壓，防止液化帶來的流動性減弱；由于二氧化碳廢氣中含有工業生產中自帶的氮氣，注入初期并不會生成水合物，其有利于二氧化碳廢氣在封存層中的流動；

(4)當封存層內的壓強由于持續不斷的氣體注入達到二氧化碳水合物生成的臨界值時，水合物開始生成；此后封存層內的壓強保持恒定在平衡壓強以上500kPa，直至氣體注入結束。

本發明的設計原理如下：

利用二氧化碳水合物大量的氣體含有性，向廢棄的油田、氣田等尾礦注入從工業生產中排放的煙氣，從而生成二氧化碳水合物，來實現二氧化碳的地質封存，減少二氧化碳的排放。本發明中所述的煙氣為經過粗提純的二氧化碳含量約為90摩爾分數比的混合氣，其他氣體以氮氣為主；廢棄的尾礦為經過開采的油田、氣田，其中含有0.1～0.5飽和度的水，并具有0.1～0.5的孔隙率，有助于混合氣在井下的流動。水與二氧化碳生成水合物的反應為物理反應，而非化學反應。標準大氣壓，0℃的條件下，其可容納體積比為160倍的二氧化碳氣體，利用二氧化碳水合物這種具有非常大的氣體包含性的特點，可以實現二氧化碳的封存。