一種基于煤礦地下水庫的二氧化碳地下封存方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于二氧化碳減排領(lǐng)域，特別涉及一種基于煤礦地下水庫的二氧化碳地下封存方法及封存系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]溫室氣體效應(yīng)作為目前全人類共同關(guān)注的問題，其所造成的全球氣候變暖已對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)造成了明顯的影響。如何在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)不斷發(fā)展的同時(shí)，有效控制和減少二氧化碳等溫室氣體的排放，是世界各國共同面臨的嚴(yán)峻問題。目前我國已經(jīng)公開承諾到2030年0)2排放量不再增加，開發(fā)切實(shí)有效的低成本CO2減排技術(shù)已成為迫切需要。
[0003]我國“富煤少油少氣”的資源稟賦條件，決定了煤炭在我國的主體能源地位在很長一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生改變。煤炭轉(zhuǎn)化利用過程，如燃煤發(fā)電、煤化工，都會(huì)排放大量co2。煤炭利用行業(yè)面臨的ccy咸排壓力尤為突出。
[0004]現(xiàn)有的CO2減排技術(shù)主要包括CO2的捕集與封存(CCS)技術(shù)、植樹造林和微藻固碳等。
[0005]其中，CCS技術(shù)主要是將煤化工尾氣或者電廠煙氣中的CO2提純后，通過注入井注入到地下鹽水層進(jìn)行封存，例如神華集團(tuán)在鄂爾多斯開展了 10萬噸/年的CCS(二氧化碳捕集與封存)先導(dǎo)性試驗(yàn)研宄，驗(yàn)證了全流程二氧化碳捕集與封存。然而，CCS技術(shù)目前主要存在以下問題有:首先，部分專家學(xué)者認(rèn)為CCS僅僅是將0)2封存起來，并沒有真正實(shí)現(xiàn)CO2的減少，不屬于CO2的減排；其次，CO2的捕集封存需要高純度的co2，一般的煤化工、電廠排放的CO2尾氣都不滿足直接封存的要求，需要額外增加0)2的提純系統(tǒng)或者對(duì)電廠進(jìn)行改造，如采用IGCC發(fā)電或者富氧燃燒技術(shù)，這些都會(huì)大幅增加CO2捕集的成本；再次，CO2地下封存存在溢出的可能性，其安全性尚有爭(zhēng)議。
[0006]植樹造林依賴于特定的環(huán)境，特別是對(duì)于我國西部生態(tài)脆弱區(qū)，并不適合，并且樹木等植物只能緩慢吸收大氣中的CO2，受土地面積的限制，其消納CO2的總量與人類生產(chǎn)活動(dòng)的排放量比，十分有限。
[0007]微藻固碳技術(shù)主要是利用微藻光合作用效率高、繁殖快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)固定C02。利用尾氣中的0)2養(yǎng)殖微藻，一方面實(shí)現(xiàn)CO2的固定，一方面從養(yǎng)殖得到的微藻中提取生物柴油等清潔能源。然而。目前微藻固碳技術(shù)存在的主要問題是:微藻養(yǎng)殖所用的培養(yǎng)水體(水溶液)中微藻濃度低(一般不超過lwt%)，將微藻與水分離出來需要添加大量絮凝劑，會(huì)導(dǎo)致水體發(fā)生污染；經(jīng)沉淀分離后的微藻中仍含有大量水分(95wt%以上)，需要充分干燥后才能將其中的油脂提取出來，這一系列過程中都會(huì)消耗大量能源，所消耗的能源遠(yuǎn)大于從得到微藻中獲取的油脂中蘊(yùn)藏的能量，經(jīng)濟(jì)上不可行。
[0008]針對(duì)這一現(xiàn)狀，迫切需要開發(fā)一種切實(shí)可行的低成本、安全可靠的CO2減排技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種基于煤礦地下水庫的二氧化碳地下封存方法及系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)0)2的低成本、安全可靠的減排。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于煤礦地下水庫的二氧化碳地下封存方法，包括以下步驟:
[0011]a、氣體配置:將0)2尾氣與空氣混合得到混合氣體；
[0012]b、微藻繁殖:將步驟a中得到的混合氣體注入微藻養(yǎng)殖單元中，作為微藻養(yǎng)殖單元的CO2源以繁殖微藻；
[0013]C、微藻吸附:將所述微藻養(yǎng)殖單元中繁殖微藻后的含藻水溶液注入煤礦地下水庫，利用煤礦地下水庫中的冒落巖體吸附微藻，以使微藻從水溶液中分離；
[0014]d、排水:待微藻吸附后，從所述煤礦地下水庫抽出水溶液并補(bǔ)充至所述微藻養(yǎng)殖單元，作為微藻養(yǎng)殖單元的水源。
[0015]在本發(fā)明中，所述煤礦地下水庫是由煤礦地下開采后的開采空間所形成的，為本領(lǐng)域熟知。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，由于頂板在開采后部分垮落等原因，所述煤礦地下水庫存在冒落巖體，申請(qǐng)人研宄發(fā)現(xiàn)，上述冒落巖體對(duì)微藻具有很好的吸附作用，而本發(fā)明則正是利用上述冒落巖體對(duì)含藻水溶液中的微藻性吸附作用，實(shí)現(xiàn)微藻的分離。
[0016]在本發(fā)明的步驟a中，進(jìn)行氣體配制時(shí)所用CO2尾氣可以是多種工業(yè)排放的富含CO2的尾氣(例如火電廠、鋼鐵廠及煤化工等工業(yè)設(shè)施運(yùn)行時(shí)排放的富含CO 2的尾氣)，優(yōu)選為電廠煙氣、煤化工裝置所排0)2尾氣或者二者的混合氣，更優(yōu)選為電廠煙氣、電廠煙氣與煤化工裝置所排CO2尾氣的混合氣，最優(yōu)選為電廠煙氣。通常這些尾氣中0)2濃度及溫度較高，例如CO2的含量高達(dá)15%?20% (V/V)，因?yàn)樾枰c空氣混合，所述0)2尾氣與空氣的混合比例以混合后得到的混合氣體中CO2含量滿足微藻養(yǎng)殖要求為宜，合適的比例為1:0.1?1:100，優(yōu)選1:1?1:20，特別優(yōu)選1:5?1:10。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述CO2尾氣在與空氣混合前進(jìn)行過預(yù)處理，以脫除尾氣中對(duì)微藻養(yǎng)殖有害的成分，例如S02、N02等有毒氣體。
[0017]在本發(fā)明的步驟b中，進(jìn)行微藻繁殖時(shí)，所用微藻的類型并無特別的限制，如綠藻、藍(lán)藻、硅藻等生長速度快、能夠固定0)2的微藻均可以用采用。優(yōu)選選育具有一定的耐高溫、耐高濃度CO2、耐低濃度的有毒氣體等特性的藻種。
[0018]所述微藻養(yǎng)殖單元用于繁殖微藻，從而固定尾氣中的CO2，其具體的微藻養(yǎng)殖方式并無特別的限制，可以選用本領(lǐng)域常用的微藻養(yǎng)殖單元，例如所述微藻養(yǎng)殖單元可以是開放式養(yǎng)殖裝置、封閉式養(yǎng)殖裝置或者混合式養(yǎng)殖裝置，例如本領(lǐng)域常用的跑道池光生物反應(yīng)器、氣升式環(huán)流光生物反應(yīng)器。
[0019]在本發(fā)明的步驟c中，將所述微藻養(yǎng)殖單元中繁殖微藻后的含藻水溶液注入煤礦地下水庫，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，繁殖后水溶液中微藻密度已大幅增加，例如達(dá)到該微藻養(yǎng)殖單元在其養(yǎng)殖環(huán)境下的微藻最大密度的80%以上或90%以上，或者水溶液中微藻含量大于5g/L時(shí)，綜合時(shí)間效率成本，此時(shí)可以考慮將含藻水溶液注入煤礦地下水庫，以便使所述微藻養(yǎng)殖單元可以進(jìn)行下一次微藻繁殖。
[0020]注入煤礦地下水庫內(nèi)的含藻水溶液中的微藻會(huì)被水庫內(nèi)的冒落巖體等吸附，實(shí)現(xiàn)水溶液中微藻的分離。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，通過位于所述煤礦地下水庫頂部的注水口注入含藻水溶液。
[0021]在本發(fā)明的步驟d中，從所述煤礦地下水庫抽出水溶液并補(bǔ)充至所述微藻養(yǎng)殖單元，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，此時(shí)水溶液中的絕大部分微藻已被吸附在煤礦地下水庫內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在CO2尾氣與空氣混合前，將CO 2尾氣與步驟d中從煤礦地下水庫中抽出的水溶液進(jìn)行換熱，或者將步驟a得到的混合氣體與步驟d中從煤礦地下水庫中抽出的水溶液進(jìn)行換熱，使進(jìn)入所述微藻養(yǎng)殖單元水源和/或混合氣體的溫度適于微藻繁殖。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，通過位于所述煤礦地下水庫底部的排水口抽出水溶液。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述二氧化碳地下封存方法還包括步驟e、厭氧發(fā)酵:待所述煤礦地下水庫排水后，使吸附的微藻在煤礦地下水庫內(nèi)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，并將發(fā)酵產(chǎn)生的可燃?xì)馔ㄟ^抽采管道抽采利用，所述抽采管道設(shè)置于所述煤礦地下水庫的頂部并通往地面。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，煤礦地下水庫為天然的厭氧環(huán)境，所述煤礦地下水庫中吸附的微藻可以在其中發(fā)酵，獲得甲烷、氫氣等清潔能源，該過程巧妙地利用了煤礦地下水庫中的天然厭氧環(huán)境，使微藻中能源轉(zhuǎn)化、回收方便，成本低。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述二氧化碳地下封存方法還包括步驟f、待抽采結(jié)束后，向所述煤礦地下水庫內(nèi)重新注入含藻水溶液，并重復(fù)步驟c?e，從而實(shí)現(xiàn)煤礦地下水庫的重復(fù)利用。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的封存方法，優(yōu)選地，所述煤礦地下水庫設(shè)有多個(gè)，多個(gè)煤礦地下水庫之間同時(shí)或輪流接收來自微藻養(yǎng)殖單元的含藻水溶液，并相應(yīng)地進(jìn)行后續(xù)處理，充分利用了礦區(qū)