[实用新型]一种二氧化碳地质封存结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及二氧化碳封存与环保技术领域，具体涉及一种二氧化碳地质封存结构。

背景技术

二氧化碳水合物是水和大部分气体在低温、高压条件下形成的一种较为特殊的包络化合物。在二氧化碳水合物中，水分子借助较强的氢键形成主体结晶网络，网络中的孔穴内充满气体分子(称客体分子)，而其孔穴填满的程度则取决于体系的温度、压力和过冷度。主、客体分子之间无化学计量关系，且其分子之间的作用力为范德华力。目前对二氧化碳水合物的研究热点集中在天然气水合物开采、气体储运、气体分离等领域。

近年来二氧化碳的排放问题受到世界各国的关注。从1992年的《联合国气候变化框架公约》到1997年的《京都议定书》再到2016年的《巴黎协定》，在过去的20多年间，无论是发展国家还是发展中国家，在制定经济发展策略的同时都考虑到减少二氧化碳排放带来的影响。我国在签署《巴黎协定》时承诺，到2030年左右实现石化能源消费排放二氧化碳达到顶峰，单位GDP的二氧化碳排放比2005年下降60～65％。

目前储存二氧化碳的方法主要是地质封存，根据封存媒介又可以分为深水层超临界封存、废弃煤层封存和海底封存，而这些方法都存在不同程度的成本高、容易泄露的问题，同时会对自然环境造成一定影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种二氧化碳地质封存结构，通过把工业生产中产生的含有二氧化碳的废气进行回收，注入地下废弃的油田、气田等，生成固体的水合物，来实现二氧化碳的地质封存，减少向大气中的排放。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种二氧化碳地质封存结构，包括封存层、注入通道、二氧化碳水合物和废弃能源区；其中：

封存层：用于将二氧化碳以二氧化碳水合物的形式存储；封存层设置于废弃能源区之内的空间中；

注入通道：用于将二氧化碳废气向封存层内注入；所述注入通道的一端与封存层相连通，注入通道的另一端设于废弃能源区之外；

二氧化碳水合物：所述二氧化碳废气经注入通道进入封存层后，与封存层内的水生成二氧化碳水合物，并存储于封存层内。注入封存层内的二氧化碳废气为二氧化碳含量≥85at.％的气体。

所述废弃能源区为废弃的油田、废弃的气田或废弃尾矿；所述封存层为废弃的油田、废弃的气田或废弃尾矿中存在的废弃的开采空间(如，废弃的尾矿层)。所述封存层位于地表面以下300～500米。

所述封存层内注入的二氧化碳废气(常温常压条件下)的体积为封存层容积的150～200倍。

所述封存层内在注入二氧化碳废气前含水饱和度大于0.1，孔隙率为0.1～0.5。

所述封存层内温度为0～8℃，压力为2～6MPa。

所述注入通道为生产井通道。

利用所述封存结构进行的二氧化碳地质封存方法，是将工厂产生的二氧化碳废气经由注入通道注入到废弃能源区内的封存层中，注入的二氧化碳废气与封存层内残留的水生成固态的二氧化碳水合物，从而实现二氧化碳的封存。该封存方法具体包括如下步骤：

(1)将工业生产中产生的烟气收集；

(2)烟气经过粗处理，得到二氧化碳含量大于90at.％的二氧化碳废气；

(3)将二氧化碳废气由注入通道注入封存层内，注入前控制封存层内的压强低于二氧化碳蒸气压，防止液化带来的流动性减弱；由于二氧化碳废气中含有工业生产中自带的氮气，注入初期并不会生成水合物，其有利于二氧化碳废气在封存层中的流动；

(4)当封存层内的压强由于持续不断的气体注入达到二氧化碳水合物生成的临界值时，水合物开始生成；此后封存层内的压强保持恒定在平衡压强以上500kPa，直至气体注入结束。

本实用新型的设计原理如下：

利用二氧化碳水合物大量的气体含有性，向废弃的油田、气田等尾矿注入从工业生产中排放的烟气，从而生成二氧化碳水合物，来实现二氧化碳的地质封存，减少二氧化碳的排放。本实用新型中所述的烟气为经过粗提纯的二氧化碳含量约为90摩尔分数比的混合气，其他气体以氮气为主；废弃的尾矿为经过开采的油田、气田，其中含有0.1～0.5饱和度的水，并具有0.1～0.5的孔隙率，有助于混合气在井下的流动。水与二氧化碳生成水合物的反应为物理反应，而非化学反应。标准大气压，0℃的条件下，其可容纳体积比为160倍的二氧化碳气体，利用二氧化碳水合物这种具有非常大的气体包含性的特点，可以实现二氧化碳的封存。