一种基于煤矿地下水库的二氧化碳地下封存系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于煤矿地下水库的二氧化碳地下封存系统，属于二氧化碳减排领域，包括气体配送单元、微藻养殖单元、至少一个煤矿地下水库和第一输送装置。本实用新型专利技术利用煤矿地下水库实现微藻与水的分离，避免了传统的微藻养殖需要添加絮凝剂造成水体污染且分离成本高的问题，并且将微藻固定在地下水库中，既避免了传统CCS技术需要建设注入井和监测井的高成本问题，也不存在传统CCS封存CO2后还可能出现的CO2泄漏问题，从而实现CO2的低成本、安全可靠的减排。

【技术实现步骤摘要】

本技术专利属于二氧化碳减排领域，特别涉及一种基于煤矿地下水库的二氧化碳地下封存系统。
技术介绍
温室气体效应作为目前全人类共同关注的问题，其所造成的全球气候变暖已对自然生态系统造成了明显的影响。如何在经济和社会不断发展的同时，有效控制和减少二氧化碳等温室气体的排放，是世界各国共同面临的严峻问题。目前我国已经公开承诺到2030年0)2排放量不再增加，开发切实有效的低成本C0 2减排技术已成为迫切需要。我国“富煤少油少气”的资源禀赋条件，决定了煤炭在我国的主体能源地位在很长一段时间内不会发生改变。煤炭转化利用过程，如燃煤发电、煤化工，都会排放大量C02。煤炭利用行业面临的ay咸排压力尤为突出。现有的ay咸排技术主要包括C02的捕集与封存(CCS)技术、植树造林和微藻固碳等。其中，CCS技术主要是将煤化工尾气或者电厂烟气中的C02提纯后，通过注入井注入到地下盐水层进行封存，例如神华集团在鄂尔多斯开展了 10万吨/年的CCS (二氧化碳捕集与封存)先导性试验研究，验证了全流程二氧化碳捕集与封存。然而，CCS技术目前主要存在以下问题有:首先，部分专家学者认为CCS仅仅是将C02封存起来，并没有真正实现C02的减少，不属于C02的减排；其次，C02的捕集封存需要高纯度的C02，一般的煤化工、电厂排放的co2尾气都不满足直接封存的要求，需要额外增加0)2的提纯系统或者对电厂进行改造，如采用IGCC发电或者富氧燃烧技术，这些都会大幅增加C02捕集的成本；再次，C02地下封存存在溢出的可能性，其安全性尚有争议。植树造林依赖于特定的环境，特别是对于我国西部生态脆弱区，并不适合，并且树木等植物只能缓慢吸收大气中的co2，受土地面积的限制，其消纳C02的总量与人类生产活动的排放量比，十分有限。微藻固碳技术主要是利用微藻光合作用效率高、繁殖快、环境适应性强的特点固定C02。利用尾气中的C02养殖微藻，一方面实现C02的固定，一方面从养殖得到的微藻中提取生物柴油等清洁能源。然而。目前微藻固碳技术存在的主要问题是:微藻养殖所用的培养水体(水溶液)中微藻浓度低(一般不超过lwt%)，将微藻与水分离出来需要添加大量絮凝剂，会导致水体发生污染；经沉淀分离后的微藻中仍含有大量水分(95wt%以上)，需要充分干燥后才能将其中的油脂提取出来，这一系列过程中都会消耗大量能源，所消耗的能源远大于从得到微藻中获取的油脂中蕴藏的能量，经济上不可行。针对这一现状，迫切需要开发一种切实可行的低成本、安全可靠的ay咸排技术。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于煤矿地下水库的二氧化碳地下封存系统，从而实现0)2的低成本、安全可靠的减排。为实现上述目的，本技术提供了一种基于煤矿地下水库的二氧化碳地下封存系统，所述二氧化碳地下封存系统包括:气体配送单元，用于使C02尾气与空气混合，并将得到的混合气体作为微藻养殖单元的0)2源提供给微藻养殖单元；微藻养殖单元，用于吸收来自所述气体配送单元的混合气体中的C02，并繁殖微藻；至少一个煤矿地下水库，用于接收来自所述微藻养殖单元的含藻水溶液，并分离出所述水溶液中的微藻；和第一输送装置，用于将经所述煤矿地下水库分离微藻后的水溶液送回所述微藻养殖单元。在本技术中，所述煤矿地下水库是由煤矿地下开采后的开采空间所形成的，为本领域熟知。本领域技术人员可以理解，由于顶板在开采后部分垮落等原因，所述煤矿地下水库存在冒落岩体，申请人研究发现，上述冒落岩体对微藻具有很好的吸附作用，而本技术则正是利用上述冒落岩体对含藻水溶液中的微藻性吸附作用，实现微藻的分离。根据本技术的封存系统，优选地，所述微藻养殖单元设置于所述煤矿地下水库上方的地表上。本领域技术人员可以理解，排放C02的地域大多是工业区，尽管微藻光合作用效率高，但微藻培养仍需要大量的土地面积，工业区难以满足，而由于矿区地面本身设施少，将所述微藻养殖单元设置于所述煤矿地下水库所在地的地表上，不仅解决了系统占地问题，同时也便于系统操作运行。根据本技术的封存系统，优选地，所述煤矿地下水库的顶部设有注水口，用于向所述煤矿地下水库中注入含藻水溶液；所述煤矿地下水库的底部设有排水口，用于排出分离微藻后的水溶液，从而更好地实现微藻分离。根据本技术的封存系统，优选地，所述的至少一个煤矿地下水库为多个煤矿地下水库，所述的多个煤矿地下水库用于同时或轮流接收来自所述微藻养殖单元的含藻水溶液，然后可以相应地进行后续处理，充分利用了矿区地下开采的工作面多，方便形成多个煤矿地下水库的特点，便于C02封存的大规模、连续实施，降低封存成本。在本技术中，进行微藻繁殖时，所用微藻的类型并无特别的限制，如绿藻、蓝藻、硅藻等生长速度快、能够固定0)2的微藻均可以用采用。优选选育具有一定的耐高温、耐高浓度C02、耐低浓度的有毒气体等特性的藻种。所述微藻养殖单元用于繁殖微藻，从而固定尾气中的C02，其具体的微藻养殖方式并无特别的限制，可以选用本领域常用的微藻养殖单元，例如所述微藻养殖单元可以是开放式养殖装置、封闭式养殖装置或者混合式养殖装置，具体如本领域常用的跑道池光生物反应器、气升式环流光生物反应器。在本技术的中，从所述煤矿地下水库抽出水溶液并补充至所述微藻养殖单元，本领域技术人员可以理解，此时水溶液中的绝大部分微藻已被吸附在煤矿地下水库内。根据本技术的封存系统，优选地，所述二氧化碳地下封存系统还包括换热单元，所述换热单元用于使所述第一输送装置输送的水溶液与待进入所述气体配送单元的C02尾气换热，或者用于使所述第一输送装置输送的水溶液与自所述气体配送单元引出的混合气体换热，从而使进入所述微藻养殖单元水源和/或混合气体的温度适于微藻繁殖。根据本技术的封存系统，优选地，所述煤矿地下水库的顶部设有通往地面的气体抽采管道，用于抽采分离的微藻在所述煤矿地下水库内厌氧发酵所生产的可燃气。本领域技术人员可以理解，煤矿地下水库为天然的厌氧环境，待所述煤矿地下水库排水后，所述煤矿地下水库中吸附的微藻可以在其中发酵，获得甲烷、氢气等清洁能源，该过程巧妙地利用了煤矿地下水库中的天然厌氧环境，使微藻中能源转化、回收方便，成本低。另外，待抽采结束后，可以向所述煤矿地下水库内重新注入含藻水溶液，从而实现煤矿地下水库的重复利用。根据本技术的封存系统，优选地，所述二氧化碳地下封存系统还包括第二输送装置，所述第二输送装置用于将来自所述微藻养殖单元的含藻水溶液送入煤矿地下水库。在本技术中，进行气体配制时所用C02尾气可以是多种工业排放的富含0)2的尾气(例如火电厂、钢铁厂及煤化工等工业设施运行时排放的富含C02的尾气)，优选为电厂烟气、煤化工装置所排0)2尾气或者二者的混合气，更优选为电厂烟气、电厂烟气与煤化工装置所排C02尾气的混合气，最优选为电厂烟气。通常这些尾气中C02浓度及温度较高，例如C02的含量高达15%?20% (V/V)，因为需要与空气混合，所述C02尾气与空气的混合比例以混合后得到的混合气体中C02含量满足微藻养殖要求为宜，合适的比例为1:0.1?1:100，优选1:1?1:20，特别优选1:5?1:10。在一个优选实施方式中，所述C02尾气在与空气混合前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于煤矿地下水库的二氧化碳地下封存系统，所述二氧化碳地下封存系统包括：气体配送单元，用于使CO2尾气与空气混合，并将得到的混合气体作为微藻养殖单元的CO2源提供给微藻养殖单元；微藻养殖单元，用于吸收来自所述气体配送单元的混合气体中的CO2，并繁殖微藻；至少一个煤矿地下水库，用于接收来自所述微藻养殖单元的含藻水溶液，并分离出所述水溶液中的微藻；和第一输送装置，用于将经所述煤矿地下水库分离微藻后的水溶液送回所述微藻养殖单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董斌琦，袁明，刘玉平，张晓煜，曹志国，张凯，李井峰，郝兴辉，黄维，沈亚东，田雁，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11