一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法，具体包括以下步骤：（1）筛选储存碱渣的废弃盐穴；（2）收集低浓度二氧化碳烟道气，通过管道输送至目标矿区，经压缩后，通过高位注气井，注入储存碱渣废弃盐穴；（3）二氧化碳烟道气注井过程，驱替盐穴空间及碱渣空隙中的卤水，卤水从低位井排出，送至制盐生产线加工工业盐；（4）注气排卤结束后，继续注气与盐穴内碱渣过滤吸附反应，经碱渣吸收反应烟道气中的CO2后，不反应的气体脱水脱盐后从低位排气井排空；（5）封闭低位排气井，注气升压，实现物理封存。本发明专利技术结合国内井矿盐废弃盐穴处置碱渣实际条件，提出一种利用盐穴封存CO2及固碳工艺流程及方法，为CO2封存提供新路径。径。径。

【技术实现步骤摘要】
一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法


[0001]本专利技术属于二氧化碳封存、固碳以及废弃盐穴治理和利用
，涉及利用盐穴对CO2进行物理封存和化学固碳的方法，特别涉及一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法。

技术介绍

[0002]近些年我国经济高速发展，其中，火电、钢铁、水泥和陆地交通运输均是支撑全球社会经济发展的基础行业和部门，近三十年得到快速发展。全球主要能源基础设施碳排放总体呈增长趋势，2020年全球火电、钢铁、水泥和陆地交通运输部门共排放CO2约240亿吨，约占全球碳排放总量的70%。
[0003][0004][0005]过去，国内的碳封存工程主要是油气企业利用CO2驱油，提高油气采收率；国外则更多倾向于做咸水层碳封存。近期美国大陆资源公司计划投资2.5亿美元CO2捕获项目，捕获CO2规模800万吨/年，主要注入封存到地下的砂岩层中。在世界范围内，每年约有400万吨CO2被封存在地下。
[0006]国内科研院所及高校开展碳捕集、碳封存技术研究，如西北大学早在2003年开始地下碳封存技术研究，2015年西北大学牵头在延长石油建成了国内第一个全流程碳封存示范项目，但主要利用油田砂岩层封存CO2，利用CO2驱油，目前已具备了每年5万吨的CO2封存能力。
[0007]中国工程院院士钱七虎提出“利用地下空间的封闭性、稳定性等优势，可以实现CO2的永久地下封存，即人工碳汇”，指出部分的煤矿采空区地下空间、盐穴地下空间、金属和非金属矿洞改造后可用以封存CO2。
[0008]2021年8月，中国海油宣布我国首个海上CO2封存示范工程在南海珠江口盆地正式启动，将海上油田开发伴生的CO2永久封存于800米深海底储层，每年封存约30万吨、总计超146万吨。这是我国海洋油气开发绿色低碳转型的重要一步。然而，地层封存CO2具有不确定性，存在渗漏、泄露风险，破坏地层结构及稳定性，而且受地质构造影响，地质条件要求苛刻，可适用区域受限。
[0009]而岩盐具有良好的流变性、低空隙率、低渗透性等特点，具有安全系数高、密封性好、不渗漏等特点，因此盐穴是国际上公认的大型地下储库方式之一。国内外盐穴用于储油、储气、储压缩空气、储氢等气体存储方面均有成熟应用。其中，利用废弃盐穴处置碱渣在江苏等地成功应用，而利用储存碱渣的废弃盐穴来封存CO2还未见报道。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法，本专利技术利用储存碱渣废弃盐穴封存CO2，一方面通过吸附化学反应，实现
永久固碳，另一方面实现废弃盐穴二次利用，发挥盐穴空间资源价值，本专利技术结合国内井矿盐废弃盐穴处置碱渣实际条件，提出一种利用盐穴封存CO2及固碳工艺流程及方法，为CO2封存提供新路径。本专利技术不仅可以实现大规模封存CO2，封存成本低，利用制碱等碱性钙液、碱渣与CO2反应，实现长期稳定封存到地下，减少碳排放，释放碳排放指标。
[0011]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法，包括以下步骤：（1）选取废弃盐穴，所述废弃盐穴填充有制碱企业产生的碱渣湿基，评估盐穴的稳定性以及密封性，根据盐穴内腔体积，设计注井及封存压力；（2）收集低浓度二氧化碳烟道气通过管道输送至目标矿区，预处理除去固体颗粒杂质，通过压缩设备压缩后通过高位注汽井注入废弃盐穴进行CO2注入封存，封存CO2过程中驱替排出碱渣湿基中的卤水，卤水从低位排气井排出送至制盐生产线加工工业盐；制碱企业产生的碱渣湿基主要为碱渣和钙液，CO2在井下与制碱产生的碱性钙液及碱渣主要反应：CO2+H2O+2NH3→
CO
32
‑
+2NH
4+
；CaO+H2O
→
Ca(OH)2；CO2+2OH
‑
→
CO
32
‑
+H2O；Ca
2+
+CO
32
‑
→
CaCO3↓
；CaCO3+CO2+H2O
→
Ca
2+
+2HCO3‑
；CaSO4+CO
32
‑
→
CaCO3↓
+SO
42
‑
等系列反应，实现由气态CO2转变为碳酸钙、碳酸氢钙封存在盐穴中。
[0012]（3）气排水的过程中，将经吸收完CO2的不反应气体脱水脱盐后从低位排气井排空；CO2注入高位盐井、气驱钙液气液反应、气体进入碱渣空隙气固反应、低位盐井排出卤水、气体通过盐穴溶腔底部和连通通道经不溶物沉渣、碱渣过滤净化后至低位盐井、低位井残余气体（主要为N2、O2）脱水脱盐处理后放空。
[0013]（4）不反应气体排完后，封闭低位排气井，待盐穴压力达到预设压力封闭高位注汽井。
[0014]上述过程实现了利用储存碱渣及钙液废弃盐穴的物理空间进行物理封存和碱性含钙物质化学固碳相结合。
[0015]物理封存利用地下盐穴物理空间（盐穴顶部净空间及沉渣空隙空间）存储CO2气体，将CO2通过压缩封存在地下盐穴空间内，根据盐穴深度及温度条件，具备条件CO2可压缩液化注入盐穴封存。
[0016]化学固碳过程中，CO2与含Ca
2+
的碱性物质发生化学反应；压缩后CO2溶于盐穴内卤水，与盐穴内制碱产生的碱性钙液（含部分游离氨、Ca
2+
、OH
‑
等）发生反应，同时CO2驱替卤水进入碱渣空隙内与钙液、碱渣组分发生反应，生成碳酸钙、碳酸氢钙等，实现地下盐穴永久封存固碳。同时钙化、固化胶结固体充填物，提高固体碱渣等充填物强度，达到充填治理盐穴的目的。
[0017]本专利技术的进一步改进方案为：所述湿基碱渣来自于“氨碱法”制碱生产，pH值为9~11。
[0018]进一步的，所述湿基碱渣含水40~60wt%，其中固体碱渣的主要成分为：碳酸钙45~50wt%，氯化钙12~18wt%，硫酸钙6~12wt%，氧化钙4~8wt%，余量为其他无机盐。
[0019]进一步的，所述低浓度二氧化碳烟道气来自于火电、钢铁、水泥企业产生的废气，主要成分为：氮气70~80v/v%、二氧化碳含量10~20v/v%、氧气≤10v/v%，其余为杂质气体。
[0020]进一步的，所述不反应气体主要成分为氮气和氧气。
[0021]进一步的，所述系统压力及二氧化碳封存量的计算方法为：
设定盐穴腔顶深度为H（m），盐穴内卤水密度ρ1（取值1.2g/l），地层及盐层平均密度ρ2（取值2.2
‑
2.6g/l），碱渣沉渣空隙率c（%），盐穴净空间体积为V1（万m3），盐穴平均截面积S（m2），盐穴存储碱渣总量T（万t），碱渣单位体积存储质量m1（t/m3），注气排卤过程排出卤水体积V2（万m3），压缩设备压力系数k1（取值1.05
‑
1.5）本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）筛选废弃盐穴，所述废弃盐穴填充有制碱企业产生的湿基碱渣，完成盐井套管改造，根据盐穴深度设计注井及封存压力；（2）收集低浓度二氧化碳烟道气，通过管道输送至目标矿区，经压缩后，通过高位注气井，注入储存碱渣废弃盐穴；收集低浓度二氧化碳烟道气通过管道输送至目标矿区，通过压缩设备压缩后通过高位注气井注入废弃盐穴进行CO2注入封存；（3）二氧化碳烟道气注井过程，驱替盐穴空间及碱渣空隙中的卤水，卤水从低位井排出，送至制盐生产线加工工业盐；（4）注气排卤结束后，继续注气与盐穴内碱渣过滤吸附反应，经碱渣吸收反应烟道气中的CO2后，不反应的气体脱水脱盐后从低位排气井排空，继续注气吸收反应，直至盐穴内反应物质充分反应消耗，监测排空气体二氧化碳含量由0升高至3%后进入升压封存阶段；（5）封闭低位排气井，注气升压，实现物理封存，待盐穴压力达到预设压力封闭高位注气井。2.根据权利要求1所述的一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法，其特征在于：所述湿基碱渣来自于“氨碱法”制碱生产，pH值为9~11，含水40~60wt%，其中固体碱渣的主要成分为：碳酸钙45~50wt%，氯化钙12~18wt%，硫酸钙6~12wt%，氧化钙4~8wt%，余量为其他无机盐。3.根据权利要求1所述的一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法，其特征在于：所述低浓度二氧化碳烟道气来自于火电、钢铁、水泥等企业产生的废气，主要成分为：氮气70~80v/v%、二氧化碳含量10~30v/v%、氧气≤10v/v%，其余为杂质气体。4.根据权利要求1所述的一种利用储存碱渣的废弃盐穴封存CO2及固碳的方法，其特征在于：所述低浓度二氧化碳烟道气中CO2与含Ca
2+
的碱性物质发生化学反应，同时CO2驱替卤水进入碱渣空隙内与钙液、碱渣组分发生反应，生成碳酸钙、碳酸氢钙等，实现地下盐穴永久封存固碳。5.根据权利要求1所述的一种利用储存...

【专利技术属性】
技术研发人员：付星辉，程文波，何卉，颜彬，王开发，
申请(专利权)人：江苏省制盐工业研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：