[发明专利]采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕获与封存技术，特别是指一种采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法及系统。

背景技术

进入二十一世纪，人类所面临的最大挑战之一为大量排放的温室气体所造成的“温室效应”，由此引起全球变暖、气候变化以及对生态、经济、社会等方面产生综合影响的全球性的环境问题。二氧化碳是有机物质及石化燃料燃烧的主要产物，同时也被认为是造成温室效应及全球变暖的的主要成分之一，约占温室气体的2/3。目前，全球每年的二氧化碳排放量，2011年升至335亿吨，我国已成为二氧化碳排放第一大国，而且排放量还在不断增加。

全球应对气候变化的核心是减少温室气体排放，其中主要是减少能源消费的二氧化碳排放。2009年11月，我国对世界庄严承诺：到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40～45％。燃煤电厂二氧化碳排放是我国温室气体的最主要排放源，约占我国二氧化碳排放总量的50％。近年来，随着火电装机容量的迅速增多，燃煤电厂二氧化碳排放的绝对数量和相对比例还将进一步增加。由于我国能源结构以燃煤发电为主，以及今后对燃煤发电的长期投入，从燃煤烟气中有效的脱除二氧化碳将刻不容缓。

目前，燃煤电厂捕获烟气中二氧化碳的方法主要有吸收法、吸附法以及膜分离法等，化学吸收法是目前技术上最成熟的方法，其原理是烟气中的CO₂与化学溶剂发生反应而被吸收，吸收CO₂达到平衡的化学溶剂变成富液，富液进入再生塔加热解析放出CO₂气体而变为贫液，液再去循环吸收烟气中的CO₂，如此通过吸收溶液在吸收塔和再生塔中的循环运行，烟气中的CO₂得到捕集、分离和提纯。

中国专利ZL201010510906.X公开了一种活性碳酸钠捕集电站烟气中二氧化碳的设备，包括通过管道相连的吸收塔、再生塔(即解析塔)、冷却器、气液分离器、干燥器、压缩机和冷凝器。吸收塔的下部烟气进口和顶部烟气出口之间自下而上依次设置有多组吸收剂喷淋层和至少一组除雾装置，吸收塔的底部碳酸氢钠浆液出口与斜板沉淀池的上部浆液进口相连，斜板沉淀池的上部吸收剂进口与吸收剂容器相连，斜板沉淀池的上清液出口通过吸收剂循环泵与吸收塔内的吸收剂喷淋层相连，斜板沉淀池的底流出口通过碳酸氢钠泵与再生塔的上部进料口相连，再生塔的下部出料口通过碳酸钠泵与斜板沉淀池的上部吸收剂进口相连，再生塔的上部解析气出口通过冷却器与气液分离器的进口相连，气液分离器的气体出口依次与干燥器、压缩机、冷凝器串联连接。由此，在脱除烟气中二氧化碳的同时，通过上述组合为一体的设备对其进行再生、脱水、干燥、压缩和冷凝等连续处理，直至获得高纯度液态二氧化碳。

化学吸收法捕获二氧化碳的不足之处在于，所采用的化学吸收剂溶液(本发明中称为吸收液)，如碳酸钠溶液，需要在80～130℃的温度下进行解析再生。该过程首先在与再生塔配套的煮沸器中利用蒸汽对吸收液进行加热，产生的蒸汽进一步在再生塔内对吸收液进行加热解析。由于需要抽取电站蒸汽进行加热，故增加了蒸汽消耗，造成发电效率的下降，经济效益较差，难以在燃煤电厂大范围推广应用。

另一方面，采用超临界CO₂作为采热介质，循环携带高温储层地热能，是一种新型地热开采方式。超临界CO₂是指二氧化碳在温度高于临界温度Tc＝31.26℃，压力高于临界压力Pc＝7.4MPa的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍。