[发明专利]一种二氧化碳封存实验模拟装置及方法

说明书

本发明公开一种二氧化碳封存实验模拟装置及方法，包括高压反应釜、与高压反应釜相连接的供气供液系统，温度压力采集系统以及样品采集和测试系统，反应釜内设计两组活动隔板，通过控制实验过程，以全面模拟液相二氧化碳注入沉积物各个位置后的过程；结合多组独立的控温夹套，实现对二氧化碳水合物失稳条件的模拟实验；并通过实时采样装置，完成实验过程中水体内二氧化碳浓度的测试；本方案采用水过量的方法实现二氧化碳在海底封存的模拟，与实际封存中的过程更加一致，既可以模拟二氧化碳以不同形式在海底封存时的扩散机制以及水合物形成等过程，还可以通过温度的控制对二氧化碳封存失稳过程进行模拟，能够更为全面地了解二氧化碳海底封存过程的规律。

技术领域

本发明属于二氧化碳封存技术领域，具体涉及一种模拟二氧化碳在海底封存状态的实验装置及方法。

背景技术

化石燃料是现今最重要的能源之一，它提供的能源约占目前世界能源用量的80-85％。由于化石燃料在能量密度，储存，价格方面都有巨大的优势，在可预见的未来，它仍将是人类获取能源的主要手段。然而，化石燃料的大量使用必然面临二氧化碳的大量排放。从工业革命至今，大气中的二氧化碳含量已经上升了大约30％(Siegenthaler andOeschger,1987；Keeling et al.,1995)，而这其中大部分是来自于化石燃料的燃烧。由于二氧化碳的温室效应，它对全球气候变化的影响受到越来越多的人们的关注，全球变暖带来的威胁也增加了公众对人为碳排放的担忧。

2020年9月，中国向世界宣布了2030前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，这是我国长期长展的战略需求。为了实现这一目标，不仅需要提高能源效率和新能源的使用以减少二氧化碳排放，更重要的是发展碳捕集及封存技术(Carbon CaptureStorage，CCS)。这一技术无需降低化石燃料的使用量，捕获的碳有望以较低的处理成本作用固体形式封存，并形成商业价值。

依据不同的封存方式，CO₂的封存技术大致可分为3类：(1)地质封存，封存在地质构造中，例如废弃的石油田和天然气田，不可开采的煤田以及高盐含水层构造；(2)海洋封存，即经固定管道或移动船只将CO₂注入到水体或者洋底中(1000m以下)。它的有效性及其对海底生态环境的影响尚处于研究阶段；(3)矿物封存，即将二氧化碳固化成无机碳酸盐。

目前国内已有很多关于二氧化碳减排或封存的技术，例如“一种二氧化碳减排和综合利用的方法和装置”(专利号ZL 200910195171.3)，该发明提出将氨气与湿土壤接触，使其氨化，生成NH₄OH，获得氨化土壤；之后将二氧化碳与氨化土壤接触，使其碳化，获得NH₄HCO₃，可固定于土壤中。专利“封存CO₂的方法”(专利号ZL 200880023216.2)，该发明提出在含碱土金属的水中沉淀储存稳定的二氧化碳封存产物，然后通过将该产物置于处置场所或使用该产物作为制成组合物的组分来处置该产物。专利“一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法及专用系统”(专利号ZL200610047522.2)，该专利提出在燃煤锅炉尾部经预除尘后，在二氧化碳吸收系统中向烟气中喷入氨基物质溶液以铵盐的形式吸收煤燃烧中产生的二氧化碳，减排烟气中20～95％的二氧化碳；以铵盐的形式吸收的二氧化碳经随后经分离净化为高纯度的二氧化碳气，可用于工业、化工业、食品加工、采油业驱油等。

二氧化碳的海底封存通过将二氧化碳注入海底地层中，通过高压二氧化碳与地层中的海水形成二氧化碳水合物的方式将二氧化碳稳定的封存于海底地层。相比于其它二氧化碳封存技术，利用海底封存二氧化碳技术具有诸多特点。尽管二氧化碳水合物的储气密度相比于其它二氧化碳封存储藏方式不具优势，但是二氧化碳水合物稳定存在所需的热力学条件较为温和，在低温高压的海底地层环境中二氧化碳可自发的与地层中的自由水分子结合形成二氧化碳水合物。且在海底沉积物中，温度和压力基本稳定，二氧化碳一旦形成水合物后则可以实现长期封存。