[发明专利]一种煤炭原位热解及空气直接捕集二氧化碳系统及方法

说明书

本发明属于煤炭地下热解技术领域，特别涉及一种煤炭原位热解及空气直接捕集二氧化碳系统及方法，包括：煤炭原位热解模块，用于压裂地下煤层，通过注入高温高压热载体以及温和氧化供热，使地下煤层热解并将热解产物送入产物分离加工模块；产物分离加工模块，用于将热解产物进行分离加工利用，并将热解产物中的部分热解气用来发电；余热回收模块，用于回收热解完成后地下煤层所余留的热量；空气直接捕集二氧化碳模块，用于从空气中捕集二氧化碳，通过煤炭原位热解模块以及余热回收模块生产的高温蒸汽脱附二氧化碳，实现物质与能量的循环使用。本发明通过煤炭地下原位热解，绿色高效地利用煤炭资源，通过空气直接捕集二氧化碳模块直接从空气中捕集二氧化碳，并通过热解气发电以及余热回收供应吸附和脱附环节所需能耗，可以持续地捕集大气环境中二氧化碳，降低了捕集成本。

技术领域

本发明属于煤炭地下热解技术领域，特别涉及一种煤炭原位热解及空气直接捕集二氧化碳系统及方法。

背景技术

我国能源结构呈现“缺油、少气、相对富煤”的分布格局以及风能、太阳能、核能、生物质能等新能源在短期内难以取代传统能源的局面，这决定了在未来相当长的一段时间内，煤炭的主体能源地位依然难以改变。2019年我国碳排放量达98亿吨，超过全球二氧化碳排放总量的四分之一，已成为全球碳排放量最大的国家。过去十年，我国碳排放量复合增速同样快于全球平均水平，而我国碳排放来源主要是传统能源的使用，其中2020年使用煤炭所产生的碳排放量占比达71.1％。

目前传统的煤炭热解技术均为地面热解，即煤炭通过井下开采运输，经洗选加工后进入地面热解设备，经热解转化为焦油、煤气以及半焦产品。但是地面热解存在占地面积大、热解半焦转换利用难、开采时破坏地面、大气粉尘污染、地下水污染等问题。“碳达峰”、“碳中和”的目标不仅对煤炭高质量发展提出了更高的要求，同时也对煤的清洁高效利用问题提出了新的挑战。煤炭地下热解是一种煤炭直接在地下通过热载体传递热量进行原位热解。一方面可以将煤炭在地下通过直接热解转换为油气资源，缓解油气资源匮乏对外依存度高的局面，另一方面热解后的地下煤层依然存在大量余热，可以回收利用。

当前有关二氧化碳捕集的技术路线主要有富氧燃烧捕集、燃烧前捕集、燃烧后捕集，有关二氧化碳吸收方法有物理吸收、化学吸收等吸收分离法以及变温吸附、变压吸附等吸附分离法等方法。但这些方法主要用于固定源的二氧化碳捕集，如电厂、化工厂等，并且存在捕集装置占地面积大、捕集成本高等问题。因此一种煤炭原位热解及空气直接捕集二氧化碳系统及方法对能源开发有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤炭原位热解及空气直接捕集二氧化碳系统及方法，以解决现有二氧化碳捕集技术成本高，步骤繁杂的技术问题。

为了实现上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

第一方面，一种煤炭原位热解及空气直接捕集二氧化碳系统，包括煤炭原位热解模块、产物分离加工模块、空气直接捕集二氧化碳模块和余热回收模块；

煤炭原位热解模块，用于压裂地下煤层，通过注入高温高压热载体以及温和氧化供热使地下煤层原位热解生产，并将热解产物送入产物分离加工模块，高温蒸汽送入空气直接捕集二氧化碳模块；

产物分离加工模块，用于将热解产物进行分离加工利用，并将热解产物中的热解气用来发电，供给煤炭原位热解系统和空气直接捕集二氧化碳模块；

空气直接捕集二氧化碳模块，用于从空气中捕集二氧化碳，利用煤炭原位热解模块产出的高温蒸汽或地下煤层余热回收的高温蒸汽循环脱附二氧化碳并收集；

余热回收模块，用于利用热解完成后地下煤层所余留的热量供给空气直接捕集二氧化碳模块。

本发明的进一步改进在于：所述煤炭原位热解模块，包括第一注入井、水平井、第二注入井、生产井、温和氧化供热带、内构件涡旋换热装置、加压装置、加热装置、点火装置和换热器；