一种二氧化碳海洋液囊封存方法

技术领域

本发明属于控制温室气体效应技术领域，具体涉及一种海洋封存二氧化碳的方法。

背景技术

由于全球对化石燃料的依赖，工业生产和人类生活过程中产生的二氧化碳排放量日益增加，所导致的温室气体正在严重威胁着地球环境。二氧化碳封存技术将二氧化碳从大型排放源收集起来并存储到合适的场所，从而避免排放到大气中。然而二氧化碳的长期封存技术仍处在试探性的研究阶段，尤其是在封存的安全性评估上还存在很多不完善之处。因此，提高二氧化碳的封存安全性是一个重要的研究课题。二氧化碳的封存技术一般主要包括地质封存(Geological Storage)和海洋封存(Ocean Storage)两种方案。地质封存技术是利用地质结构(包括沉积盆地深部咸水层、废弃油气田和煤田等)对二氧化碳进行储存，海洋封存技术是利用海洋水体作为二氧化碳的载体实现封存，包括海洋溶解封存和海底液态二氧化碳池封存。海洋封存的潜力巨大，但是，海洋溶解封存和海底液态二氧化碳池封存将会对海洋环境造成较大影响，如海水酸化等。此外，封存在海水中的二氧化碳遇到温度压力波动或洋流变化很有可能从海水中逃逸出来释放到大气当中，反而会造成与二氧化碳封存背道而驰的结果。

因此，为了实现长效、稳定的二氧化碳封存，需要开发一种操作简单，二氧化碳不易逸散的海洋碳封存方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有助于实现长效稳定二氧化碳封存的海底二氧化碳封存方法。

本发明的技术方案如下：

一种二氧化碳海洋液囊封存方法，步骤如下：

第一步：将二氧化碳海底封存液囊装置预先悬置于不低于600m深度的海水中；

第二步：将液态二氧化碳通过输送管输送至液囊装置内部；当液态二氧化碳充注体积达到液囊装置的额定充注体积时，停止充注；

第三步：关闭液囊进液管截止阀、断开碳输送管与液囊进液管的连接；控制液囊装置使其置于合适水深的海底。

所述的液囊装置为框架液囊结构，包括框架结构和液囊结构；

所述的框架结构包括框架结构主体和连接装置。所述框架结构主体为大网格硬质框架，其用途为在二氧化碳海底封存中保护内部液囊结构；框架结构主体材质可为混凝土、铸铁等，形状可为方形、球形，优选为球形；所述的连接装置与框架结构主体连接，用于与船舶等水面平台采用钢缆、铁链等连接，控制液囊装置的悬置和升降；

所述的液囊结构用于储存液态二氧化碳，液囊结构与框架结构主体连接，并置于刚性框架结构主体内；液囊结构为橡胶、塑料等柔性材质；液囊结构进口处设有液囊进液管和截止阀，其中液囊进液管通过截止阀与液态二氧化碳输送管相连接，用于液态二氧化碳向液囊结构内的充注，截止阀用于在液态二氧化碳充注完成后控制液态二氧化碳的储存。充注液态二氧化碳前液囊结构内部无填充物，液囊结构为收缩状态，充注液态二氧化碳后液囊结构为充起状态，此时液囊结构形状、大小和框架结构主体相匹配。

所述的液囊结构外侧与海水直接接触，在不低于600m深度的海水中，二氧化碳在充注时液囊结构内部时将保持液态存在；液囊结构为柔性结构并且液囊结构外表面直接与海水接触，从而保证在二氧化碳海底封存时液囊结构内外压差仅用于克服液囊结构弹性收缩力且不随海水深度变化所变化，液囊结构不会因海水压力过大而遭到破坏。

所述的液囊装置整体密度大于海水，装置整体在海水中存在负浮力，控制悬置钢缆放松速度，将悬置的液囊装置置于合适水深的海底，断开框架结构表面的连接装置回收钢缆；

进一步的，海底水深不小于3000m，在此深度下液态二氧化碳密度大于周围海水密度，液囊装置能够稳定存在于海底。

进一步的，将液态二氧化碳通过液态二氧化碳输送管、液囊进液管输送至液囊结构内通过下述方式实现：将水面平台的液态二氧化碳通过计量泵注入到液态二氧化碳输送管中，液态二氧化碳经过输送管、液囊进液管进入液囊结构内。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，在海底预先置有环形拦护结构体，液囊装置置于环形拦护结构体内后，液囊装置的框架结构打开，液囊结构排出置于环形拦护结构体内，框架结构在钢缆的作用下回收重复利用；

所述的环形拦护结构体外形类似于大型开口仓体，可为栅栏、围墙等结构，用于保护、固定液囊结构。

本发明技术方案具有以下有益效果：

1、本发明提供的技术方案能够安全有效地实现海底二氧化碳的大规模储存和长期隔离；

2、本发明提供的技术方案，二氧化碳不与海水直接接触、泄露风险低，对海洋环境影响极小；综合使得二氧化碳封存效率高；

3、对设备要求低，操作步骤简单容易实现；液态二氧化碳在二氧化碳海底封存装置悬置于600m附近深度的海水时注入，液态二氧化碳的注入压力低，对计量泵、液态二氧化碳输送管路要求低；液囊为柔性材质，液囊内外压差仅用于克服液囊弹性收缩力且不随海水深度变化所变化，液囊不会因海水压力过大而遭到破坏，对液囊承压要求低；

4、海底液囊装置封存的二氧化碳可在需要时进行回收利用。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的二氧化碳海洋封存方法的流程示意图。

图2为本发明一实施例使用的液囊装置的结构示意图。

图3为本发明一实施例使用的二氧化碳封存系统。

附图标记说明：1框架结构主体；2液囊结构；3连接装置；4液囊进液管；5截止阀；6液囊装置；7海上平台；8计量泵；9液态二氧化碳输送管；10钢缆收放器；11钢缆。

具体实施方式

本发明提供了以下优选的实施例。

实施例1:

如图1所示，本发明一实施例提供了一种二氧化碳海底封存方法，该方法包括：

步骤Ⅰ：将二氧化碳海底封存的液囊装置6预先悬置于不低于600m深度的海水中；

步骤Ⅱ：将液态二氧化碳通过输送管9输送至液囊装置6内部；当液态二氧化碳充注体积达到液囊装置6的额定充注体积时，停止充注；

步骤Ⅲ：关闭液囊进液管截止阀5、断开碳输送管9与液囊进液管4的连接；控制液囊装置6使其置于合适水深的海底。

实施例2：

本发明一实施例提供了一种二氧化碳海底封存液囊装置6，如图2所示，该装置为框架液囊结构，包括框架结构和液囊结构两部分：

所述的框架结构包括框架结构主体1和连接装置3。所述框架结构主体1为大网格硬质框架，其用途为在二氧化碳海底封存中保护内部液囊结构2；框架结构主体1材质可为混凝土、铸铁等，形状可为方形、球形，优选为球形；所述的连接装置3与框架结构主体1连接，用于与船舶等水面平台采用钢缆、铁链等连接，控制液囊装置6的悬置和升降；

所述的液囊结构2用于储存液态二氧化碳，液囊结构2与框架结构主体1连接，并置于刚性框架结构主体1内；液囊结构2为橡胶、塑料等柔性材质；液囊结构2进口处设有液囊进液管4和截止阀5，其中液囊进液管4通过截止阀5与液态二氧化碳输送管9相连接，用于液态二氧化碳向液囊结构2内的充注，截止阀5用于在液态二氧化碳充注完成后控制液态二氧化碳的储存。充注液态二氧化碳前液囊结构2内部无填充物，液囊结构2为收缩状态，充注液态二氧化碳后液囊结构2为充起状态，此时液囊结构2形状、大小和框架结构主体1相匹配。

所述的液囊结构2外侧与海水直接接触，在不低于600m深度的海水中，二氧化碳在充注时液囊结构2内部时将保持液态存在；液囊结构2为柔性结构并且液囊结构2外表面直接与海水接触，从而保证在二氧化碳海底封存时液囊结构2内外压差仅用于克服液囊结构2弹性收缩力且不随海水深度变化所变化，液囊结构2不会因海水压力过大而遭到破坏。

所述的液囊装置6整体密度大于海水，装置整体在海水中存在负浮力，控制悬置钢缆11放松速度，将悬置的液囊装置6置于合适水深的海底，断开框架结构表面的连接装置3回收钢缆。

实施例3：

在本发明一个可选的例子中，二氧化碳封存装置及方法使用如图3所示的二氧化碳封存系统进行，二氧化碳封存系统包括二氧化碳海底封存的液囊装置6、海上平台7、计量泵8、液态二氧化碳输送管9、钢缆收放器9和钢缆11；

其中，具体的封存过程通过下述方式实现：

需要被封存的液态二氧化碳通过海上平台7被运输到封存地处；

海上平台7通过钢缆收放器10、钢缆11将液囊装置6预先悬置于不低于600m深度的海水中；连接计量泵8、液态二氧化碳输送管9及二氧化碳海底封存液囊装置6上的液囊进液管4，打开截止阀5；

开启计量泵8通过液态二氧化碳输送管9及液囊进液管4向液囊装置6中充注液态二氧化碳，当液态二氧化碳充注体积达到二氧化碳海底封存装置的额定充注体积时，停止充注；

关闭截止阀5，断开液态二氧化碳输送管9和液囊进液管4直间的连接，通过钢缆收放器10、钢缆11缓慢将液囊装置6放置海底，断开液囊装置6上的连接装置3回收钢缆；优选的，海底水深不少于3000m。

为降低二氧化碳封存成本，针对近海岸二氧化碳封存地区，可采用海底管道运输方式替代海上平台7将需要被封存的液态二氧化碳充注到液囊装置6。