采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法与系统，该方法包括如下步骤：1)设置吸收塔对烟气中的CO2进行吸收；2)设置解析塔对富液中的CO2进行解析；3)利用解析得到的CO2采集地热作为解析加热工质，部分CO2在地热层固化封存。该系统包括二氧化碳吸收捕获系统、二氧化碳分离净化系统和二氧化碳地热采集循环系统；二氧化碳吸收捕获系统包括吸收塔，二氧化碳分离净化系统包括解析塔、冷凝器和冷凝液储箱，解析塔的外部配套设置有溶液煮沸器，二氧化碳地热采集循环系统包括解析气压缩机、循环气压缩机、抽气机、地热层输入管和地热层回收管。本发明专利技术结合超临界CO2采集地热能和化学吸收法捕获CO2，具有节能节水、低碳环保的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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(本专利技术中称为吸收液)，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。BROWNDW于2000年在其《AhotdryrockgeothermalenergyconceptutilizingsupercriticalCO2insteadofwater》一文中首次提出注超临界CO2开采干热岩地热(CO2-EGS)概念：利用超临界CO2具有的携热优势，压裂干热岩储层并作为携热介质在储层内循环流动。由于EGS系统需要超深钻井技术和压裂技术，经济效益并不明显。且有研究指出，深部压裂技术有可能造成储层伤害、CO2泄露并引发地震活动。针对此问题，Ran-dolph等于2011年在其《Couplingcarbondioxidesequestrationwithgeothermalenergycaptureinnaturallypermeable,porousgeologicformations:implicationsforCO2sequestration》一文中提出注超临界CO2开采深部盐水层地热能方法，为区别于CO2-EGS，他命名此种开采地热方式为CO2羽流式地热系统(CO2-plumegeothermal，CPG)。中国石油大学任韶然等在《注超临界CO2开采高温废弃气藏地热机制与采热能力分析》一文中以150℃高温气藏为研究对象，在分析超临界CO2和水热物性基础上，提出注超临界CO2开采高温废弃气藏地热能的方法。中国石油大学裴晶晶在其硕士学位论文《利用CO2开发干热岩地热资源的可行性研究》中指出，将CO2资源化利用的思想应用于地热开发，不论对于地热开发还是对于地质埋存，都具有重要的意义。超临界CO2具有明显的采热优势，可以用作携热介质或代替地下热水。对于地热开采，可以获得CO2埋存的环保效益；对于地质埋存，可以获得地热开采带来的经济效益，用于补偿CO2捕集、输送、注入和监测等一系列的费用，有利于提升地质埋存技术的经济吸引力。综上所述，在超临界CO2地热能开采技术日益成熟的背景下，若采集地热能为化学吸收法解析过程供热，可节省大量加热蒸汽，提高化学吸收法的经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种经济性好、节能环保的采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法及系统。为实现上述目的，本专利技术所提供的采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法，包括如下步骤：1)设置吸收塔对烟气中的CO2进行吸收：烟气自下向上流经吸收塔，与从上部喷淋进入吸收塔的吸收液形成逆流接触，烟气中的CO2被喷淋的吸收液吸收，吸收液吸收CO2得到的高CO2含量的富液下降到吸收塔的底部；2)设置解析塔对富液中的CO2进行解析：下降到吸收塔底部的富液通过富液泵加压送至解析塔，富液从解析塔的上部进入解析塔，与解析塔内的蒸汽接触并解析出部分CO2，然后下降到与解析塔配套设置的溶液煮沸器中，通过间接换热的方式被来自地热层的高温CO2加热工质加热，使吸收液中的CO2进一步解析；解析得到的含有CO2及水蒸汽的混合气体从解析塔顶部排出，排出的混合气体采用冷凝器进行气水分离；解析出CO2的吸收液贫液由解析塔底部流出，通过贫液泵送至吸收塔，吸收液在吸收塔与解析塔之间往返循环构成连续吸收和解析CO2的工艺过程；3)地热采集：步骤2)中冷凝除水后的CO2经压缩后打入地热层中，在地热层以超临界CO2的形式采集地热能，设置抽气机将升温到合适温度的超临界CO2从地热层抽回地面，送入溶液煮沸器中作为加热工质对吸收液进行换热式加热；放热后的CO2加热工质从溶液煮沸器排出，经压缩后打入地热层，构成CO2连续打入地下、连续抽出的工艺过程；在超临界CO2采集地热能的过程中，部分CO2与地热层的可反应物化合得到固化，储存在地下，实现CO2的逐渐封存。优选地，步骤2)中，设置贫富液换热器对来自吸收塔的富液与来自解析塔的贫液进行换热，利用高温贫液的余热对低温富液进行预热，同时对贫液进行冷却。优选地，步骤2)中，在冷凝器的下部设置冷凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法，其特征在于：包括如下步骤：1)设置吸收塔(1)对烟气中的CO2进行吸收：烟气自下向上流经吸收塔(1)，与从上部喷淋进入吸收塔(1)的吸收液形成逆流接触，烟气中的CO2被喷淋的吸收液吸收，吸收液吸收CO2得到的高CO2含量的富液下降到吸收塔(1)的底部；2)设置解析塔(3)对富液中的CO2进行解析：下降到吸收塔(1)底部的富液通过富液泵(7)加压送至解析塔(3)，富液从解析塔(3)的上部进入解析塔(3)，与解析塔(3)内的蒸汽接触并解析出部分CO2，然后下降到与解析塔(3)配套设置的溶液煮沸器(4)中，通过间接换热的方式被来自地热层的高温CO2加热工质加热，使吸收液中的CO2进一步解析；解析得到的含有CO2及水蒸汽的混合气体从解析塔(3)顶部排出，排出的混合气体采用冷凝器(5)进行气水分离；解析出CO2的吸收液贫液由解析塔(3)底部流出，通过贫液泵(8)送至吸收塔(1)，吸收液在吸收塔(1)与解析塔(3)之间往返循环构成连续吸收和解析CO2的工艺过程；3)地热采集：步骤2)中冷凝除水后的CO2经压缩后打入地热层(26)中，在地热层以超临界CO2的形式采集地热能，设置抽气机(11)将升温到合适温度的超临界CO2从地热层抽回地面，送入溶液煮沸器(4)中作为加热工质对吸收液进行换热式加热；放热后的CO2加热工质从溶液煮沸器(4)排出，经压缩后打入地热层(26)，构成CO2连续打入地下、连续抽出的工艺过程；在超临界CO2采集地热能的过程中，部分CO2与地热层(26)的可反应物化合得到固化，储存在地下，实现CO2的逐渐封存。...

【技术特征摘要】
1.一种采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法，其特征在于：包括如下步骤：1)设置吸收塔(1)对烟气中的CO2进行吸收：烟气自下向上流经吸收塔(1)，与从上部喷淋进入吸收塔(1)的吸收液形成逆流接触，烟气中的CO2被喷淋的吸收液吸收，吸收液吸收CO2得到的高CO2含量的富液下降到吸收塔(1)的底部；2)设置解析塔(3)对富液中的CO2进行解析：下降到吸收塔(1)底部的富液通过富液泵(7)加压送至解析塔(3)，富液从解析塔(3)的上部进入解析塔(3)，与解析塔(3)内的蒸汽接触并解析出部分CO2，然后下降到与解析塔(3)配套设置的溶液煮沸器(4)中，通过间接换热的方式被来自地热层的高温CO2加热工质加热，使吸收液中的CO2进一步解析；解析得到的含有CO2及水蒸汽的混合气体从解析塔(3)顶部排出，排出的混合气体采用冷凝器(5)进行气水分离；解析出CO2的吸收液贫液由解析塔(3)底部流出，通过贫液泵(8)送至吸收塔(1)，吸收液在吸收塔(1)与解析塔(3)之间往返循环构成连续吸收和解析CO2的工艺过程；3)地热采集：步骤2)中冷凝除水后的CO2经压缩后打入地热层(26)中，在地热层以超临界CO2的形式采集地热能，设置抽气机(11)将升温到合适温度的超临界CO2从地热层抽回地面，送入溶液煮沸器(4)中作为加热工质对吸收液进行换热式加热；放热后的CO2加热工质从溶液煮沸器(4)排出，经压缩后打入地热层(26)，构成CO2连续打入地下、连续抽出的工艺过程；在超临界CO2采集地热能的过程中，部分CO2与地热层(26)的可反应物化合得到固化，储存在地下，实现CO2的逐渐封存。2.根据权利要求1所述的采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法，其特征在于：步骤2)中，设置贫富液换热器(10)对来自吸收塔(1)的富液与来自解析塔(3)的贫液进行换热，利用高温贫液的余热对低温富液进行预热，同时对贫液进行冷却。3.根据权利要求1所述的采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法，其特征在于：步骤2)中，在冷凝器(5)的下部设置冷凝液储箱(6)，收集冷凝器(5)的冷凝液并补充系统损耗的吸收液；设置尾气洗涤塔(2)，冷凝液储箱(6)中的吸收液经冷凝液泵(9)输送至尾气洗涤塔(2)的上部，对吸收塔(1)排出的尾气进行喷淋洗涤，回收尾气中残存的CO2；尾气洗涤塔(2)底部流出的吸收液与来自解析塔(3)的贫液混合后通过贫液泵(8)送至吸收塔(1)。4.根据权利要求1～3中任一项所述的采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存方法，其特征在于：步骤3)中，设置净化分离器(15)对抽回地面的高温超临界CO2进行净化，去除其中的颗粒物杂质。5.一种采集地热能供热的二氧化碳捕获与封存系统，包括二氧化碳吸收捕获系统、二氧化碳分离净化系统和二氧化碳地热采集循环系统，其特征在于：所述二氧化碳吸收捕获系统包括吸收塔(1)；所述二氧化碳分离净化系统包括解析塔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志龙，方章建，杨清萍，胡书传，
申请(专利权)人：中盈长江国际新能源投资有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42