减排二氧化碳和硫化氢的方法技术

本发明专利技术涉及一种在地质储集层中减排二氧化碳(CO2)和/或硫化氢(H2S)的方法和系统。将水从水源泵送或转移到注入井。在其中水的液压低于合并点处的CO2和/或H2S气体压强的条件下，使气体与水合并。将具有CO2和/或H2S气泡的水以高于所述CO2和/或H2S气泡的向上流速的一定速度进一步向下转移，确保气泡向下运动，导致由于压强升高所述CO2和/或H2S完全溶解在水中。完全溶解确保进入地质(例如地热)储集层的水的较低pH，这是促进导致CO2和H2S减排的矿物反应所需的。这种减排可以通过以与所述溶解的CO2和/或H2S的预定摩尔比溶解示踪物质并在监测井中监测来量化。测井中监测来量化。[转续页]

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减排二氧化碳和硫化氢的方法


[0001]本专利技术涉及用于通过将二氧化碳(CO2)和/或硫化氢(H2S)注入地质储集层中并随后将它们储存在地质储集层中来减排二氧化碳(CO2)和/或硫化氢(H2S)的方法和系统。

技术介绍

[0002]二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)是在广泛的工业过程(例如化石燃料的燃烧)中经常大量释放的两种气体。这两种气体都对环境提出了重要挑战。
[0003]减少工业CO2排放是本世纪的主要挑战之一(参考文献1：Broecker and Kunzig)。一般地，来自地热资源的CO2排放相对低，并且这些资源被归类为可再生能源。这与使用化石燃料运行的常规发电厂形成对比，常规发电厂购买和出售污染许可证(称为“配额”)。
[0004]传统地热发电厂通过利用来自地热储集层的蒸汽和盐水的热混合物来利用地球的热量，地热储集层以热异常、可渗透岩石和流体为特征(参考文献2：Barbier)。来自这些地热储集层的地热蒸汽自然包含溶解的气体，该气体包括温室气体CO2和硫化氢(H2S)二者。这些气体是地热能生产的副产品，并且是岩浆起因的。当传统地热发电厂运行时，蒸汽中的气体被排放到大气中。
[0005]迄今为止，地热发电厂因其温室气体排放量相当低而被免除购买CO2配额。然而，随着气候变化政策变得更加严格，这种情况可能发生变化，并且据预计排放CO2的价格将会上涨。
[0006]地热发电厂的硫化氢排放是地热利用的另一个主要环境问题。硫化氢是一种无色、易燃且有毒的气体，具有臭鸡蛋的特征气味。暴露于它导致健康问题，体取决于暴露的水平和持续时间。低水平、长时间的暴露导致眼睛发炎和刺激，而如果大气中H2S的浓度超过300ppm，短时间的高水平暴露导致头晕、头痛、恶心以及甚至死亡。
[0007]地热流体中硫化氢的浓度通常在几ppb到几百ppm的范围内(参考文献3+4：Arn
ó
rsson)。在高温地热流体的利用期间，硫化氢在蒸汽相中浓缩，以及随后在蒸汽冷凝后释放到大气中。每年例如位于冰岛(Iceland)的发电厂在没有任何减排系统的情况下向大气排放9500吨硫化氢。硫化氢在冷却塔顶部释放，以降低电站附近高浓度硫化氢的风险。硫化氢被风吹离发电厂所在地，在一些天气条件下在附近社区产生恶臭。
[0008]迄今为止，CO2已被储存，例如作为与主要气体和石油生产设施相关的超临界流体，诸如北海(North Sea)的莱普内尔(Sleipner)、阿尔及利亚(Algeria)的因萨拉赫(In Salah)和加拿大(Canada)的韦伯恩(Weyburn)(参考文献5：Kerr)。然而，无论是来自地热能生产还是来自其他来源(诸如例如常规发电厂)，在地质结构中的CO2减排仍然是一种减少排放到大气中的CO2量的有吸引力的但仍然相对未开发的可能性。地质碳储存/固存的标准方法是将CO2作为体相注入深度>800m的地质地层中。在这个深度，CO2是超临界的并且相对于容矿岩流体是有浮力的。结果，有浮力的CO2可能迁移回到浅层地下和地表(参考文献6：Hawkins；参考文献7：Benson)。
[0009]Gislason et al.(参考文献8)以一般方式地描述了一种捕获CO2的方法，CO2在3km
长的管道中作为高压气体转移到试验(pilot)注入位点。在设想的方法中，CO2将与共同注入的水一起注入，这将使注入的CO2进一步向下转向到井下，根据该出版物的作者，这导致单一流体相进入固存地层。同样地，Sigfusson et al.(参考文献16)描述了将溶解在5000t水中的约175t的CO2(在地表以下大约350m的深度处)注入到位于地表以下400
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800m的多孔岩石中，并且指出以下事实：即使通过这种方法储存CO2需要大量的水，但是与超临界CO2的情况相比，可以在离地表更短的距离处进行储存，因为CO2已溶解，并且因此不再有浮力。同样地，Gunnarson等人(参考文献17)描述了将CO2和H2S(溶解在地表以下约750m深度的水中)连续注入到位于地表以下约2000m、温度范围为200至260C的玄武岩中，并且指出以下事实：与注入到较浅、较冷的岩层所获得的相比，更大的深度和高温允许注入更大数量的CO2和H2S。
[0010]这些出版物中详细描述的方法与本专利技术的方法不同。因此，这些出版物中没有一个指出水流的向下速度与有效确保在合并点处作为给定尺寸的气泡释放的CO2和/或H2S在给定深度/压强下保持在溶液中的能力之间关系的重要性。因此，这些出版物没有提及将已与富含CO2和/或H2S的气体流合并的水以比溶解在水中的CO2和/或H2S气体的气泡的向上速度更高的速度向下转移的重要性。事实上，恰恰相反(参考文献16)只是更一般地指出了在注入期间将二氧化碳溶解到水中的重要性，并且只提到了典型的体积流量和平均停留时间，就像它关注固定水与CO2质量比的重要性一样。这意指当时这些出版物的作者显然没有完全理解哪些因素实际上可以影响这些方法的有用性。类似地，这些出版物中没有一个指出本专利技术的相关发现，即因此可以简单地通过增加水的向下流动速度，例如通过减小围绕气体和水的合并点的管道的直径来减少需水量。与现有技术中描述的那些相比，该特征对于本专利技术方法的可行性具有极大的经济重要性。
[0011]可用于例如地热能生产(即地热发电厂)的情况下的H2S减排的方法的综述由Sanopoulos和Karabelas提供(参考文献9)。大多数已知的方法涉及将H2S氧化成元素硫或硫酸。这些产品的价值很低，因为需求太少或供应过剩。处置这些产品的成本很高，并且造成环境问题。
[0012]Hibara et al.(参考文献10)推测H2S可以被压缩并与盐水混合并且重新注入到辅助井。然而，直到现在还没有详细描述这样的硫化氢减排的方法，也没有完全理解哪些因素可以实际上影响这种方法的有用性。
[0013]从以上可以理解，存在新的、具有成本效益和环境友好的减排方法以用于减排来自地热能生产或其他来源(例如常规发电厂)的CO2和/或H2S的需要。本专利技术的专利技术人已经发现了一种新方法来促进CO2和H2S二者的安全且永久的地质储存/固存，这使得能够通过增加水的向下流速，例如通过简单地减小围绕富含CO2和/或H2S的气体流与水的合并点的管道直径来显著减少需水量。因此，可以简单地通过控制将多少CO2和/或H2S气体在给定的合并点和以给定的水向下速度溶解在注入水中来促进CO2和/或H2S的安全长期储存。

技术实现思路

[0014]如上所述，实现用于减排从常规和地热发电厂排放两者的二氧化碳排放和/或硫化氢的有效且环境友好的方法将是有利的。一般地，本专利技术优选地寻求单独或以任何组合减轻、缓和或消除上述一个或多个缺点。
[0015]为了更好地解决这些问题中的一个或多个，在本专利技术的第一方面，提供了一种用于在地质储集层中储存二氧化碳(CO2)和/或硫化氢(H2S)的方法，包括：
[0016]·
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种减排二氧化碳(CO2)和/或硫化氢(H2S)的方法，包括以下步骤：
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将水从水源泵送或转移到注入井(210)的外管(205)中，从而在所述外管(205)中产生加压水流，
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将富含CO2和/或H2S的气体泵送到注入井(210)的注入管(206)中，从而在所述注入管(206)中产生包括加压CO2和/或加压H2S的富含CO2和/或H2S的气体流
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通过在深度h1≥0处合并所述加压水流和所述富含CO2和/或H2S的气体流来将所述富含CO2和/或H2S的气体流的基本上所有的所述加压CO2和/或H2S气体溶解在所述加压水流中，其中所述外管(205)中的所述水的液压，p(W)低于所述注入管(206)中的所述CO2和/或H2S的压强，p(CO2)和/或p(H2S)
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通过以向下流速，v(W)将所述水流从所述深度h1≥0转移到深度h1+h2来将所述溶解的CO2和/或H2S保持在所述水流中的溶液中，其中(h1+h2)>h1，在h1+h2处，v(W)大于所述CO2和/或H2S气体的向上流速，v(CO2)和/或v(H2S)，所述v(CO2)和/或v(H2S)是由所述深度h1+h2处的所述水流中CO2和/或H2S气体的气泡上的浮力引起的
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将包含所述溶解的CO2和/或H2S的所述加压水流的所得pH值保持在约2与4之间，优选地在约2.5与3.5之间，更优选地约3.2
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将包括溶解的CO2和/或H2S的所述加压水流注入到h1+h2处或深度>(h1+h2)处的包括反应性岩石的地质储集层中。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地质储集层是地热储集层。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括通过在深度h1≥0的所述合并点处给所述注入管(206)安装用于鼓泡的装置(207)来增加待溶解在所述水流中的CO2和/或H2S之间的界面面积。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述注入管(206)在包括所述加压水流的所述外管(205)的内部向下延伸，并且在所述深度h1≥0处具有开口端部。5.根据权利要求4所述的方法，其中，包括所述加压水流的所述外管(205)在所述深度h1+h2处具有开口端部。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在深度h1处的合并点处的CO2压强，p(CO2)在约20
‑
36巴之间，优选地在约22
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34巴之间，更优选地在约24
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32巴之间，最优选地约24.5巴。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在深度h1处的合并点处的H2S压强，p(H2S)在约4
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8巴之间，优选地在约5
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7巴之间，更优选地在约5.5
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6.5巴之间，最约6巴。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：
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在所述注入井(210/612)中的所述外管(205)中所述深度h1≥0处的所述加压水流中以与所述溶解的CO2和/或H2S相比的预定摩尔比溶解示踪物质，
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建立通过流动路径(614)与所述注入井(210/612)的所述外管(205)互连的监测井(610)，从而将与所述溶解的CO2和/或H2S和所述示踪物质混合的所述加压水的至少一部分通过所述流动路径(614)从所述注入井(210/612)的所述外管(205)流向所述监测井(610)，
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测量所述监测井(610)处的CO2和/或H2S和示踪物质的浓度并基于此建立所述监测井(610)处的CO2和/或H2...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏格，
申请(专利权)人：冰岛大学纽约市哥伦比亚大学理事会巴纳德学院，
类型：发明
国别省市：