一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种CO2矿化增强及监测评价模拟装置和方法


[0001]本专利技术涉及
CO2增强矿化封存
，尤其涉及一种
CO2矿化增强及监测评价模拟装置和方法
。

技术介绍

[0002][0003]传统的
CCS
技术是指将
CO2高压注入地下多孔岩体储层
、
油藏
、
煤层
、
深部咸水层等封存地质体中进行封存以实现
CO2永久减排目的，但该技术面临着封存成本高
、
再次泄露风险大
、
甚至诱发工程灾害问题
。
为了解决这些问题，最近研究发现一种更为稳定的
CO2地下矿化封存新方法，即通过
CO2与地层中富含钙
、
镁离子的基性
/
超基性岩体
(
如玄武岩
、
橄榄岩等
)
发生反应，生成碳酸盐固体矿物进行存储
。
同时有研究人员发现在冰岛
CarbFix
站点玄武岩熔岩和玄武碎屑岩中注入
CO2混合液，约
95
％
CO2在不到2年的时间内并完成了矿化反应，该成果为高效矿化封存
CO2指明了前景
。
但我国和世界其他区域缺少
CarbFix
站点具有特殊
、
独特的地质环境条件及有效的矿化速率增强调控技术手段等，使得矿化封存大规模产业化潜力受到了很大的制约
。
[0004]CO2矿化主要是指将
CO2
封存到基性或者超基性岩体中
(
如玄武岩
、
橄榄岩
、
火山岩等
)
，其理由是玄武岩分布广泛
(
占地球表面积
70
％以上
)、
孔隙度较高
(5
～
20
％
)
和固碳矿物含量较多
(40
～
70
％
)
等特点，封存潜力巨大
(
位体积玄武岩封存
CO2
理论量
378
‑
680kg)
，应用前景广阔，
CO2矿化过程从本质上来说是热力化多场作用下在宿主岩体孔裂隙中发生的反应
‑
流动
‑
破裂多相多尺度耦合反应作用过程，其矿化效率依赖于
CO2在岩体缝网分布情况
、
孔裂隙中流动能力及孔隙中沉淀反应的速率
。
目前，关于
CO2矿化封存的装置和监测方法包括
CN 115409147A
制备一种无机固废矿化混凝土封存
CO2的方法，通过记录压力数据得到已封存量，建立
GM
预测模型对封存量进行预测；
CN 106757119 A
通过电化学方法实现
CO2捕获与矿化封存的系统；
CN 114920245 A
使用碳质还原剂将高炉渣或其他含钙
、
镁物料中的二氧化硅还原为硅铁合金来节约碱的消耗，将
CO2气体转化成固态碳酸盐；
CN 111978026 A
利用产碳酸酐酶和碳酸酐酶菌将
CO2与钙源结合形成碳酸钙胶结充填材料，同时满足矿化封存和矿山填充开采
。
但以上技术及方法无法实现对于大规模
CO2的增强矿化及高效封存，未模拟真实地层封存的地质条件情况，同时均未实现对于
CO2矿化全过程的监测监控，未揭示高效矿化驱动机制及影响因素，无法通过调控手段来增强矿化从而保持
CO2增强矿化的高效性
。

技术实现思路

[0005]本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种
CO2矿化增强及监测评价模拟装置和方法，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果
。
[0006]本专利技术的一个目的在于提出一种
CO2矿化增强及监测评价模拟装置，包括：
[0007]试验箱体，形成有上端敞开的容纳腔，在所述容纳腔内由下向上依次铺设有
CO2矿
化封存层和
CO2封存盖层；
[0008]注入系统，包括反应釜
、CO2伺服注液泵和注入管道，
CO2伺服注液泵的一端与所述反应釜的排出口相连通，所述
CO2伺服注液泵的另一端与注入管道相连通，且所述注入管道延伸至所述
CO2矿化封存层中，配置为将所述反应釜中的饱和
CO2水合物注入所述
CO2矿化封存层中；
[0009]回收系统，包括过滤装置和回收管道，所述过滤装置的一端与所述反应釜的排入口相连通，所述过滤装置的另一端与所述回收管相连通，且所述回收管下延至所述
CO2矿化封存层中，配置为泵取所述
CO2矿化封存层中的
CO2水合物；
[0010]加热组件，包括电阻丝，所述电阻丝铺设于所述试验箱的下端，配置为对所述容纳腔内的
CO2矿化封存层和
CO2封存盖层进行加热；
[0011]加载组件，包括围压加载装置和轴压加载装置，其中，所述围岩加载装置沿着所述试验箱体的周向方向布置，配置为对所述容纳腔施加周向围压，所述轴压加载装置设置在所述容纳腔的敞开端，配置为对所述容纳腔施加轴向压力；
[0012]监测系统，包括：超声相控阵监测设备和声发射监测设备，所述超声相控阵监测设备包括超声波监测探头，配置为对
CO2矿化过程中速度场分布进行监测，所述声发射监测设备包括声发射监测探头，配置为对
CO2矿化过程中裂隙场分布进行监测
。
[0013]在该技术方案中，首先，调节加载组件和加热组件，预先设定所述试验箱体的围压
、
轴压和试验箱体的环境温度；其次，由声发射监测设备监测
CO2矿化封存层中裂隙场的声波信号；然后，由
CO2伺服注液泵将反应釜中的饱和
CO2水合物注入所述
CO2矿化封存层中的目标靶区内；接着，保持向目标靶区内注入高压饱和
CO2水合物进行水力压裂至裂隙网展开，持续形成裂隙损伤网格，对声发射监测设备监测
CO2矿化封存层中裂隙场的声波信号进行存储，并分析
CO2矿化封存层内裂隙场变化；接下来，关闭注入管道，打开回收管道，过滤装置泵取所述
CO2矿化封存层中的
CO2水合物并记录过滤装置内流量及
CO2浓度数据，打开超声相控阵监测设备，发射超声波对目标靶区内速度场进行监测，通过获得的反演层析图像对增强矿化过程进行反演；最后，对比注入管道处
CO2浓度及过滤装置内
CO2浓度数据以及声发射监测设备和超声相控阵监测设备的数据变化，实时成像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
CO2矿化增强及监测评价模拟装置，其特征在于，包括：试验箱体
(110)
，形成有上端敞开的容纳腔
(111)
，在所述容纳腔
(111)
内由下向上依次铺设有
CO2矿化封存层
(112)
和
CO2封存盖层
(113)
；注入系统
(120)
，包括反应釜
(121)、CO2伺服注液泵
(122)
和注入管道
(123)
，
CO2伺服注液泵
(122)
的一端与所述反应釜
(121)
的排出口相连通，所述
CO2伺服注液泵
(122)
的另一端与注入管道
(123)
相连通，且所述注入管道
(123)
延伸至所述
CO2矿化封存层
(112)
中，配置为将所述反应釜
(121)
中的饱和
CO2水合物注入所述
CO2矿化封存层
(112)
中；回收系统
(130)
，包括过滤装置
(131)
和回收管道
(132)
，所述过滤装置
(131)
的一端与所述反应釜
(121)
的排入口相连通，所述过滤装置
(131)
的另一端与所述回收管相连通，且所述回收管下延至所述
CO2矿化封存层
(112)
中，配置为泵取所述
CO2矿化封存层
(112)
中的
CO2水合物；加热组件
(140)
，包括电阻丝
(141)
，所述电阻丝
(141)
铺设于所述试验箱的下端，配置为对所述容纳腔
(111)
内的
CO2矿化封存层
(112)
和
CO2封存盖层
(113)
进行加热；加载组件
(150)
，包括围压加载装置
(151)
和轴压加载装置
(152)
，其中，所述围岩加载装置沿着所述试验箱体
(110)
的周向方向布置，配置为对所述容纳腔
(111)
施加周向围压，所述轴压加载装置
(152)
设置在所述容纳腔
(111)
的敞开端，配置为对所述容纳腔
(111)
施加轴向压力；监测系统
(160)
，包括：超声相控阵监测设备
(161)
和声发射监测设备
(162)
，所述超声相控阵监测设备
(161)
包括超声波监测探头
(1611)
，配置为对
CO2矿化过程中速度场分布进行监测，所述声发射监测设备
(162)
包括声发射监测探头
(1621)
，配置为对
CO2矿化过程中裂隙场分布进行监测
。2.
根据权利要求1所述的
CO2矿化增强及监测评价模拟装置，其特征在于，所述试验箱体
(110)
包括：外箱壳体
(115)
和形成在所述外箱壳体
(115)
内部的内箱壳体
(116)
，且所述外箱壳体
(115)
与所述内箱壳体
(116)
之间限定出夹腔
(A)
，其中，所述外箱壳体
(115)
为刚性件，所述内箱壳体
(116)
为柔性件
。3.
根据权利要求2所述的
CO2矿化增强及监测评价模拟装置，其特征在于，所述围压加载装置
(151)
包括：空气压缩机
(1511)
，其与所述夹腔
(A)
相连通，配置为将机械能转化为气压能并注入所述夹腔
(A)
中；其中，当所述夹腔
(A)
中注入气压时，所述内箱壳体
(116)
沿着径向方向向背离所述外箱壳体
(115)
方向运动而挤压所述容纳腔
(111)。4.
根据权利要求3所述的
CO2矿化增强及监测评价模拟装置，其特征在于，所述围压加载装置
(151)
还包括：围压控制器
(1512)
和第二压力传感器
(1513)
，其中，第二压力传感器
(1513)
安装在夹腔
(A)
中，用于测量夹腔
(A)
的压力，围压控制器
(1512)
与第二压力传感器
(1513)
和空气压缩机
(1511)
相耦接，配置为基于第二压力传感器
(1513)
所测得的夹腔
(A)
的压力而控制调节空气压缩机
(1511)
向夹腔
(A)
内注入气压
。5.
根据权利要求2所述的
CO2矿化增强及监测评价模拟装置，其特征在于，所述内箱壳体
(116)
为可变形导热环氧树脂材料件
。
6.
根据权利要求1所述的
CO2矿化增强及监测评价模拟装置，其特征在于，所述轴压加载装置
(152)
包括：轴向压机
(1521)
，设于所述容纳腔
(111)
的上端；压板
(1522)
，与所述轴向压机
(1521)
相连接，且盖设于所述
CO2封存盖层
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王笑然，刘晓斐，蔡杜柯，刘舒欣，单天成，周鑫，谢慧，张思清，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：