【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于co2地质封存，尤其涉及一种烟道气在深部不可采煤层循环封存系统及封存方法。
技术介绍
1、我国约有50%的co2排放量来源于燃煤电厂烟道气，且富煤、贫油、少气的能源结构决定了在未来很长一段时间内，我国化石燃料作为主体能源的地位不会发生改变。减少化石燃料燃烧产生的温室气体排放对助力我国“双碳目标”的实现具有重要意义，为此，碳捕集与封存（ccs）技术应运而生。ccs技术一般包括碳捕集、碳运输及碳封存三个步骤，如专利号20221149044.9公开的“一种二氧化碳封存方法和系统”，该方法将捕集的二氧化碳通过加压模块和降温模块后进入过冷水中，加工成二氧化碳水合物，将球状二氧化碳水合物注入密闭容器后，置入二氧化碳封存储层。这种方法步骤繁琐，且碳捕集工艺存在纯度低、效率低、投资高等难题。煤层作为一种多孔介质储层，已经被证明是一种优良的二氧化碳封存地层，且其本身就含有碳、硫、氮等多种元素，将烟道气直接注入深部不可采煤层进行封存，可在吸收烟道气中硫化物、氮氧化物等有害气体的同时实现二氧化碳的地质封存，从而极大降低碳捕集的工艺成本，助力我国达成“双碳目标”。
2、co2地质封存的高效和稳定是实现ccs的重要前提。如公开号为cn202210478169.2公开的“一种烟道气就地深地超临界封存方法”，在距离地表5000-7000 m深度将压缩后的烟道气注入封存层内部，从而进行深地封存。这种方法钻井成本高、地层封存潜力不确定性大，烟道气中较多的氮气等杂质气体导致封存效率低，注气井服务寿命短，且大量游离态气体的存在导致封存气体泄
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种烟道气在深部不可采煤层循环封存系统及封存方法，本专利技术选择地下800 m深部不可采煤层为封存层，利用煤对co2的强吸附特征保证封存的稳定性，利用烟道气中微-纳米级固体颗粒物制备纳米流体改善煤层润湿性以提高co2封存量，利用煤储层丰富的孔隙和裂隙特征增强烟道气的流动及碳封存效率，利用循环封存的方法提高烟道气中co2的封存效果。相较于其他方法，本方法工艺流程简单，可实现烟道气中微-纳米级固体颗粒物利用以及残留co2的循环封存，充分利用煤层的碳封存潜力，同时还能有效提高煤层采气收率，极大地降低co2封存作业成本，具备较强工程实际推广潜力。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种烟道气在深部不可采煤层循环封存系统，包括烟道气储罐，与烟道气储罐出口管道相连的除尘器，除尘器出口管道与固液混合器进口管道相连接，所述固液混合器还设有一路水流管道，水流管道由水箱供水，固液混合器出口管路上设有单向阀，出口管路与超声波搅拌器进口联通，超声波搅拌器出口与柱塞泵进口联通，柱塞泵出口设有注气管，注气管位于注气井内包括竖直段和水平段，竖直段底部位于不可采煤层；还包括抽采循环装置和电流阴极保护装置。
4、进一步的，所述抽采循环装置包括设于采气井内的抽采管，抽采管出口设有抽采泵，抽采泵出口设有co2-煤层气分离器，所述co2-煤层气分离器一端与煤层气储罐相连，另一端通过co2循环管道、高压泵与烟道气储罐相连通。
5、进一步的，所述电流阴极保护装置包括设置于注汽井壁的外加电源，外加电源负极与注气井相连，外加电源正极与阳极材料相连，电源通过导线与直流变电箱连接，变压整流器通过导线与直流变电箱连接，导线上安装开关，位于末端的阳极材料从顶部岩层插入直至不可采煤层。
6、进一步的，所述烟道气出口管道上依次设有第一安全阀和第一压力表，水箱出口管路上设有注水阀门，超声波搅拌器出口管路上依次设有第一阀门和纳米流体浓度传感器；柱塞泵出口管路上设有第一co2浓度传感器和第二阀门；抽采管上设有第二co2浓度传感器和抽采阀；co2循环管道上设有第三co2浓度传感器和co2阀门；高压泵出口管路上依次设有第二压力表和第二安全阀。
7、利用上述系统的封存方法，包括以下步骤：
8、s1.施工钻井：首先确定不可采煤层的范围及深度，一般在选择地下800 m深部不可采煤层为封存层，研究证明，当煤层埋藏深度一般超过800m时，该深度以上的煤层的温压条件可使co2处于超临界态，超临界态二氧化碳具有低粘度、高扩散性，使co2能够进入到煤层裂隙中；同时具有传质传热的特性，使co2相变致裂效果更佳，然后从地面穿过岩层与含水层向不可采煤层分别施工注气井、采气井，注气井施工完成后，从注气井底部沿不可采煤层钻取水平井到d2位置处，完成后停止钻进工作；
9、s2.设置烟道气注入及煤层气抽采分离系统：将注气管一端连接柱塞泵出口，另一端延伸入注气井直至注气井底部水平井，抽采管一端从地面伸入采气井内，另一端置于采气井外部；将柱塞泵与超声波搅拌器出口连接；抽采泵的抽气口与抽采管出口连接，抽采泵的排气口连接管路与co2-煤层气分离器的进气口连接，co2-煤层气分离器的co2排出口通过co2循环管道和高压泵与烟道气储罐连接，煤层气排出口通过管路与煤层气储罐连接；
10、s3.设置纳米流体制备系统：将烟道气储罐通过管路与除尘器连接，除尘器通过管路与固液混合器连接；固液混合器出口与超声波搅拌器入口连接；超声波搅拌器出口与柱塞泵连接；固液混合器外接水箱；固液混合器出口与超声波搅拌器连接管路上安装单向阀；
11、s4.设置强制电流阴极保护装置：将注气井与外加电源负极相连，电源正极同阳极材料相连，电源通过导线与直流变电箱连接，变压整流器通过导线与直流变电箱连接，导线上安装开关，阳极材料制成棒状或细长的块状并从顶部岩层插入直至不可采煤层处；
12、s5.烟道气注入循环封存co2：开启变压整流器，将附近的交流电转变为直流电源，打开电源，直流电源迫使电流从阳极材料经过煤层流到注汽井管道，最后由导线流回电源负极，从而使管道受到保护；打开设置于烟道气储罐出口管道上的第一安全阀，烟道气进入除尘器，去除烟道气中的粒径较大的颗粒物；开启水箱上的注水阀门，水与进入固液混合器的粒径<10μm的烟道气颗粒物混合形成纳米流体，同时烟道气中硫化物遇水成酸性；纳米流体进入超声波搅拌器使水与纳米材料充分混合；开启柱塞泵，湿烟气与纳米流体经过柱塞泵向水平井持续注入，湿烟气与纳米流体进入煤层进行第一次封存；然后开启抽采泵，保持注气-采气同时作业，此时未被完全吸附的co2、被驱替的煤层气经过抽采管和抽采泵后进入co2-煤层气分离器，混合气体在co2-煤层气分离器内经过分离后，煤层气进入煤层气储罐中储存，其余co2气体重新加压后随着烟道气再次注入循环封存。
13、进一步的，注气井内设置注入管且注入管水平段端部位置d1距离水平井截止位置d2间距小于30m，采气井与注气井间距大于200m，水平井截止位置d2与采气井截至位置d3之间的水平距离小于20m。
14、进一步的，所述步骤s2中，注气管和抽采管上涂有耐腐蚀材料。
15、进一步的，所述步骤s5中，纳米流体中烟道气固体颗粒质量浓度在0.01-2%之间，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种烟道气在深部不可采煤层循环封存系统，其特征在于：包括烟道气储罐，与烟道气储罐出口管道相连的除尘器，除尘器出口管道与固液混合器进口管道相连接，所述固液混合器还设有一路水流管道，水流管道由水箱供水，固液混合器出口管路上设有单向阀，出口管路与超声波搅拌器进口联通，超声波搅拌器出口与柱塞泵进口联通，柱塞泵出口设有注气管，注气管位于注气井内包括竖直段和水平段，竖直段底部位于不可采煤层；还包括抽采循环装置和电流阴极保护装置。
2.如权利要求1所述的烟道气在深部不可采煤层循环封存系统，其特征在于：所述抽采循环装置包括设于采气井内的抽采管，抽采管出口设有抽采泵，抽采泵出口设有CO2-煤层气分离器，所述CO2-煤层气分离器一端与煤层气储罐相连，另一端通过CO2循环管道、高压泵与烟道气储罐相连通。
3.如权利要求2所述的烟道气在深部不可采煤层循环封存系统，其特征在于：所述电流阴极保护装置包括设置于注汽井壁的外加电源，外加电源负极与注气井相连，外加电源正极与阳极材料相连，电源通过导线与直流变电箱连接，变压整流器通过导线与直流变电箱连接，导线上安装开关，位于末端的阳极材料
4.如权利要求3所述的烟道气在深部不可采煤层循环封存系统，其特征在于：所述烟道气出口管道上依次设有第一安全阀和第一压力表，水箱出口管路上设有注水阀门，超声波搅拌器出口管路上依次设有第一阀门和纳米流体浓度传感器；柱塞泵出口管路上设有第一CO2浓度传感器和第二阀门；抽采管上设有第二CO2浓度传感器和抽采阀；CO2循环管道上设有第三CO2浓度传感器和CO2阀门；高压泵出口管路上依次设有第二压力表和第二安全阀。
5.利用权利要求1-4任一所述的系统的封存方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的封存方法，其特征在于：所述步骤S1中，注气井内设置注入管且注入管水平段端部位置d1距离水平井截止位置d2间距小于30m，采气井与注气井间距大于200m，水平井截止位置d2与采气井截至位置d3之间的水平距离小于20m。
7.如权利要求5所述的封存方法，其特征在于：所述步骤S2中，注气管和抽采管上涂有耐腐蚀材料。
8.如权利要求5所述的封存方法，其特征在于：所述步骤S5中，纳米流体中烟道气固体颗粒质量浓度在0.01-2%之间，观察CO2浓度传感器显示数值的变化，待采气井处CO2浓度高于注气井处CO2浓度的80%时停止注入和抽采。
...【技术特征摘要】
1.一种烟道气在深部不可采煤层循环封存系统，其特征在于：包括烟道气储罐，与烟道气储罐出口管道相连的除尘器，除尘器出口管道与固液混合器进口管道相连接，所述固液混合器还设有一路水流管道，水流管道由水箱供水，固液混合器出口管路上设有单向阀，出口管路与超声波搅拌器进口联通，超声波搅拌器出口与柱塞泵进口联通，柱塞泵出口设有注气管，注气管位于注气井内包括竖直段和水平段，竖直段底部位于不可采煤层；还包括抽采循环装置和电流阴极保护装置。
2.如权利要求1所述的烟道气在深部不可采煤层循环封存系统，其特征在于：所述抽采循环装置包括设于采气井内的抽采管，抽采管出口设有抽采泵，抽采泵出口设有co2-煤层气分离器，所述co2-煤层气分离器一端与煤层气储罐相连，另一端通过co2循环管道、高压泵与烟道气储罐相连通。
3.如权利要求2所述的烟道气在深部不可采煤层循环封存系统，其特征在于：所述电流阴极保护装置包括设置于注汽井壁的外加电源，外加电源负极与注气井相连，外加电源正极与阳极材料相连，电源通过导线与直流变电箱连接，变压整流器通过导线与直流变电箱连接，导线上安装开关，位于末端的阳极材料从顶部岩层插入直至不可采煤层。
4.如权利要求3所述的烟...
【专利技术属性】
技术研发人员：张慧栋，陈长江，刘勇，魏建平，李翔，高梦雅，井岗霞，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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