本发明专利技术公开了用于原位和离位地提高橄榄岩的碳酸盐化速度的方法和系统。在一些实施例中，所述方法和系统包括以下：使橄榄岩体块破裂；加热所述橄榄岩体块；将可调节的二氧化碳流注入所述橄榄岩体块内；将碳酸氢盐材料注入所述橄榄岩体块内；以及由所述橄榄岩体块和所述二氧化碳在放热反应中形成碳酸盐，由此产生自维持的热源，所述热源加热所述橄榄岩体块。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2009年7月10日提交的美国临时申请No. 61/224，707、2009年11月 17日提交的No. 61/261, 891,2010年4月洸日提交的No. 61/327，853,2010年4月洸日提交的No. 61/327，899,2010年4月27日提交的No. 61/328，232以及2010年5月4日提交的No. 61/331，184的优先权，每个申请的全部公开内容通过参引的方式并入本文。
技术介绍
对向大气中的人为的二氧化碳(CO2)输入已经大幅增大大气中二氧化碳的浓度的认识、以及增多的二氧化碳又能够推动快速的全球变暖的理论，已经专注于从大气中移除一些二氧化碳——也称为固碳——的技术。一种可能性是将二氧化碳气体转化为稳定的固体碳酸盐矿物，例如方解石(CaCO3)和菱镁矿(MgCO3)。由于橄榄岩高浓度的镁，因此从地球的上地幔在地质上暴露的橄榄岩已经被认为是用于将大气中的二氧化碳转化为固体碳酸盐的有希望的反应物，其中，橄榄岩主要由矿物橄榄石((Mg，Fe)2Si04)构成，具有较少比例的辉石矿物((Mg，Fe, Ca)2Si206)和尖晶石 ((Mg, Fe) (Cr，AD2O4)以及其水化蚀变产品蛇纹岩。已发现橄榄岩的自然碳酸盐化出奇地迅速。例如，在阿曼的地幔橄榄岩中的碳酸盐脉具有平均约26，000年的mC年龄而不是先前认为的3000至9500万年。这些数据和勘探测绘表明，经由在阿曼的橄榄岩风化，每年大约104吨至105吨的大气二氧化碳被转化为固体碳酸盐矿物。地幔橄榄岩通常在海底下面超过6km，并且与地球表面的空气和水非常不平衡。其沿着大型逆冲断层和沿着板块边界的暴露生成大的化学势存贮器。尽管可利用化学势，但是用于固碳的工程技术具有很多挑战。工程解决方案涉及将橄榄岩研磨为细粉、净化二氧化碳气体、在升高的压力下使用反应容器和/或将反应物加热到100°c以上，这导致了大量的资金和能量成本。各种方法已经被实验评估，包括橄榄石粉和蛇纹石粉在升高的温度下直接碳酸盐化、蛇纹石或橄榄石在盐酸中溶解且随后使Mg离子和Ca离子在溶液中碳酸盐化、以及橄榄石和蛇纹石与碳酸反应(非常类似于自然蚀变)。对于大量的二氧化碳固碳而言，已发现反应动力学太慢，除非橄榄石或蛇纹石反应物被升高到超过50°C -100°C、被研磨为细粉和/ 或在> 600°C下进行预处理以增加反应表面积。在大多数情况下，由于加热和加工的要求， 已发现这些方法目前在资金方面，并且更重要的是在能量消耗方面过于昂贵而不能进行商业利用。
技术实现思路
整体上，公开的主题涉及到通过优化用于在橄榄岩与待固存的二氧化碳源(例如从发电厂排放物捕获的二氧化碳、从大气中捕获的二氧化碳、或者包含在橄榄岩当地的水体中的二氧化碳)之间的碳酸盐化反应的条件而原位和离位地加速和控制自然橄榄岩碳酸盐化。橄榄石和辉石(它们是橄榄岩的组分)的碳酸盐化通常能够由以下反应式代表Mg2Si04+2C02 = 2MgC03+Si02Mg-橄榄石菱镁矿石英 Mg2S i 04+CaMgS i206+2C02+2H20 = Mg3Si2O5 (OH) 4+CaC03+MgC03Mg-橄榄石CaMg-辉石蛇纹石方解石菱镁矿根据本公开主题的二氧化碳的固存包括促进和控制在橄榄岩与待固存的二氧化碳之间的碳酸盐化反应和。本公开主题的一些实施例包括用于提高橄榄岩的碳酸盐化速度的系统和方法。碳酸盐化速度能够通过改变反应和发生的条件来提高。在本公开主题的一些实施例中，钻孔、液压破裂、在升高的压力下输入二氧化碳、输入高浓度的PH值缓冲试剂(例如 NaHCO3 (碳酸氢钠)、KHCO3 (碳酸氢钾)、和LiHCO3 (碳酸氢锂))、以及增大在深处的橄榄岩的温度被用于增强用于反应和的条件。在本公开主题的一些实施例中，橄榄岩中的流体压力在流体饱和区间与无流体的干燥区间之间循环。流体压力循环促进固相在粒间孔隙空间中的流体中的过饱和和快速结晶，这局部地影响孔壁并且产生高应力和破裂事件。破裂事件或破裂有助于维持未反应的橄榄石表面的渗透率、孔隙度和暴露，以促进持续的反应和碳酸盐的形成。可选地，一些实施例包括在作为用于与橄榄岩反应的二氧化碳源的相邻海水中发现的局部的、溶解的二氧化碳的受控对流。附图说明为了说明本专利技术，附图示出了公开主题的实施例。但是，应当理解的是，本申请不限于在附图中所示的精确装置和设施，其中图1是根据公开主题的一些实施例的系统和方法的图；图2是根据公开主题的一些实施例的方法的流程图；图3是根据公开主题的一些实施例的系统和方法的图；图4是根据公开主题的一些实施例的方法的流程图；图5是反应速度对温度的图表，其示出了典型的橄榄石碳酸盐化速度；图6是橄榄石碳酸盐化和蛇纹石化的速度作为温度和压力的函数的图表；图7是由于橄榄石碳酸盐化而导致的温度变化的速度作为橄榄岩的温度和二氧化碳流体的流动速度的函数的图表；图8A-图8D是根据公开主题的一些实施例的、用于从岸基位置钻孔到且注入到浅海底内的系统的示意图；图9A-图9C包括在图8中图示的系统的截面图和地图视图；图IOA-图IOE是根据公开主题的一些实施例的、用于从海洋中的绳系平台钻孔到且注入到浅海底内的系统的示意图；图IlA和图IlB包括在图10中图示的系统的截面图和地图视图；以及图12A-图12D是根据公开主题的一些实施例的、用于从岸基位置钻孔到且注入到浅海底内的系统的示意图。具体实施例方式现在参照图1和图2，一些实施例包括用于经由原位和离位橄榄岩碳酸盐化而使二氧化碳固存的系统和方法。一些实施例包括系统100，该系统100具有破裂模块102、加热模块104、注入模块106、以及用于有利于和控制碳酸盐化反应的控制模块108。破裂模块102包括用于使橄榄岩体块110破裂的装置(未示出)。体块110典型地位于例如海洋或海的水体的底部111下面的深度处。在一些实施例中，使用当前在矿物和石油开采中使用的已知的钻孔和液压破裂技术和设备来完成体块110的破裂。在一些实施例中，在橄榄岩体块中钻孔，用于接收可调节的二氧化碳流，该二氧化碳流能够包括在诸如海水之类的流体中。钻孔和液压破裂用于使容易可用于反应的橄榄岩的深度(和体积) 增大200倍，S卩，从橄榄岩中的大约15m到大约3km。橄榄岩的另外的自然发生的破裂可能是由于加热期间的热膨胀、水化期间的体积增大、以及碳酸盐化期间的体积增大。加热模块104用于加热橄榄岩体块110。加热模块104包括热源112，其用于加热流体体块(未示出)，由此产生加热的流体体块(未示出)；导管116，其形成在加热的流体体块与橄榄岩体块110之间；以及泵118，其用于将加热的流体体块泵吸到橄榄岩体块中。 由于橄榄岩体块110通常但不总是位于水体下面的深度处，因此覆盖橄榄岩的海水通常用作流体体块的来源。将橄榄岩体块预加热到用于橄榄岩碳酸盐化的最佳温度(大约185°C ) 快速起动碳酸盐化反应。能够经由多种流动速度、流体温度和流体组成实现橄榄岩的加热。 最后，从碳酸盐化反应输出的放热将维持橄榄岩体块中的温度为185°C。随着时间流逝，通过放热加热的输出流体能够用于加热橄榄岩体块的其他区域。这在热流体流到更冷的周围岩石内时很可能本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·B·克勒门，J·M·马特，
申请(专利权)人：纽约市哥伦比亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：
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