一种基于煤矿采空区的二氧化碳地下封存方法及系统的制作方法_2

文档序号:9245874阅读:来源:国知局
发酵,获得甲烷、氢气等清洁能源,该过程巧妙地利用了地下密闭空间中的天然厌氧环境,使微藻中能源转化、回收方便,成本低。
[0026]根据本发明的一个优选实施方式,所述二氧化碳地下封存方法还包括步骤g、待抽采结束后,向所述地下密闭空间内重新注入含藻水溶液,并重复步骤d?f,从而实现地下密闭空间的重复利用。
[0027]本发明还提供了基于煤矿采空区的二氧化碳地下封存系统,所述二氧化碳地下封存系统包括:
[0028]气体配送单元,用于使CO2尾气与空气混合,并将得到的混合气体作为微藻养殖单元的(302源提供给微藻养殖单元;
[0029]微藻养殖单元,用于吸收来自所述气体配送单元的混合气体中的CO2,并繁殖微藻;
[0030]至少一个地下密闭空间,所述地下密闭空间为由所述煤矿采空区内的残留煤柱与连接所述残留煤柱的人工坝体围绕形成的闭合空间,用于接收来自所述微藻养殖单元的含藻水溶液,并分离出所述水溶液中的微藻;
[0031]第一输送装置,用于将经所述地下密闭空间分离微藻后的水溶液送回所述微藻养殖单元;和
[0032]第二输送装置,所述第二输送装置用于将来自所述微藻养殖单元的含藻水溶液送入地下密闭空间。
[0033]根据本发明的封存系统,优选地,所述的至少一个地下密闭空间为多个地下密闭空间,所述的多个地下密闭空间用于同时或轮流接收来自所述微藻养殖单元的含藻水溶液。
[0034]根据本发明的封存系统,优选地,所述地下密闭空间的顶部设有注水口,用于向所述地下密闭空间中注入含藻水溶液;所述地下密闭空间的底部设有排水口,用于排出分离微藻后的水溶液。
[0035]根据本发明的封存系统,优选地,所述微藻养殖单元设置于所述地下密闭空间上方的地表上。本领域技术人员可以理解,排放CO2的地域大多是工业区,尽管微藻光合作用效率高,但微藻培养仍需要大量的土地面积,工业区难以满足,而由于矿区地面本身设施少,将所述微藻养殖单元设置于所述地下密闭空间所在地的地表上,不仅解决了系统占地问题,同时也便于系统操作运行。
[0036]根据本发明的封存系统,优选地,所述二氧化碳地下封存系统还包括换热单元,所述换热单元用于使所述第一输送装置输送的水溶液与待进入所述气体配送单元的0)2尾气换热,或者用于使所述第一输送装置输送的水溶液与自所述气体配送单元引出的混合气体换热。
[0037]根据本发明的封存系统,优选地,所述地下密闭空间的顶部设有通往地面的气体抽采管道,用于抽采分离的微藻在所述地下密闭空间内厌氧发酵所生产的可燃气。
[0038]与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0039]1、我国产煤区主要集中在西部,且大量坑口电厂和现代煤化工企业也相应集中在西部地区。由于西部地区日照充足,地广人稀,适合采用微藻固碳方式进行CO2的捕集与封存,本发明基于煤炭采空区(西部地区大量存在)形成的地下密闭空间,利用其中冒落岩体的吸附作用实现了微藻与水的有效分离,从而避免了传统的微藻固碳技术中分离微藻时由于添加絮凝剂而造成的水体污染、分离成本高,以及经济性上不可行的问题。
[0040]2、本发明通过设置换热单元,充分利用了电厂烟气的余热对地下密闭空间水体预热到最适宜水藻养殖的温度,实现了烟气余热的再利用并解决从地下密闭空间抽出的水的温度可能较低的弊端。
[0041]3、本发明将水藻固定在煤矿采空区形成的地下密闭空间中,节省了大量的建设成本,实现了采空区的再利用,既避免了传统CCS技术需要建设注入井和监测井的高成本问题,也不存在传统CCS封存0)2后还可能出现的CO 2泄漏问题,从而实现CO 2的低成本、安全可靠的减排。
[0042]4、本发明还可以利用地下密闭空间中天然的厌氧环境实现微藻的厌氧发酵,获得甲烷、氢气等清洁能源,转化方便、成本低。
[0043]5、本发明将含藻水溶液注入地下密闭空间中,除了可以有效分离微藻外,抽出的水溶液还溶解有地下密闭空间中冒落岩体内所含的以及微藻腐烂所残留的有益物质,有利于微藻养殖单元中微藻的繁殖,一举多得。
【附图说明】
[0044]图1为本发明的二氧化碳封存系统的一种实施方式的示意图;
[0045]图2为本发明所用的地下密闭空间的一种实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0046]以下将结合附图对本发明进行详细说明,但本发明并不仅限于此。
[0047]如图1所示,本发明的二氧化碳地下封存系统包括气体配送单元2、微藻养殖单元3、至少一个地下密闭空间1、第一输送装置4和第二输送装置5。其中,所述气体配送单元2用于将0)2尾气与空气混合,并向微藻养殖单元3提供可用于微藻养殖的混合气体;所述气体配送单元2可以是本领常用的气体混合设备,例如气体混合罐等。
[0048]所述微藻养殖单元3用于吸收来自所述气体配送单元2的混合气体中的C02,并在水溶液中繁殖微藻;所述微藻养殖单元3可以选用本领域常用的微藻养殖单元,例如所述微藻养殖单元3可以是开放式养殖装置、封闭式养殖装置或者混合式养殖装置,具体如跑道池光生物反应器、气升式环流光生物反应器。
[0049]所述地下密闭空间I为由所述煤矿采空区内的残留煤柱与连接所述残留煤柱的人工坝体围绕形成的闭合空间,在一种实施方式中,可以选择单个或多个相邻工作面改造为地下密闭空间,具体地,对于单个工作面改造形成的地下密闭空间,如图2所示,将工作面11两侧的巷道111、112的侧帮15和工作面的两端(即回撤通道113靠近大巷12的侧帮15和工作面11回采的起始端13)作为地下密闭空间I的四壁,通过人工坝体对上述四壁进行必要地连接从而围成地下密闭空间I (阴影部分)。同样的道理,对于多个相邻工作面构成的地下密闭空间,将多个相邻工作面的最外侧(最外侧指的是多个相邻工作面的最左侧和最右侧)的巷道侧帮和多个相邻工作面的两端作为地下密闭空间的四壁,从而围成地下密闭空间。以上描述中使用的“左” “右”是指附图中的方向。
[0050]所述地下密闭空间I用于接收来自所述微藻养殖单元3的含藻水溶液,并分离出所述水溶液中的微藻。优选地,所述地下密闭空间I的顶部设有注水口 8,来自所述微藻养殖单元3的含藻水溶液通过所述注水口 8注入所述地下密闭空间I中。
[0051]在一个优选实施方式中,所述的至少一个地下密闭空间I为多个地下密闭空间,例如2?6个地下密闭空间,所述的多个地下密闭空间可以同时或轮流接收来自所述微藻养殖单元3的含藻水溶液,提高处理效率。
[0052]所述第一输送装置4用于将经所述地下密闭空间I分离微藻后的水溶液送回所述微藻养殖单元3。所述第一输送装置4可以是本领域常用的液体输送装置,这里不再赘述。优选地,所述地下密闭空间I的底部设有排水口 9,所述第一输送装置4通过所述排水口 9抽出水溶液。本领域技术人员可以理解,由于地下密闭空间I内存在的冒落岩体7 (比如矸石)等,抽出的水溶液事实上经过由冒落岩体7形成的过滤层的过滤,因此水质有保证。在一种实施方式中,所述二氧化碳地下封存系统还包括换热单元(图中未示出),所述换热单元用于使所述第一输送装置4输送的水溶液与待进入所述气体配送单元2的CO2尾气换热,或者用于使所述第一输送装置输送4的水溶液与自所述气体配送单元2引出的混合气体换热,使进入所述微藻养殖单元3水源和/或混合气体的温度适于微藻繁殖。所述换热单元可以是本领域常用的换热器,这里不再赘述。
[0053]所述第二输送装置5用于将来自所述微藻养殖单元3的含藻水溶液通过所述注水口 8送入地下密闭空间I。所述第二输送装置5可以是本领域常用的液体输送装置,这里不再赘述。优选地,所述微藻养殖单元3设置于所述地下密闭空间I所在地的地表上,不仅可以解决微藻养殖单元3的占地问题,同时也便于系统操作运行。
[0054]由于地下密闭空间I内具有天然的厌氧环境,在一个优选实施例中,所述地下密闭空间I的顶部设有通往地面的气体抽采管道6,用于抽采分离的微藻在所述地下密闭空间I内厌氧发酵所生产的可燃气,比如甲烷和氢气
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