气体处理方法及装置与流程

本发明涉及环境领域，具体而言，涉及一种气体处理方法及装置。

背景技术：

工业革命以来，以一次能源为主的能源系统排放了大量二氧化碳，其导致气候变化的现实已经成为国际共识。降低二氧化碳排放是当今实现低碳、循环可持续发展的重要内容。CCS(二氧化碳捕集与地质封存)被认为是实现规模化减排的主要技术之一。

但在我国还没有一个全流程的示范项目，而且我国盆地以陆相沉积为主，沉积条件复杂具有更大的实践挑战性。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种气体处理方法及装置，以至少解决相关技术领域中缺少二氧化碳捕集与地质封存全流程的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种气体处理方法，包括：采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体，其中，上述目标气体用于封存至低渗咸水层；采用预设气体封存工艺将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中；在将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中的过程中及之后，监测上述目标气体的封存环境及上述封存环境的关联因素。

进一步地，采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体包括：从上述气体排放源收集气体；对收集到的气体进行压缩，得到压缩后的气体；将上述压缩后的气体执行吸附操作，以脱除上述压缩后的气体中的杂质；将脱除了杂质的气体进行冷冻分离处理，以脱除上述脱除了杂质的气体中的不凝气，得到上述目标气体。

进一步地，上述气体封存工艺包括：多层分层注入工艺或多层笼统注入工艺。

进一步地，采用预设气体封存工艺将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中包括：在将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中的过程中，监测上述目标气体在进入上述低渗咸水层之前是否处于超临界状态；若是，则将处于上述超临界状态的上述目标气体封存至上述低渗咸水层中；和/或若否，则调整上述目标气体的压力和/或温度，以使上述目标气体达到上述超临界状态，并将达到上述超临界状态之后的气体封存至上述低渗咸水层中。

进一步地，采用预设气体封存工艺将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中包括：采用防腐性能满足预设条件的防腐套管和防腐注气管柱将上述目标气体输送至上述低渗咸水层的入口。

进一步地，上述防腐套管和上述防腐注气管柱上设置有一个或者多个节箍丝扣，上述一个或者多个节箍丝扣采用气密封扣。

进一步地，上述方法还包括：在连接上述节箍丝扣的过程中，对上述节箍丝扣进行气密封测试。

进一步地，在将上述目标气体封存至上述低渗咸水层的过程中及之后，监测上述目标气体的封存环境及上述封存环境的关联因素包括：在将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中之后，采用地下、地上、空中三位一体全方位工艺对上述目标气体的封存环境及上述封存环境的关联因素进行监测。

根据本发明实施例的一个方面，还提供了一种气体处理装置，包括：捕集单元，用于采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体，其中，上述目标气体用于封存至低渗咸水层；封存单元，用于采用预设气体封存工艺将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中；监测单元，用于在将上述目标气体封存至上述低渗咸水层的过程中及之后，监测上述目标气体的封存环境及上述封存环境的关联因素。

进一步地，上述捕集单元包括：收集模块，用于从上述气体排放源收集气体；压缩模块，用于对收集到的气体进行压缩，得到压缩后的气体；吸附模块，用于将上述压缩后的气体执行吸附操作，以脱除上述压缩后的气体中的杂质；冷冻分离模块，用于将脱除了杂质的气体进行冷冻分离处理，以脱除上述脱除了杂质的气体中的不凝气，得到上述目标气体。

在本发明实施例中，采用一种二氧化碳捕集与地质封存全流程的方式，通过采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体，其中，上述目标气体用于封存至低渗咸水层；采用预设气体封存工艺将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中；在将上述目标气体封存至上述低渗咸水层的过程中及之后，监测上述目标气体的封存环境及上述封存环境的关联因素，达到了全流程下的二氧化碳捕集与地质封存的目的，从而实现了高效、安全与可控的高浓度气体低渗咸水层全流程CCS工艺包的技术效果，进而解决了相关技术领域中缺少二氧化碳捕集与地质封存全流程的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的气体处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的气体处理装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种气体处理方法实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种可选的气体处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体，其中，目标气体用于封存至低渗咸水层；

步骤S104，采用预设气体封存工艺将目标气体封存至低渗咸水层中；

步骤S106，在将目标气体封存至低渗咸水层的过程中及之后，监测目标气体的封存环境及封存环境的关联因素。

针对低碳循环可持续发展的迫切需要，为了中国清洁煤生产过程中在陆相低孔低渗深部咸水层中充入污染性气体如二氧化碳，迫切的需要捕集与地质封存全流程的技术，以二氧化碳为例，对煤化工装置(即排放源)排放的高浓度CO2尾气进行捕集，得到目标气体，用于封存至低渗咸水层，在将目标气体二氧化碳封存至低渗咸水层中之后，监测目标气体二氧化碳的封存环境及封存环境的关联因素，可以通过排放源、碳源质量及周围地质情况的综合考虑，通过优化工艺与配套现代化精准检测与监测手段。

通过上述实施方式，采用一种二氧化碳捕集与地质封存全流程的方式，通过采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体，其中，上述目标气体用于封存至低渗咸水层；采用预设气体封存工艺将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中；在将上述目标气体封存至上述低渗咸水层的过程中及之后，监测上述目标气体的封存环境及上述封存环境的关联因素，达到了全流程下的二氧化碳捕集与地质封存的目的，从而实现了高效、安全与可控的高浓度气体低渗咸水层全流程CCS工艺包的技术效果，进而解决了相关技术领域中缺少二氧化碳捕集与地质封存全流程的技术问题。

此外，当采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体后，为了实现将目标气体用于封存至低渗咸水层，需要选择目标气体的运输方式选择的技术经济模型，其中技术经济模型包括气态、液态、超临界态不同状态的经济性比较。技术经济模型包括罐车运输与管道运输的经济性比较，罐车运输包括汽车罐车和火车罐车，管道运输包括区域内短距离输送和跨区域长距离输送。CO2运输方式的选择根据输送量、输送距离等基本条件，需要全面了解当地气候、水文、地质等基础条件，同时考虑地下矿藏、地面基础设施、各类保护区、旅游区、开发区、军事设施等干扰条件，有针对性的对公路运输、铁路运输、管道运输的技术经济性进行全方位评估。通过开发的“预算型”评估模型为投资决策提供更准确信息。

可选地，采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体包括：从气体排放源收集气体；对收集到的气体进行压缩，得到压缩后的气体；将压缩后的气体执行吸附操作，以脱除压缩后的气体中的杂质；将脱除了杂质的气体进行冷冻分离处理，以脱除脱除了杂质的气体中的不凝气，得到目标气体。

以煤化工装置排放的高浓度CO2尾气为例，经过一步压缩吸附冷冻分离后得到纯度95％以上的液态CO2。其中压缩气体流二氧化碳浓度大于70％，压缩气流来自于后续工艺分离出的轻组分气，与原料气换热后继续用于吸附塔再生，其中压缩后压力在3-5MPa之间。其中外循环供冷系统需要的冷量由循环水或空冷提供。该工艺包括压缩、吸附、冷冻、分离等主要工序，过程为先将原尾气中的硫化物、烃类、水、甲醇等杂质吸附脱除，其中硫化物小于0.1ppm、烃类小于50ppm、甲醇小于10ppm、水小于20ppm等，再经冷冻、分离脱除原料气中的不凝气，得到的产品质量可以满足工业需要也可以满足食品使用需要。其中分离包括能够有效将二氧化碳和比其凝点低的轻气流分离的闪蒸、精馏等

为了解决陆相沉积盆地多互层、薄层、低孔低渗的不利地质特征，开发了多层分层注入和多层笼统注入工艺，可选地，气体封存工艺包括：多层分层注入工艺或多层笼统注入工艺。其中可以是加压注入工艺，包括注入机械加压和重力做功加压，其中压力能够维持足够的注入量，压力必须满注入地层的二氧化碳达到超临界状态。为了节约能量，可以加温，包括地面外部供热和井下地温加热，且加温必须满足注入地层的二氧化碳达到超临界状态。即，为保证该工艺的顺利实施，以二氧化碳为例，需要保证：压力和温度务必保证进入储层的CO2处于超临界状态。

可选地，采用预设气体封存工艺将目标气体封存至低渗咸水层中包括：在将目标气体封存至低渗咸水层中的过程中，监测目标气体在进入低渗咸水层之前是否处于超临界状态；若是，则将处于超临界状态的目标气体封存至低渗咸水层中；和/或若否，则调整目标气体的压力和/或温度，以使目标气体达到超临界状态，并将达到超临界状态之后的气体封存至低渗咸水层中。

需要说明的是，咸水层可以为800米以下陆相沉积地层，孔隙度小于10％，渗透率小于1mD，含盐量在3000mg/L以上。

可选地，采用预设气体封存工艺将目标气体封存至低渗咸水层中包括：采用防腐性能满足预设条件的防腐套管和防腐注气管柱将目标气体输送至低渗咸水层的入口。可选地，防腐套管和防腐注气管柱上设置有一个或者多个节箍丝扣，一个或者多个节箍丝扣采用气密封扣。

根据CO2注入封存对安全防腐要求极高的情况，采用高防腐套管和注气管柱，利于CO2的注入和长期埋存创造有利条件；套管和注气管柱的节箍丝扣均采用气密封扣，在连接过程中每一扣均需要通过气密封测试；为保证固井质量，生产套管固井采用分段回接固井方式，充分保证固井质量，防止缝隙泄漏；采用高强度防腐套管头和井口，确保CO2的安全注入和长期监测的需求，可有效保证在CO2腐蚀条件下，长期稳定使用；针对不同的工况条件，研制了两种不同机理的防腐蚀水泥浆体系；固井过程中固井水泥务必返至井口。

可选地，上述方法还包括：在连接节箍丝扣的过程中，对节箍丝扣进行气密封测试。

可选地，在将目标气体封存至低渗咸水层的过程中及之后，监测目标气体的封存环境及封存环境的关联因素包括：在将目标气体封存至低渗咸水层的过程中及之后，采用地下、地上、空中三位一体全方位工艺对目标气体的封存环境及封存环境的关联因素进行检测。

也即，为了实现监测目标气体的封存环境及封存环境的关联因素，通过对目标气体如CO2地质封存的安全和环境风险评估，建立了与示范项目配套的全方位监测工艺及CO2泄漏预警与处置机制。

其中，采用地下、地上、空中三位一体全方位工艺实际上可以是地下监测工艺，包括封存区域储层、盖层的监控；地上监测工艺，包括浅地表、地表土壤、地表植被等的监测；空中监测工艺，包括封存区域及其附近低空大气、地表大气进行二氧化碳浓度及示踪剂的监测，以及从太空通过卫星、遥感等手段对封存区域进行地面变形及生态影响。也即可以是包含注入井井下监测系统、监测井井下监测系统、浅井取样监测系统、土壤CO2通量、大气涡度、大气CO2浓度、地下饮用水水质、雷达地表变形、时移VSP地震监测等在内的一体化监测工艺。

此外，还可以根据监测数据，包括监测数据的记录、传输、整理、解释、预测、发布等。完成了安全性评估及预警处置工艺，建成了扩散模拟及信息平台建设，为CO2慢性与急性泄漏提供科学处置措施。

实施例2

根据本发明实施例，还提供了一种气体处理装置实施例。

图2是根据本发明实施例的一种可选的气体处理装置的示意图，如图2所示，该装置包括：包括：捕集单元20，用于采用预设气体捕集工艺从气体排放源捕集目标气体，其中，上述目标气体用于封存至低渗咸水层；封存单元40，用于采用预设气体封存工艺将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中；监测单元60，用于在将上述目标气体封存至上述低渗咸水层中的过程中及之后，监测上述目标气体的封存环境及上述封存环境的关联因素。

针对低碳循环可持续发展的迫切需要，为了中国清洁煤生产过程中在陆相低孔低渗深部咸水层中充入污染性气体如二氧化碳，迫切的需要捕集与地质封存全流程的技术，以二氧化碳为例，对煤化工装置(即排放源)排放的高浓度CO2尾气进行捕集，得到目标气体，用于封存至低渗咸水层，在将目标气体二氧化碳封存至低渗咸水层的过程中及之后，监测目标气体二氧化碳的封存环境及封存环境的关联因素，可以通过排放源、碳源质量及周围地质情况的综合考虑，通过优化工艺与配套现代化精准检测与监测手段。

通过上述实施方式，采用一种二氧化碳捕集与地质封存全流程的方式，达到了全流程下的二氧化碳捕集与地质封存的目的，从而实现了高效、安全与可控的高浓度气体低渗咸水层全流程CCS工艺包的技术效果，进而解决了相关技术领域中缺少二氧化碳捕集与地质封存全流程的技术问题。进一步地，上述捕集单元包括：收集模块，用于从上述气体排放源收集气体；压缩模块，用于对收集到的气体进行压缩，得到压缩后的气体；吸附模块，用于将上述压缩后的气体执行吸附操作，以脱除上述压缩后的气体中的杂质；冷冻分离模块，用于将脱除了杂质的气体进行冷冻分离处理，以脱除上述脱除了杂质的气体中的不凝气，得到上述目标气体。

需要说明的是，装置部分实施例中的单元/模块实现的功能，与方法部分实施例中的对应步骤实现的功能相同或者类似，在此不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。