本发明属于煤炭开采，具体是一种煤炭地下气化后产生的二氧化碳的固化方法及装置。
背景技术：
1、煤炭地下气化是通过地面施工钻孔对煤层进行连通，采用不同的点火装置，通过注气井注入氧化剂、还原剂在地下煤层中进行有控制的燃烧(c+o2→co2),经过一系列氧化还原反应(c+co2→2co,c+h2o→co+h2，c+2h2o→co2+2h2，c+2h2→ch4)、干馏(煤干馏为h2、ch4、h2o)过程生产合成气(co、h2、ch4、co2、h2s等气体)，被气化的煤层在地下形成大量的气化腔以及残渣。
2、在被气化产生的合成气中含有大约20％的co2，如果直接排放到大气中将产生温室效应。
技术实现思路
1、本发明旨在提供一种用于煤炭地下气化煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的二氧化碳固化方法及装置，co2固化成本低，固化效果好，实现煤炭地下气化产生的多余co2的净零排放。
2、由于地下气化实施过程中必然会产生高温，继而导致顶板灰岩煅烧成cao+co2；这一部分co2会在气化过程中参与气化反应，生成co和h2；而重新回注与顶板cao反应的是在气化过程中残余而排出并捕集的co2，重新回注到地下固结在顶板灰岩层中，达到碳减排效果。
3、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
4、用于煤炭地下气化煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的二氧化碳固化方法，包括，
5、步骤一，生成氧化钙，利用煤层在地下气化过程中产生的热量对煤层顶板中弱含水层薄层灰岩进行煅烧，分解灰岩中的碳酸钙获得氧化钙；
6、步骤二，注入二氧化碳，从地面经注气井向煤炭地下气化反应的气化腔中注入二氧化碳，所述气化腔包括温度由高到低的气化腔氧化区、气化腔还原区和气化干馏区；
7、步骤三，二氧化碳的固化及还原，步骤二中注入的二氧化碳一部分与步骤一生成的氧化钙反应并沉淀固化，完成二氧化碳的固化，另一部分进入气化腔后在气化腔还原区进行反应生成一氧化碳和氢气。
8、作为一种选择，
9、所述气化腔氧化区的温度范围为900～1300℃；
10、所述气化腔还原区的温度范围为600～900℃；
11、所述气化干馏区的温度范围为200～600℃。
12、进一步，所述步骤一中，煤层上方依次为气化煤层顶板灰岩反应区和气化煤层上部岩层，且气化煤层顶板灰岩反应区的全部高度范围以及气化煤层上部岩层的部分高度范围共同形成气化煤层上部温控异常区，气化煤层上部岩层的剩余部分高度范围形成气化煤层上部温度正常区。
13、进一步，所述步骤一中，煤层顶板中弱含水层薄层灰岩的煅烧温度不低于720℃。
14、进一步，所述步骤二中，二氧化碳来自煤层在地下气化反应时产生的合成气体。
15、进一步，所述步骤二中，二氧化碳经加压后再通过注气井进入气化腔。
16、一种用于上述二氧化碳固化方法的二氧化碳固化装置，包括，
17、注气井和出气井，所述注气井和出气井均用于连通地面和煤炭地下气化反应的气化腔，其中，注气井的出口端位于煤炭地下气化反应的气化腔氧化区，出气井的入口端位于煤炭地下气化反应的气化干馏区；
18、脱焦、脱水、脱硫化氢、除尘、净化装置，所述脱焦、脱水、脱硫化氢、除尘、净化装置与出气井的出口端连通；
19、二氧化碳分离装置，所述二氧化碳分离装置的进口端与脱焦、脱水、脱硫化氢、除尘、净化装置的出口端连通，二氧化碳分离装置包含第一出口和第二出口，第一出口用于排放分离后的二氧化碳，第二出口用于排放除二氧化碳外的其余气体；
20、一氧化碳、甲烷与氢气分离装置，所述一氧化碳、甲烷与氢气分离装置的入口端与二氧化碳分离装置的第二出口连通；
21、二氧化碳回注增压装置，所述二氧化碳回注增压装置的入口端与二氧化碳分离装置的第一出口连通，二氧化碳回注增压装置的出口端与注气井的入口端连通。
22、进一步，二氧化碳固化装置还包括燃气发电装置，所述燃气发电装置的进气端与一氧化碳、甲烷与氢气分离装置的出口端连通。
23、进一步，二氧化碳固化装置还包括氢能利用装置，所述氢能利用装置的进气端与一氧化碳、甲烷与氢气分离装置的出口端连通。
24、进一步，所述注气井包括内层管和外层管，内层管和外层管之间形成环形腔，且内层管中为水，环形腔中为二氧化碳。
25、本发明选择煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的环境，利用煤炭在气化过程中有大量热量将向围岩中扩散的特点，借助高温条件通过热量传递对围岩中的弱含水层薄层灰岩进行煅烧分解，将主要成分为碳酸钙的灰岩分解为氧化钙，再将地面多余的二氧化碳经加压后注气井回注到气化腔中，一部分与氧化钙反应生产碳酸钙沉淀固结在灰渣中，实现二氧化碳的固化，另一部分直接到还原区进行还原为一氧化碳(c+co2→2co)，本发明的方法成本低，固化装置效果好，经济效益明显。
26、与现有技术相比，本发明的二氧化碳固化方法和固化装置具有以下特点：
27、(1)利用地下气化腔体进行co2固化，成本低；
28、(2)利用地下气化过程中热量传递高温(＞720℃)将煤层顶灰岩(硫酸钙)分解为氧化钙，再与co2反应生成碳酸钙，效果好；
29、(3)可对煤炭地下气化合成气排出地面多余的co2净零排放、符合双碳目标，有助产业发展。
1.用于煤炭地下气化煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的二氧化碳固化方法，其特征在于：包括，
2.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的二氧化碳固化方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的二氧化碳固化方法，其特征在于：所述步骤一中，煤层(14)上方依次为气化煤层顶板灰岩反应区(9)和气化煤层上部岩层(10)，且气化煤层顶板灰岩反应区(9)的全部高度范围以及气化煤层上部岩层(10)的部分高度范围共同形成气化煤层上部温控异常区(12)，气化煤层上部岩层(10)的剩余部分高度范围形成气化煤层上部温度正常区(13)。
4.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的二氧化碳固化方法，其特征在于：所述步骤一中，煤层顶板中弱含水层薄层灰岩的煅烧温度不低于720℃。
5.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的二氧化碳固化方法，其特征在于：所述步骤二中，二氧化碳来自煤层(14)在地下气化反应时产生的合成气体。
6.根据权利要求1所述的用于煤炭地下气化煤层顶板为弱含水层薄层灰岩的二氧化碳固化方法，其特征在于：所述步骤二中，二氧化碳经加压后再通过注气井(1)进入气化腔(3)。
7.二氧化碳固化装置，其特征在于：包括，
8.根据权利要求7所述的二氧化碳固化装置，其特征在于：还包括燃气发电装置(18)，所述燃气发电装置(18)的进气端与一氧化碳、甲烷与氢气分离装置(17)的出口端连通。
9.根据权利要求7所述的二氧化碳固化装置，其特征在于：还包括氢能利用装置(19)，所述氢能利用装置(19)的进气端与一氧化碳、甲烷与氢气分离装置(17)的出口端连通。
10.根据权利要求7所述的二氧化碳固化装置，其特征在于：所述注气井(1)包括内层管和外层管，内层管和外层管之间形成环形腔，且内层管中为水，环形腔中为二氧化碳。