一种监测CO2封存泄漏的装置

本发明属于co2地质封存，具体涉及一种高效监测co2封存泄漏的装置。

背景技术：

1、随着工业化进程及人类活动区域的不断扩大，全球温室气体浓度不断攀升，对气候造成显著影响，严重威胁人类赖以生存的自然环境。据iea预测到2050年大气中co2的减排量主要依赖于co2捕获和封存技术。co2地质封存技术在co2减排中发挥了显著的作用，在co2封存过程中泄漏是最大的安全风险，泄漏监测技术是监测泄漏点的关键，泄漏风险评价是实现co2安全封存的基础。根据前人研究成果，co2封存泄漏的途径主要是储层中的断层、注采井附近地层及井筒。其中，对监测井井筒的co2监测有利于探明地层co2封存情况，采取相应的措施加强co2封存的安全性，具有重要意义。

2、有学者研制了三维g-c3n4泡沫负载cu(oh)2纳米片(cu(oh)2/cnf)复合材料，通过对其结构和光催化性能进行分析，这种材料展现出发达的三维微米孔网络结构，能够提高co2光催化还原过程中的气体传质、吸附和光生电荷分离效率(方伟等.三维g-c3n4泡沫负载cu(oh)2纳米片的制备及其光催化还原co2性能.材料工程，2023年第4期)。

3、本发明提出一种高效安全的监测co2封存泄漏的装置，利用co2光催化还原原理，使用三维g-c3n4泡沫负载cu(oh)2纳米片复合材料，作为co2光催化还原的基体设置。在光声光谱(photoacoustic spectroscopy，pas)检测技术的基础上，采用痕量co气体传感器作为co2监测装置的感应器，通过监测co2光催化还原反应获得的气体co，实时反映co2的泄漏情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种监测co2封存泄漏的装置，该装置原理可靠，操作简便，通过动态监测co2光催化还原反应获得的气体co，反映井筒附近co2泄漏的浓度累积变化情况，方便现场获得co2地质封存情况并进行安全性维护。本发明具有体积小、精度高、耗能少等特点，具有广阔的市场应用前景。

2、为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

3、在三维g-c3n4泡沫负载cu(oh)2纳米片(cu(oh)2/cnf)复合材料的催化辅助作用下，能够大幅提高co2光催化还原过程中的气体传质、吸附和光生电荷分离效率，在co2转化为co的过程中，通过传感器监测co的产生，可以实现高效安全监测co2的目的。

4、一种监测co2封存泄漏的装置，在接近井口位置处接入检测井，其顶部安装可透入太阳光的玻璃材料；其底部设有管口作为采出气体检测通道，该装置通过管口与检测井筒内部连通；其中部安放三维g-c3n4泡沫负载cu(oh)2纳米片，即cu(oh)2/cnf复合材料，作为co2光催化还原的基体设置；其内侧上方安装co传感器作为co检测源，并通过设置的电路通道和装置侧壁的信号出口作为信号传导路径，经过信号处理后接入co2显示屏。

5、进一步地，所述装置为圆柱形。

6、进一步地，玻璃材料的硬度要求可适应于井口压强。

7、进一步地，所述管口需设计为便于安装在检测井井筒上，并通过管塞或其他工具的添加，控制该装置接入检测井时，不受外界大气影响。

8、进一步地，cu(oh)2/cnf复合材料充填于装置内部中间位置，不接触底部的管口和上方的co检测源。

9、进一步地，电路通道仅通过co传感器电路，保证装置内部与外界大气无接触。

10、进一步地，所述信号处理，是指利用co气体传感器监测co的微量产生和动态浓度变化，根据co2光催化还原反应中co2：co为1:1换算为co2后，将co2浓度变化情况显示于显示屏上，从而反映co2的微小泄漏和不同时间的浓度变化情况。

11、本发明利用三维g-c3n4泡沫负载cu(oh)2纳米片(cu(oh)2/cnf)复合材料，强化co2光催化还原过程，co2在cu(oh)2/cnf复合材料上光催化还原速率提高，co产率可达到11.041umol·g-1·h-1。该材料是将cu(oh)2纳米片负载于三维g-c3n4泡沫上制作而成，负载过程分为g-c3n4泡沫表面化学镀铜和氢氧化处理两步。该反应机理如下：

12、

13、基于pas痕量气体检测技术的co传感器，作为co2监测装置的感应器。该传感器采用近红外分布反馈式激光器和掺铒光纤放大器(erbium-doped optical fiberamplifier，edfa)作为激励光源系统，结合双通道差分光声池(differentialphotoacoustic cell，dpac)降低系统噪声。室温和常压条件下，积分时间为100ms，该系统co检测信噪比提高至原来的4.6倍，最低检测极限(minimum detection limit，mdl)降低到2.6×10-6，由特定气体浓度(c)和信噪比(snr)给出，即cmin＝c/snr，且该传感器对气体浓度具有良好的线性响应。因此，利用痕量co气体传感器，可以监测co的微量产生和其动态浓度变化，从而反映co2微小泄漏和时间尺度上的浓度情况。

14、本发明可以实现co2封存泄漏动态微量检测，首先co2在cu(oh)2/cnf复合材料上光催化还原速率提升，co产率可达到11.041umol·g-1·h-1；其次基于痕量co气体传感器，co最低可检测极限可以达到2.6×10-6；最后，根据co2光催化还原反应中co2：co为1:1换算为co2后，将co2浓度监测情况显示于显示屏上。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、一方面，准确高效地预测co2泄漏，另一方面，时刻动态观察co2浓度变化情况。现场能够方便地获得co2地质封存安全性情况，以采取相应措施开展安全性维护。本发明具有体积小、精度高、耗能少等特点，方便携带与操作。

技术特征：

1.一种监测co2封存泄漏的装置，在接近井口位置处接入检测井，其特征在于，其顶部安装可透入太阳光的玻璃材料；其底部设有管口作为采出气体检测通道，该装置通过管口与检测井筒内部连通；其中部安放三维g-c3n4泡沫负载 cu(oh)2纳米片，即cu(oh)2/cnf复合材料，作为co2光催化还原的基体设置；其内侧上方安装co传感器作为co检测源，通过设置的电路通道和装置侧壁的信号出口作为信号传导路径，经过信号处理后接入co2显示屏。

2.如权利要求1所述的一种监测co2封存泄漏的装置，其特征在于，所述装置为圆柱形。

3.如权利要求1所述的一种监测co2封存泄漏的装置，其特征在于，玻璃材料的硬度要求适应井口压强。

4.如权利要求1所述的一种监测co2封存泄漏的装置，其特征在于，所述管口设计为便于安装在检测井井筒上，并通过管塞或其他工具的添加，控制该装置接入检测井时，不受外界大气影响。

5.如权利要求1所述的一种监测co2封存泄漏的装置，其特征在于，cu(oh)2/cnf复合材料充填于装置内部中间位置，不接触底部的管口和上方的co检测源。

6.如权利要求1所述的一种监测co2封存泄漏的装置，其特征在于，电路通道仅通过co传感器电路，保证装置内部与外界大气无接触。

7. 如权利要求1所述的一种监测co2封存泄漏的装置，其特征在于，所述信号处理，是指利用 co 气体传感器监测co的微量产生和动态浓度变化，换算为co2后显示于显示屏上，从而反映co2的微小泄漏和不同时间的浓度变化情况。

技术总结
本发明涉及一种监测CO<subgt;2</subgt;封存泄漏的装置，属于CO<subgt;2</subgt;地质封存技术领域。所述装置在接近井口位置处接入检测井，其顶部安装可透入太阳光的玻璃材料；其底部设有管口作为采出气体检测通道，该装置通过管口与检测井筒内部连通；其中部安放三维g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;泡沫负载Cu(OH)<subgt;2</subgt;纳米片，即Cu(OH)<subgt;2</subgt;/CNF复合材料，作为CO<subgt;2</subgt;光催化还原的基体设置；其内侧上方安装CO传感器作为CO检测源，并通过设置的电路通道和装置侧壁的信号出口作为信号传导路径，经过信号处理后接入CO<subgt;2</subgt;显示屏。本发明通过动态监测CO<subgt;2</subgt;光催化还原反应获得的CO，反映井筒附近CO<subgt;2</subgt;泄漏的浓度变化情况，体积小、精度高、耗能少，具有广阔的市场应用前景。

技术研发人员：李欢,周翔,蒋琪,黄思源,杨嗣民,黄岢
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16