碳的地質(zhì)封存技術(shù)
碳的地質(zhì)封存技術(shù)是直接將CO2注入地下的地質(zhì)構(gòu)造當(dāng)中,如油田、天然氣儲(chǔ)層、含鹽地層和不可采煤層等都適合CO2的儲(chǔ)存。
地質(zhì)封存取決這些構(gòu)造的物理和地球化學(xué)的俘獲機(jī)理。CO2注入后,儲(chǔ)層構(gòu)造上方的大頁(yè)巖和粘質(zhì)巖起到了阻擋CO2向上流動(dòng)的物理俘獲作用。這個(gè)不透水層稱為“蓋層”(caprock)。毛管力提供的其他物理俘獲作用可將CO2留在儲(chǔ)層構(gòu)造的孔隙中。然而,在許多情況下,儲(chǔ)層構(gòu)造的一側(cè)或多側(cè)保持開口,以便于CO2在蓋層下側(cè)向流動(dòng)。隨著CO2與現(xiàn)場(chǎng)流體和寄巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng),地質(zhì)化學(xué)俘獲機(jī)理開始發(fā)揮作用。如果CO2在現(xiàn)場(chǎng)水中溶解(一般是在幾百a乃至幾千a內(nèi)),充滿CO2的水的密度越來越高,因此會(huì)沉伏于儲(chǔ)層構(gòu)造中而不是浮向地表。此外,溶解的CO2與巖石中的礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成離子類物質(zhì)并轉(zhuǎn)化為碳酸鹽礦物質(zhì)。與地質(zhì)封存關(guān)聯(lián)的另一種處理方式是CO2的再利用。即將CO2注入正接近枯竭的油田以提高石油采收。這種方案比較具有吸引力,因其能夠從額外開采的石油中部分補(bǔ)償CO的儲(chǔ)存成本,但缺點(diǎn)是這類油田的地理分布不均,且開采潛力有限。
不可采煤層也可用以儲(chǔ)存CO2,因其可吸附于煤層表面,但是否可行則取決于煤床的滲透性。儲(chǔ)存過程中會(huì)產(chǎn)生甲烷氣體,并可加以開采利用,即煤層氣回收增強(qiáng)技術(shù)(ECBM)。
含鹽地層中主要是高度礦化的鹽水,并無(wú)利用價(jià)值,有時(shí)用于存放化學(xué)廢棄物。鹽堿含水層的主要優(yōu)點(diǎn)是其巨大的儲(chǔ)存容量,且地理分布較廣,對(duì)CO2的運(yùn)輸而言較為方便。但不象油田或煤層,在含鹽地層中儲(chǔ)存CO2并不能產(chǎn)生任何有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的副產(chǎn)品,無(wú)形中提高了儲(chǔ)存成本。而且人們一直對(duì)這種構(gòu)造中儲(chǔ)存的CO2是否會(huì)泄漏存有疑問,不過最近的研究表明有幾種吸附機(jī)理可使CO2固定在鹽層下。到2005年共有3個(gè)工業(yè)級(jí)的CO2地質(zhì)儲(chǔ)存項(xiàng)目在運(yùn)行之中。
其中挪威Statoil公司開發(fā)的Sleipner天然氣田CO2封存項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)。該氣田于1996年投產(chǎn),位于北海,建有世界上第1個(gè)工業(yè)級(jí)CO2捕獲設(shè)施,處理方法是用醇胺溶劑從天然氣中吸收二氧化碳并通過回注鉆孔儲(chǔ)存于深達(dá)1000m海床下的含鹽地層中,處理能力約為每天2,800t。加拿大的Weyburn項(xiàng)目開始于2000年,是將美國(guó)北達(dá)科他州Beulah的大型煤氣化裝置中捕獲的CO2輸送到加拿大Saskatchewan省東南部的Weyburn油田,用于增強(qiáng)采油,目前每年注入的CO2約為150萬(wàn)t。第3個(gè)是位于阿爾及利亞的In Salah項(xiàng)目,與Sleipner類似,也是將從天然氣中分離的CO2注入地下,年處理量約為120萬(wàn)t。
地質(zhì)封存是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N方案,據(jù)估算全球貯量至少可以達(dá)到2000Gt。
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