CN113217100A - 一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及节能环保技术领域，公开了一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，包括如下步骤：步骤一，废旧矿井的前期施工；步骤二，工作车间的施工及管道布置；步骤三，工作车间将二氧化碳转化为液态和固态后运送至废旧矿井的采空区、永久巷道和硐室封存；步骤四，将封存的液态二氧化碳和固态二氧化碳回收至工作车间供给企业进行不同形态的碳交易；本申请设计合理，安全可靠，容纳量大，处理成本低，保护环境，解决了废弃矿井资源开发利用，并可以产生经济价值，应用前景十分可观，且该方法为实现我国碳达峰和碳中和的长远目标，科学、合理、有效地对二氧化碳进行捕集和封存非常重要。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，特别涉及一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法。
背景技术
气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命***形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国也提出了碳达峰和碳中和的目标。
为实现我国碳达峰（2030年）和碳中和（2060年）的长远目标，科学、合理、有效地对二氧化碳进行捕集和封存非常重要。较大规模的二氧化碳封存方式主要有地质封存（旧油气田、难开采煤层、深层地下水层等）、地表封存和海洋封存三大类。地质封存的基本原理就是模仿自然界储存化石燃料的机制，把二氧化碳封存在地层中，二氧化碳可经由输送管线或车船运输至适当地点后，注入特定地质条件及特定深度的地层中，目前由于熟悉已开采油气田的构造和地质条件，利用它们来储存二氧化碳相对容易，但是目前对于利用废旧矿井封存二氧化碳的研究较少；地表封存的基本原理是使二氧化碳与金属氧化物进行化学反应，形成固体形态的碳酸盐及其他副产品，但是二氧化碳地表封存技术尚未成熟，高操作成本、矿业开采作业对环境的影响等议题，是后续研究的重点；海洋封存的基本原理是利用海洋庞大的水体体积及二氧化碳在水体中不低的溶解度，使海洋成为封存二氧化碳的容器，但是二氧化碳海洋封存已历经近30年的理论发展、试验室试验和小规模现场测试以及模式模拟研究，尚缺乏大规模二氧化碳海洋封存的操作实例。
目前，我国各类矿井数量众多，迄今为止，有许多矿井因为资源枯竭而成为废弃矿井，这些废弃矿井存在大面积的采空区、永久巷道和硐室，如何更好地利用我国废旧矿井进行二氧化碳封存便是当务之急。因此提出一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法。该方法的提出对我国这种具有丰富矿产资源的区域，充分利用废旧矿井封存二氧化碳具有较强的可行性，符合国家关于碳排放的战略要求，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，根据地质结构的不同在废旧矿井中的采空区、永久巷道和硐室封存不同形态的二氧化碳，且封存的二氧化碳可以根据企业的需求再利用进行不同形态的碳交易，解决上述背景技术中提出的问题。
本发明采用的技术方案如下：一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，包括如下步骤：步骤一，废旧矿井的前期施工；
步骤二，工作车间的施工及管道布置；
步骤三，工作车间将二氧化碳转化为液态和固态后运送至废旧矿井的采空区、永久巷道和硐室封存；
步骤四，将封存的液态二氧化碳和固态二氧化碳回收至工作车间供给企业进行不同形态的碳交易。
在具体进行步骤一时，在废旧矿井的采空区做岩石回填并封闭洞口；在废旧矿井的硐室内进行防渗防腐处理并封闭洞口；在废旧矿井的永久巷道内放置多个相互连通的二氧化碳储罐并封闭洞口；在废旧矿井的矿井口构筑密封门。
在具体进行步骤二时，在废旧矿井的矿井口周围做工作车间的施工，该工作车间设有二氧化碳压缩机可以对捕集或运输来的二氧化碳分别转化为液态和固态，该工作车间内设有与二氧化碳发生化学反应的第一化学试剂储罐，该工作车间内设有与二氧化碳发生还原反应的第二化学试剂储罐，在工作车间通过第一管道连接采空区、二氧化碳储罐、硐室，在工作车间通过第二管道连接采空区、二氧化碳储罐、硐室，在工作车间通过第三管道连接采空区，在工作车间通过第四管道连接采空区。
在具体进行步骤三时，工作车间通过第二管道将液态二氧化碳分别运送至采空区、硐室和二氧化碳储罐内，工作车间通过第四管道将第一化学试剂储罐内的化学试剂注入采空区，液态二氧化碳与化学试剂发生化学反应，形成沉淀物与岩石固结，对底面形成支撑，防止地面沉降；通过绞车房和罐笼将固态二氧化碳运送至硐室，封存固态二氧化碳。
在具体进行步骤四时，工作车间通过第三管道将第二化学试剂储罐内的化学试剂注入采空区，沉淀物与化学试剂发生还原化学反应，释放二氧化碳；工作车间通过第一管道将采空区、硐室和二氧化碳储罐内的二氧化碳回收再利用进行不同形态的碳交易；硐室中的固态二氧化碳通过罐笼和绞车房运送至地面工作车间。
本发明的有益效果在于：本申请根据地质结构的不同在废旧矿井中的采空区、永久巷道和硐室封存不同形态的二氧化碳，废旧矿井具有很大的空间，能够封存较大体量的二氧化碳，且采空区液态二氧化碳与化学试剂发生化学反应，形成沉淀物与岩石固结，对底面形成支撑，防止地面沉降，另外封存的二氧化碳可以根据企业的需求再利用进行不同形态的碳交易；本申请设计合理，安全可靠，容纳量大，处理成本低，保护环境，解决了废弃矿井资源开发利用，并可以产生经济价值，应用前景十分可观。
附图说明
图1为本发明的主视剖面结构示意图。
图2为永久巷道与二氧化碳储罐的结构示意图。
图3为密封门的立体结构示意图。
图中：采空区1、永久巷道2、硐室3、工作车间4、二氧化碳储罐5、密封门6、二氧化碳压缩机7、第一化学试剂储罐8、第二化学试剂储罐9、第一管道10、第二管道11、第三管道12、第四管道13、绞车房14、罐笼15。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，包括如下步骤：步骤一，废旧矿井的前期施工；步骤二，工作车间4的施工及管道布置；步骤三，工作车间4将二氧化碳转化为液态和固态后运送至废旧矿井的采空区1、永久巷道2和硐室3封存；步骤四，将封存的液态二氧化碳和固态二氧化碳回收至工作车间4供给企业进行不同形态的碳交易。
在具体进行步骤一时，在废旧矿井的采空区1做岩石回填并封闭洞口，优选的岩石或煤矸石回填为波浪形堆叠，便于前期液态二氧化碳的注入封存和二氧化碳后期封存后的液态或气态二氧化碳流出回收，封闭洞口时用水泥红砖砌墙，并且在完成密封的洞口墙面上预留四个管道通过口；在废旧矿井的硐室3内进行防渗防腐处理并封闭洞口，先铺设一层玻璃布，喷一层水泥砂浆，在铺设一层玻璃布，干透后喷两遍油漆，待油漆干透后用环氧树脂做镀刷层，而封闭洞口与采空区1施工方法相同；（如图2所示）在废旧矿井的永久巷道2内放置多个相互连通的二氧化碳储罐5并封闭洞口，封闭洞口与采空区1施工方法相同；在废旧矿井的矿井口构筑密封门6，（如图3所示）密封门6由固定侧与翻盖侧组成，固定侧用于安装管道，密封性能好，翻盖侧便于使用时维护检修，实用性强，并起到二级防泄漏的作用，为了保证检修时，下井人员的安全性，在密封门6上安装二氧化碳浓度显示器，避免打开密封门6，由于高浓度二氧化碳的外泄导致下井人员缺氧事故。
在具体进行步骤二时，在废旧矿井的矿井口周围做工作车间4的施工，该工作车间4安装有二氧化碳压缩机7可以对捕集或运输来的二氧化碳分别转化为液态和固态，该工作车间4内安装有与二氧化碳发生化学反应的第一化学试剂储罐8，该工作车间4内安装有与二氧化碳发生还原反应的第二化学试剂储罐9，在工作车间4通过第一管道10连接采空区1、二氧化碳储罐5、硐室3，在工作车间4通过第二管道11连接采空区1、二氧化碳储罐5、硐室3，在工作车间4通过第三管道12连接采空区1，在工作车间4通过第四管道13连接采空区1。
在具体进行步骤三时，工作车间4通过第二管道11将液态二氧化碳分别运送至采空区1、硐室3和二氧化碳储罐5内，且第二管道11的接口位于采空区1的上部，位于硐室3的上部，位于二氧化碳储罐5的上部，工作车间4通过第四管道13将第一化学试剂储罐8内的化学试剂（碱性化合物，例如氧化钙与液态二氧化碳生成碳酸钙沉淀）注入采空区1，第四管道13的接口位于采空区1的上部，液态二氧化碳与化学试剂发生化学反应，形成沉淀物与岩石固结，对底面形成支撑，防止地面沉降；通过绞车房14和罐笼15将固态二氧化碳运送至硐室3，封存固态二氧化碳。
在具体进行步骤四时，工作车间4通过第三管道12将第二化学试剂储罐9内的化学试剂（稀盐酸与碳酸钙反应，会呈泡腾现象，生成氯化钙、水和二氧化碳）注入采空区1，第三管道12的接口位于采空区1的上部，沉淀物与化学试剂发生还原化学反应，释放二氧化碳；工作车间4通过第一管道10将采空区1、硐室3和二氧化碳储罐5内的二氧化碳回收再利用进行不同形态的碳交易，第一管道10的接口位于采空区1的下部，位于硐室3的下部，位于二氧化碳储罐5的下部；硐室3中的固态二氧化碳通过罐笼15和绞车房14运送至地面工作车间4。
尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，废旧矿井的前期施工；
步骤二，工作车间的施工及管道布置；
步骤三，工作车间将二氧化碳转化为液态和固态后运送至废旧矿井的采空区、永久巷道和硐室封存；
步骤四，将封存的液态二氧化碳和固态二氧化碳回收至工作车间供给企业进行不同形态的碳交易。
2.根据权利要求1所述的一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，其特征在于：在废旧矿井的采空区做岩石回填并封闭洞口；在废旧矿井的硐室内进行防渗防腐处理并封闭洞口；在废旧矿井的永久巷道内放置多个相互连通的二氧化碳储罐并封闭洞口；在废旧矿井的矿井口构筑密封门。
3.根据权利要求2所述的一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，其特征在于：在废旧矿井的矿井口周围做工作车间的施工，该工作车间设有二氧化碳压缩机可以对捕集或运输来的二氧化碳分别转化为液态和固态，该工作车间内设有与二氧化碳发生化学反应的第一化学试剂储罐，该工作车间内设有与二氧化碳发生还原反应的第二化学试剂储罐，该工作车间通过第一管道连接采空区、二氧化碳储罐、硐室，该工作车间通过第二管道连接采空区、二氧化碳储罐、硐室，该工作车间通过第三管道连接采空区，该工作车间通过第四管道连接采空区。
4.根据权利要求3所述的一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，其特征在于：工作车间通过第二管道将液态二氧化碳分别运送至采空区、硐室和二氧化碳储罐内，工作车间通过第四管道将第一化学试剂储罐内的化学试剂注入采空区，液态二氧化碳与化学试剂发生化学反应，形成沉淀物与岩石固结，对底面形成支撑，防止地面沉降；通过绞车房和罐笼将固态二氧化碳运送至硐室，封存固态二氧化碳。
5.根据权利要求3所述的一种利用废旧矿井封存二氧化碳的方法，其特征在于：工作车间通过第三管道将第二化学试剂储罐内的化学试剂注入采空区，沉淀物与化学试剂发生还原化学反应，释放二氧化碳；工作车间通过第一管道将采空区、硐室和二氧化碳储罐内的二氧化碳回收再利用进行不同形态的碳交易；硐室中的固态二氧化碳通过罐笼和绞车房运送至地面工作车间。
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