一种工业氨水的应用及二氧化碳埋存方法

本发明属于二氧化碳的埋存领域，具体涉及一种工业氨水的应用及二氧化碳埋存方法。

背景技术：

1、在ccus捕集领域中，工厂排放的废气常通过工业氨水来捕集二氧化碳，其原理、工艺已较为成熟，但是现有技术中未提及将工业氨水用于二氧化碳封存。

2、有关二氧化碳埋存，封存主要场所包括：深部咸水层、枯竭油气藏、深部不可采煤层等，目前的二氧化碳埋存方法多依托于地层流体原始条件，埋存效率较低。

3、当下我国正在开展多个二氧化碳埋存项目，但即使是我国规模最大的封存项目-中国神华co2地质封存项目，累计co2注入量也仅30余万吨，每年109t的co2减排量目标相当于3000多个该项目的埋存规模。国内外正探索能够在有限空间提高二氧化碳埋存量的技术方法。

4、目前有关二氧化碳强化埋存的方法较少，主要包括：co2多层协同抽注技术、外部电场增强co2地质储存、微生物强化co2封存。表1列出了各二氧化碳强化埋存方法。

5、表1二氧化碳强化埋存方法的有关参数

6、

7、由表1可知，上述各种二氧化碳强化埋存方法均能提高co2注入量，具有一定的强化埋存效果。但是，co2多层协同抽注方法中：对于二氧化碳咸水层封存来说，需要打采出井采出咸水并处理，成本较高；并且co2是以分子状态埋存于排出咸水后的储层空间中，分子状态的co2极易流动，会增加co2泄露风险。外部电场增强co2地质储存方法中：co2地质埋存通常位于地面800m以下，使磁场精准地垂直于co2封存储层，且能达到预期的磁场强度，是实际应用的难点。微生物强化co2封存方法中：地下微生物培养成本较高，存活难度较大，并且在微生物作用下，仅能增加五分之一的co2埋存量，强化埋存效果一般。

8、所以，目前的二氧化碳强化埋存方法在技术层面具有很大的实施难度，并且几乎都需要处理二氧化碳封存层中的水体，增加了埋存成本，缺乏合适的兼容水体强化二氧化碳埋存的方法。

技术实现思路

1、本发明提供的一种工业氨水的应用及二氧化碳埋存方法，以解决目前的埋存方法缺乏兼容封存层中的水体强化二氧化碳封存的问题。

2、在本发明的第一个方面，提供一种工业氨水的应用，将工业氨水注入地层流体中以加强二氧化碳的埋存量。

3、进一步地，选择高含水层或深部咸水层为地质封存层，且所述地质封存层的上覆盖层为各种岩层，基于工业氨水，结合所述地质封存层中的地层流体以强化二氧化碳封存。

4、进一步地，所述二氧化碳处于超临界态，并基于二氧化碳与工业氨水的反应场所的温度压力是否超过二氧化碳的临界温度和压力来实现二氧化碳的吸收或封堵。

5、在本发明的第二个方面，还提供了一种二氧化碳埋存方法，包括如下步骤：

6、步骤100、选定地质封存场地，并在所述地质封存场地上形成注入井直至地质封存层；

7、步骤200、通过压力注入设备将工业氨水通过所述注入井注入所述地质封存层，使得工业氨水和地层流体混合后的浓度达到指定范围改变地层流体性质；

8、步骤300、再次通过压力注入设备将二氧化碳通过所述注入井注入所述地质封存层，所述二氧化碳在注入时基于压力监控反馈曲线调整注入压力和注入量直至井底压力稳定以完成整个封存过程。

9、进一步地，所述工业氨水和地层流体混合后的流体浓度为4％～8％，且在完成工业氨水注入后通过少量水冲洗井筒和井底残留的工业氨水。

10、进一步地，在步骤300中，通过所述压力注入设备注入二氧化碳时，二氧化碳始终处于持续注入状态。

11、进一步地，在二氧化碳注入的过程中，所述地质封存层的温度和压力大于二氧化碳的临界温度和临界压力，使得注入的二氧化碳处于超临界态；

12、其中，处于超临界态的二氧化碳与所述工业氨水发生化学反应，具体反应为：

13、

14、且反应物工业氨水和二氧化碳与生成物碳酸氢铵的物质的量之比为1：1：1。

15、进一步地，所述地质封存层为高含水层或深部咸水层，且所述地质封存层的上覆盖层为各种岩层；

16、其中，所述地质封存层的温度为大于60℃的高温高压环境。

17、进一步地，所述二氧化碳通过注入井注入所述地质封存层后围绕所述注入井由近至远形成浓度梯度，且在注入压力作用下由近至远形成扩散带；

18、其中：

19、所述二氧化碳在注入后先与所述工业氨水反应形成碳酸氢钠溶液，在运移的过程中，所述二氧化碳和所述碳酸氢钠溶液同步运移时逐步脱离二氧化碳的临界温度和压力，此时所述二氧化碳和所述碳酸氢钠溶液所处的环境温度和压力均低于二氧化碳的临界温度和压力，所述碳酸氢铵溶液逐渐析出结晶以堵塞运移通道。

20、进一步地，所述扩散带随着二氧化碳的注入量在所述地质封存层内顺着所述浓度梯度向外延伸。

21、本发明和现有技术相比具有如下有益效果：

22、1.本发明基于氨水和二氧化碳的化学反应，将工业氨水用于二氧化碳埋存，工业氨水注入地质封存层的地层流体中，可以利用封存层中的水体，减少处理排出水体的成本。同时利用封存层中二氧化碳超临界状态特性，基于工业氨水能够增加3-5倍的二氧化碳的埋存量。

23、2.本发明结合地质封存层的环境特性，可以实现只采用注入井依次注入工业氨水和二氧化碳(水体足够大时地层压力基本不变)，结合封存层中的流体使二氧化碳主要以化合物碳酸氢铵的形式埋存在封存层中，能够增强封存层的安全性。而且即使发生二氧化碳泄露，随运移通道上移，碳酸氢铵溶液同步运移，随运移通道上移距离增加、温度压力进一步降低，碳酸氢铵会逐渐析出结晶封堵运移通道，使得封存层同样稳定安全。

24、3.基于氨水吸收二氧化碳原理，并不局限于高纯度二氧化碳埋存，也可对工业烟道气进行埋存处理，不需要对烟道气进行提纯二氧化碳的复杂工艺，用于工业烟道气直接埋存，在增加工业烟道气的埋存量的同时，节省了ccus捕集环节的高昂成本。

技术特征：

1.一种工业氨水的应用，其特征在于，将工业氨水注入地层流体中以加强二氧化碳的埋存量。

2.根据权利要求1所述的一种工业氨水的应用，其特征在于，选择高含水层或深部咸水层为地质封存层，且所述地质封存层的上覆盖层为各种岩层，基于工业氨水，结合所述地质封存层中的地层流体以强化二氧化碳封存。

3.根据权利要求1或2所述的一种工业氨水的应用，其特征在于，所述二氧化碳处于超临界态，并基于二氧化碳与工业氨水的反应场所的温度压力是否超过二氧化碳的临界温度和压力来实现二氧化碳的吸收或封堵。

4.一种二氧化碳埋存方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳埋存方法，其特征在于，所述工业氨水和地层流体混合后的流体浓度为4％～8％，且在完成工业氨水注入后通过少量水冲洗井筒和井底残留的工业氨水。

6.根据权利要求4所述的一种二氧化碳埋存方法，其特征在于，在步骤300中，通过所述压力注入设备注入二氧化碳时，二氧化碳始终处于持续注入状态。

7.根据权利要求6所述的一种二氧化碳埋存方法，其特征在于，在二氧化碳注入的过程中，所述地质封存层的温度和压力大于二氧化碳的临界温度和临界压力，使得注入的二氧化碳处于超临界态；

8.根据权利要求7所述的一种二氧化碳埋存方法，其特征在于，所述地质封存层为高含水层或深部咸水层，且所述地质封存层的上覆盖层为各种岩层；

9.根据权利要求5所述的一种二氧化碳埋存方法，其特征在于，所述二氧化碳通过注入井注入所述地质封存层后围绕所述注入井由近至远形成浓度梯度，且在注入压力作用下由近至远形成扩散带；

10.根据权利要求9所述的一种二氧化碳埋存方法，其特征在于，所述扩散带随着二氧化碳的注入量在所述地质封存层内顺着所述浓度梯度向外延伸。

技术总结
本发明提供了一种工业氨水的应用及二氧化碳埋存方法，将工业氨水注入地层，使地层流体改质以增加二氧化碳的埋存量，并提供了具体的埋存方法，包括：选定地质封存场地，并形成注入井连通地质封存层；通过压力注入设备将工业氨水通过注入井注入地质封存层，使工业氨水和地层流体混合后的浓度达到指定范围，改变地层流体性质；再次通过压力注入设备将二氧化碳通过注入井注入地质封存层，在注入时基于压力监控反馈曲线调整注入压力和注入量控制井底压力，最终完成二氧化碳封存过程。本发明对满足条件的地质封存层，能够利用工业氨水及相关工艺，使地层流体对二氧化碳的吸收量增加3‑5倍，提高埋存效率，解决了二氧化碳埋存空间与埋存量的平衡问题。

技术研发人员：陈文滨,师少桓,王硕亮,李言言,蔡晨婧
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16