[发明专利]海水式碳捕集封存方法及装置

说明书

技术领域

本发明海水式碳捕集封存方法及装置(Ocean CCS)，适用于滨海电厂、海洋船舶等燃烧化石燃料的海洋设施减少二氧化碳排放，属于清洁能源和海洋工程技术领域。

背景技术

对化石燃料产生的二氧化碳进行捕集与封存，即CCS(Carbon Capture and Storage)，是减少大气中温室气体的关键技术手段，然而，现有CCS方案全部是地质封存(包括海底地质封存)方案，成本高昂，远没有成为碳减排的实用技术。国际研究认为：利用海洋进行碳封存，是最具成本效益的应对气候变化的有效方法(《碳捕集与封存特别报告》IPCC 2005)。然而，现有海洋封存技术方案，长期以来并没有体现“最具成本效益”的特点，也没有成为实用技术。这首先是由于现有海洋封存技术方案，采用地质封存方案的高成本碳捕集方式，要求“运送至海洋注入点的二氧化碳的最适当形式为液体或密相气体”(《二氧化碳海洋封存》IEA GHG 2002)，这种碳捕集方式的成本，在高昂的地质封存方案总成本中本来就占到70％以上，而下述额外的环境成本，使现有海洋封存方案成本更加高昂。研究报告记载，2001年曾有国际机构开展海洋碳封存现场试验，准备向夏威夷和挪威两处海水中注入二氧化碳，但在作好了资金、物资(包括准备注入海洋的60吨液态二氧化碳)、人员等充分准备后，试验却被禁止，因为环保机构指出：液态或密相气态这样持续高浓度的CO₂，会导致接触的海洋生物立即死亡，严重破坏注入区域的海洋生态环境，所以该试验属于伦敦公约、奥斯陆巴黎(OSPAR)公约禁止的海洋“倾废”行为，不准开展；而这也导致国际上对海洋碳封存的研究，2005年后至今再也没有进行。

本来，国际研究认定：“二氧化碳是天然存在的产物，由于海洋碳储层的规模非常巨大(比地质储层大很多倍)，因此二氧化碳对海洋环境的整体影响非常小”；“海洋以约6Gt/y(吉吨/年)的速率自然吸收大气中的二氧化碳；即使所有已知碳储量的化石燃料燃烧，仅能把海洋的溶解无机碳(DIC)含量增加10％”。但由于现有海洋CCS方案经济和环境成本过高而无法实用，人们利用海洋资源有效应对气候变化的长期渴望一直未能实现。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有化石燃料海洋碳封存方案经济和环境成本过高的缺陷，提供一种符合环境法规低成本的海水式碳捕集封存方法及装置(Ocean CCS)，使海洋碳封存成为有效减少化石燃料大气碳排放的实用技术手段。

本发明所述的海洋碳封存，也可以表述为二氧化碳海洋封存，或海水碳封存，或海洋水体碳封存。

本发明第一个方面是提供了一种海水式碳捕集与封存方法，所述方法包括如下步骤：

1)碳捕集：使用海水洗涤含有二氧化碳的排放废气，生成溶有废气中二氧化碳的洗涤后海水作为碳捕集成品；

2)碳封存：将所述碳捕集成品排注至大海水体实现海洋碳封存。

进一步的技术方案是：

在步骤1)的洗涤过程中，排放废气中的二氧化碳至少有10％、或20％、或50％、或70％、或80％、或90％溶入所述海水后排注至大海水体，海水的量被配置为足以吸收排放废气中的二氧化碳的至少10％、或20％、或50％、或70％、或80％、或90％。

所述方法还包括：通过调节洗涤用海水的量来调节所述碳捕集成品的pH值，和/或在所述的碳捕集成品中掺入额外的海水来调节所述碳捕集成品的pH值。

所述方法还包括：通过填料洗涤和控制洗涤海水的提升高度使捕集二氧化碳的能耗不大于1000MJ/t，或500MJ/t，或400MJ/t，或350MJ/t，或300MJ/t，或250MJ/t，或200MJ/t，或150MJ/t，或100MJ/t，或60MJ/t，或50MJ/t，或40MJ/t，或,30MJ/t，或20MJ/t，或10MJ/t，或5MJ/t。

所述方法还包括：从所述碳捕集到所述碳封存的整个过程是连续反应。

所述方法还包括：碳捕集成品排注至大海水体，是排注至大海表层，或中层，或深层的不经过取水口的洋流里。

所述方法还包括，提供排注管道，以及将所述碳捕集成品通过所述排注管道直接排注海水碳封存处。

所述方法还包括：提供填料，在步骤1)中，使海水与排放废气在所述填料中接触，从而实现所述的洗涤；所述的填料可以是规整或散装填充物，也可以是格栅或孔板。