用于海底封存温室气体的系统及其使用方法 【技术领域】
本发明专利涉及温室气体处理技术。背景技术 由于全球对化石燃料的依赖， 工业和人们生活中所产生的废气排放量日益增加， 由此而导致的空气污染和温室效应已经严重地威胁着人类的生存和发展。 在六种主要温室 气体 (CO2、 CH4、 N2O、 HFCs、 PFCs 和 SF6) 中， 二氧化碳对温室效应的贡献最大。
目前， 全球每年大约排放 250 亿吨二氧化碳， 如果不采取有效的控制措施， 会导致 极其严重的环境和社会灾难。二氧化碳封存是将从电厂等回收来的二氧化碳， 运输至埋存 地， 并注入地质结构中封存起来。用以封存二氧化碳的地质结构包括贫化油田、 枯竭气田、 地下盐水层、 深煤层和海洋等。
关于减排二氧化碳气体的现有技术还有 ： “一种二氧化碳减排和综合利用的方法 和装置” ( 专利号 ZL 200910195171.3)， 该发明提供了一种二氧化碳减排和综合利用的方法 和装置， 所述方法包括如下步骤 ： (1) 将氨气与湿土壤接触， 使其氨化， 生成 NH4OH， 获得氨化 土壤 ； (2) 将二氧化碳与氨化土壤接触， 使其碳化， 获得 NH4HCO3， 固定于土壤中。
“封存 CO2 的方法” ( 专利号 ZL 200880023216.2)， 该发明提供了封存二氧化碳的 方法。该方法包括从含碱土金属的水中沉淀储存稳定的二氧化碳封存产物， 然后例如通过 将该产物置于处置场所或使用该产物作为制成组合物的组分来处置该产物。
“一种二氧化碳减排测试装置及方法” ( 专利号 200910137693.8)， 该发明公开了一 种二氧化碳减排测试装置及方法， 二氧化碳减排测试装置包括 ： 车体以及车体内提供废气、 废水的供应室、 微藻生物光合反应室和微藻生长过程测试设备 ； 供应室用于向微藻生物光 合反应室提供微藻生长所需的水、 废气与空气的混合气体 ； 微藻生物光合反应室布置有若 干光学反应器， 用于使用供应室提供的水、 混合气体和放置于各光学反应器中的微藻进行 微藻生长试验 ； 微藻生长过程测试设备对微藻生物光合反应室各光学反应器中微藻的生长 质量的相关参数进行检测， 以确定适宜吸收该废气的微藻。
“一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法及专用系统” ( 专利号 ZL200610047522.2)， 一种燃煤电站烟气二氧化碳减排及其资源化的方法， 以氨基物质为吸 收剂， 其特征在于 ： 在燃煤锅炉尾部经预除尘后在二氧化碳吸收系统中向烟气中喷入氨基 物质溶液以铵盐的形式吸收煤燃烧中产生的二氧化碳， 减排烟气中 20 ～ 95％的二氧化碳 ； 以铵盐的形式吸收的二氧化碳经分离净化为高纯度的二氧化碳气， 用于工业、 化工业、 食品 加工、 采油业驱油等。
上述发明有的是将二氧化碳固化于土壤中， 有的是利用微藻来吸收二氧化碳， 有 的是以铵盐的形式吸收二氧化碳等。 现有技术方法和装置对封存大规模二氧化碳气体有一 定的局限性， 并且对环境仍然有一定的危害性， 不利于环境保护。
发明内容
本发明的目的是生成比较稳定的二氧化碳水合物， 沉积到海底并以固态形式封存起来。 本发明是用于海底封存温室气体的系统及其使用方法， 其系统有一个温室气体储 气罐 1， 温室气体储气罐 1 通过一装有阀门 2 的管道与压缩机 3 连通， 再通过装有压力表 4 的管道与单向阀 5 连通， 最后通过管道与叶轮 6 连通。
该系统的系统的使用方法是， 在温室气体储气罐 1 充入温室气体， 其步骤为 ： 首先 打开阀门 2， 让温室气体进入压缩机 3， 温室气体被压缩机 3 压缩后达到所要求的压力， 打开 单向阀 5， 推动叶轮 6 转动， 使温室气体与海水 7 充分混合， 快速生成温室气体水合物 8， 温 室气体水合物向海底方向下沉， 最后沉积到海底 9， 从而实现温室气体的固态海底封存。
本方法利用深海中海水的温度较低和压力较高的特点， 使海水与温室气体， 特别 是与二氧化碳气体生成二氧化碳水合物， 由于二氧化碳水合物的密度大于海水的密度， 生 成的二氧化碳水合物就会沉积到海底以固态形式封存起来， 二氧化碳水合物比较稳定， 不 会对环境造成危害， 从而达到减排温室气体二氧化碳的目的。
附图说明
图 1 为本发明的结构示意图。具体实施方式
如图 1 所示， 本发明是用于海底封存温室气体的系统及其使用方法， 其系统有一 个温室气体储气罐 1， 温室气体储气罐 1 通过一装有阀门 2 的管道与压缩机 3 连通， 再通过 装有压力表 4 的管道与单向阀 5 连通， 最后通过管道与叶轮 6 连通。压缩机 3 为涡轮压缩 机， 或者液压制动压缩机。
如图 1 所示， 用于海底封存温室气体的系统的使用方法， 在温室气体储气罐 1 充入 温室气体， 其步骤为 ： 首先打开阀门 2， 让温室气体进入压缩机 3， 温室气体被压缩机 3 压缩 后达到所要求的压力， 打开单向阀 5， 推动叶轮 6 转动， 使温室气体与海水 7 充分混合， 快速 生成温室气体水合物 8， 温室气体水合物向海底方向下沉， 最后沉积到海底 9， 从而实现温 室气体二氧化碳的固态海底封存。
以上所述温室气体是二氧化碳， 或者是氢气， 或者是甲烷， 或者是乙烷， 或者是丙 烷， 或者是硫化氢， 或者是氢氟碳化物 (HFCs)， 或者是硫化氢。
图 1 中的 10 为安装单向阀的适当位置。
本发明所述的气体水合物是由气体 ( 如氢气、 甲烷、 乙烷、 丙烷、 二氧化碳、 硫化氢 等 ) 或易挥发性液体 ( 如 HCFC-141b、 HFC-134a 等 ) 和水在一定的温度与压力下生成的一 类非化学计量笼形结构的冰状晶体。随着温度的降低， 二氧化碳水合物的形成压力也在降 低。在海平面 1000 米处的海水温度约为 4 ～ 5℃， 海平面 2000 米处的海水温度约为 2 ～ 3℃， 海平面 3000 米处的海水温度约为 1 ～ 2℃。由此可知随着海水深度的增加， 海水的温 度是逐渐降低的， 全球海洋平均温度约为 3.5℃。 另外， 随着海水深度的增加， 海水的压力也 在增加， 在海平面 1000 米处海水的压力约为 10.3Mpa。深海正好为二氧化碳与海水生成二 氧化碳水合物提供了适合的温度与压力条件。海水的密度随着海水的盐度、 温度和压力的变化而变化， 海水的密度一般在 1.01 ～ 1.03g/cm 之间， 并且海水密度的前两位数值为 1.0。二氧化碳水合物的密度总是大于 1.1g/ 3 cm ( 如温度在 273.0k， 压力在 1.113Mpa 时二氧化碳水合物的密度为 1.1315g/cm3 ； 温度在 3 283k， 压力在 4.95Mpa 时二氧化碳水合物的密度为 1.1458g/cm )。在海洋的一定深处， 完全满 足二氧化碳水合物的生成条件， 由于二氧化碳水合物的密度大于海水的密度， 生成的二氧化 碳水合物就会向下沉积到海底， 以固态 ( 二氧化碳水合物 ) 形式将温室气体二氧化碳封存于 海底， 二氧化碳水合物比较稳定， 不会对环境造成危害， 因此利用水合物法来封存二氧化碳应 该是最理想的方法， 再加上深海的封存空间巨大， 因此深海是二氧化碳最理想的封存地。
另外， 二氧化碳与水反应生成 I 型气体水合物， 在标准状况下 1 立方米二氧化碳气 体水合物可包含 160 ～ 180 立方米的二氧化碳气体。因此， 单位体积二氧化碳气体水合物 的储气能力远比二氧化碳在水中的溶解度大得多， 单位体积气体水合物可以实现大规模二 氧化碳的固态封存。3