本發(fā)明涉及二氧化碳地質(zhì)封存，特別是涉及一種二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、當前二氧化碳地質(zhì)封存是國內(nèi)外研究的熱點問題，已取得了顯著成果。二氧化碳地質(zhì)封存是指通過工程技術(shù)手段將工業(yè)源排放的二氧化碳捕集后，注入地下800~3500米深度范圍內(nèi)的陸上深部咸水層、枯竭油氣藏、不可開采煤層、海底咸水層等地質(zhì)構(gòu)造中，再通過一系列的巖石物理束縛、溶解和礦化作用將其封存在地質(zhì)體內(nèi)?。
2、在多種封存空間之中，咸水層二氧化碳封存空間分布廣、封存潛力大、固碳效果好，但當前面臨封存成本高、高效監(jiān)測困難等技術(shù)瓶頸。礦井水深部地質(zhì)封存是近年來處理煤礦高鹽水的新型技術(shù)，其具有處置效率高、環(huán)境影響小、成本低等諸多優(yōu)勢，目前已在我國主產(chǎn)煤區(qū)得到了推廣應(yīng)用，但現(xiàn)有技術(shù)采用的封存方法為將二氧化碳直接注入到地下封存層的內(nèi)部，使二氧化碳與地下水生成固態(tài)的二氧化碳化合物，以達到封存減排的目的。這種氣液分注或交替注入方式導(dǎo)致二氧化碳與水接觸面積不足，溶解速率低，重力分異問題，即co2與水的密度存在較大差異，co2易上浮并聚集于封存層頂部，導(dǎo)致長期穩(wěn)定性差。
3、因此如何設(shè)計一種二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置及系統(tǒng)，以提升長期封存的穩(wěn)定性是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置及系統(tǒng)，延長氣液接觸時間，最大限度的將二氧化碳溶解于水中，并以混合流體的狀態(tài)注入深部地層中，增強溶解封存效果，提升長期封存的穩(wěn)定性，便于開展封存和監(jiān)測工作。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
3、本發(fā)明提供一種二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，包括：外管；內(nèi)管，所述內(nèi)管置于所述外管的內(nèi)部，所述內(nèi)管和所述外管之間的環(huán)狀區(qū)域為水流通道，所述水流通道的一端與水源相連通，所述水流通道的另一端面封死；所述內(nèi)管的內(nèi)部空間為二氧化碳通道，所述二氧化碳通道靠近所述水源的端面封死，所述二氧化碳通道的另一端與二氧化碳源相連通，所述內(nèi)管的管壁上開設(shè)有用于連通所述二氧化碳通道和所述水流通道的連通孔；出水管，所述出水管位于所述外管靠近所述二氧化碳源的端部，并與所述水流通道相連通，所述出水管的另一端與注水泵相連，用于將溶解有二氧化碳的水通入封存層。
4、在一實施方式中，所述水流通道靠近所述水源的端部設(shè)有螺旋導(dǎo)流裝置，所述螺旋導(dǎo)流裝置具有連接座和至少三個槳葉，所述連接座固定設(shè)置于所述內(nèi)管封死的端面上，所述槳葉與所述連接座轉(zhuǎn)動連接，所述槳葉沿所述內(nèi)管的圓周方向間隔分布，且所述槳葉的迎水面與水流傾斜相交，以通過水流帶動所述槳葉轉(zhuǎn)動。
5、在一實施方式中，沿二氧化碳的流動方向，所述連通孔的密度逐漸增大。
6、在一實施方式中，沿二氧化碳的流動方向，所述連通孔的孔徑逐漸增大。
7、在一實施方式中，所述外管和所述內(nèi)管為同軸設(shè)置的螺旋管或s形管。
8、在一實施方式中，所述水流通道和所述水源之間設(shè)有水流量調(diào)節(jié)器；所述二氧化碳通道和所述二氧化碳源之間設(shè)有二氧化碳流量調(diào)節(jié)器。
9、在一實施方式中，所述內(nèi)管的入口端為彎管，所述出水管為直管，且所述內(nèi)管朝向所述出水管的側(cè)壁上未設(shè)置所述連通孔。
10、在一實施方式中，所述出水管上設(shè)有單向止回閥，用于防止地層流體倒灌。
11、在一實施方式中，所述水源為礦井蓄水池。
12、本發(fā)明還提供一種二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存系統(tǒng)，包括所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置；封存井，所述封存井的內(nèi)部設(shè)有注入管，所述注入管的上端與所述注水泵的出口相連通，所述注入管的下端延伸至地下的封存層。
13、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下有益效果：
14、1、本發(fā)明設(shè)置外管、內(nèi)管和出水管，水流在內(nèi)管和外管之間的區(qū)域內(nèi)流動，二氧化碳在內(nèi)管的內(nèi)部流動，二者流向相反，實現(xiàn)逆流接觸，出水管位于外管靠近二氧化碳源的端部并與注入泵相連，以將溶解有二氧化碳的水注入地下深層的封存層，通過這種方式以延長氣液接觸時間，最大限度的將二氧化碳溶解于水中，并使氣液兩相先在井口混合后，再以混合流體的狀態(tài)注入深部地層中，以增強溶解封存效果，提升長期封存的穩(wěn)定性，便于開展封存和監(jiān)測工作。
15、2、本發(fā)明通過設(shè)置螺旋導(dǎo)流裝置，使輸入水流通道內(nèi)的水處于渦流狀態(tài)，并設(shè)置連通孔的軸線與內(nèi)管的管壁相傾斜，傾斜方向與水流的流向相反，使從連通孔噴射而出的二氧化碳與紊亂狀態(tài)的水流相碰撞，將處于紊亂狀態(tài)的水流沖擊的更加混亂，甚至將水流撞擊為小顆粒的液滴，以增大氣液兩相的接觸面積，提高傳質(zhì)系數(shù)，使二氧化碳分子在水中分布的更加均勻，增大二氧化碳在水中的擴散速率；此外，使用時外管和內(nèi)管處于豎立狀態(tài)，使得水流在重力作用下不斷向下流動，二氧化碳在浮力作用下不斷上浮，以實現(xiàn)氣液兩相的逆流接觸，延長二氧化碳與水流的接觸時間，提高二氧化碳在水中的溶解速率，且水流的流量大于二氧化碳的流量，二氧化碳整體處于欠飽和狀態(tài)，從而使得二氧化碳能充分地溶解于水中，防止或減少二氧化碳解析，避免出現(xiàn)因二氧化碳與水分離，影響長期封存穩(wěn)定性的問題。
16、3、本發(fā)明將蓄水池中含有礦物質(zhì)的水通入水流通道，使溶解態(tài)的co2（hco3-）與地層礦物質(zhì)反應(yīng)生成穩(wěn)定的碳酸鹽，實現(xiàn)物理封存與礦化封存的雙重保障，進一步提高長期封存的穩(wěn)定性。
1.一種二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，所述水流通道靠近所述水源的端部設(shè)有螺旋導(dǎo)流裝置，所述螺旋導(dǎo)流裝置具有連接座和至少三個槳葉，所述連接座固定設(shè)置于所述內(nèi)管封死的端面上，所述槳葉與所述連接座轉(zhuǎn)動連接，所述槳葉沿所述內(nèi)管的圓周方向間隔分布，且所述槳葉的迎水面與水流傾斜相交，以通過水流帶動所述槳葉轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，沿二氧化碳的流動方向，所述連通孔的密度逐漸增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，沿二氧化碳的流動方向，所述連通孔的孔徑逐漸增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，所述外管和所述內(nèi)管為同軸設(shè)置的螺旋管或s形管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，所述水流通道和所述水源之間設(shè)有水流量調(diào)節(jié)器；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，所述內(nèi)管的入口端為彎管，所述出水管為直管，且所述內(nèi)管朝向所述出水管的側(cè)壁上未設(shè)置所述連通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，所述出水管上設(shè)有單向止回閥，用于防止地層流體倒灌。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置，其特征在于，所述水源為礦井蓄水池。
10.一種二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1至9任意一項所述的二氧化碳與水協(xié)同地質(zhì)封存裝置；