二氧化碳的捕集、封存與綜合利用

1、二氧化碳的捕集、封存與綜合利用前言近年來，溫室效應(yīng)加劇問題使環(huán)境與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)開展面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，引起溫室效應(yīng)和全球氣候變化的二氧化碳的減排技術(shù)成為各國關(guān)注的焦點(diǎn)，如何從源頭減少二氧化碳排放和降低大氣中二氧化碳的含量成為挑戰(zhàn)人類智慧的難題。中國作為一個(gè)開展中國家，主要以煤炭的消費(fèi)為主，主要的CO2排放源為燃煤的發(fā)電廠。從總量上看，目前我國的二氧化碳排放量已位居世界第二，預(yù)計(jì)到2025年，我國的CO2總排放量很可能超過美國，位居世界第一。因此，我國急需對(duì)所排放的二氧化碳進(jìn)行捕獲研究，以緩解我國的空氣污染壓力。目前CO2的應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛開拓，除了眾所周知的碳酸飲料、消防滅火外，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、

2、國防、醫(yī)療等部門都在使用CO2?？茖W(xué)研究己經(jīng)證明，CO2具有較高的民用和工業(yè)價(jià)值:以CO2為原料可合成根本化工原料；以CO2為溶劑進(jìn)行超臨界萃??；還可應(yīng)用于食物工程、激光技術(shù)、核工業(yè)等尖端高科技領(lǐng)域；近年來開發(fā)出的新用途如棚菜氣肥、保鮮、生產(chǎn)可降解塑料等也展現(xiàn)出良好開展前景。11.CO2捕集系統(tǒng)CO2捕獲技術(shù)開展的方向是降低技術(shù)的投資費(fèi)用和運(yùn)行能耗。依據(jù)捕獲系統(tǒng)的技術(shù)根底和適用性，通常將火電廠CO2的捕集系統(tǒng)分為以下4種：燃燒后脫碳、燃燒前脫碳、富氧燃燒技術(shù)以及化學(xué)鏈燃燒技術(shù)。1.1 燃燒后脫碳燃燒后脫碳是指采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ谌紵O(shè)備后，如電廠的鍋爐或者燃?xì)廨啓C(jī)，從排放的煙氣中脫除CO2的過程。

3、在燃燒后捕集技術(shù)中，由于煙氣中CO2分壓通常小于0. 15個(gè)大氣壓，因此需要與CO2結(jié)合力較強(qiáng)的化學(xué)吸收劑別離捕集CO2，用于CO2捕集的化學(xué)吸收劑主要是能與CO2反響生成水溶性復(fù)合物的有機(jī)醇胺類。目前在CO2捕集方面研究和采用較多是醇胺法(MEA法)。2燃燒后捕集技術(shù)是一種成熟的技術(shù)，這種技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，系統(tǒng)原理簡單，對(duì)現(xiàn)有電站繼承性好。但捕集系統(tǒng)因煙氣體積流量大、CO2的分壓小，脫碳過程的能耗較大，設(shè)備的投資和運(yùn)行本錢較高，而造成CO2的捕集本錢較高。1.2 燃燒前脫碳 燃燒前脫碳就是在碳基原料燃燒前，采用適宜的方法將化學(xué)能從碳中轉(zhuǎn)移出來，然后將碳與攜帶能量的其他物質(zhì)別離，從而

4、到達(dá)脫碳的目的。燃燒前別離捕集CO2實(shí)質(zhì)上是H2和CO2的別離，由于合成氣的壓力一般在2. 7MPa以上(取決于氣化工藝)，CO2的分壓遠(yuǎn)高于化石燃料在空氣燃燒后煙氣中的CO2分壓。典型的燃燒前CO2捕集流程分三步實(shí)施: (1)合成氣的制?。簩⒚禾?、石油焦、天然氣等燃料與水蒸氣、氧氣進(jìn)行不完全的燃燒反響，生成CO和H2的合成氣。(2)水煤氣變換：將合成氣的CO進(jìn)一步與水蒸氣發(fā)生CO變換反響，生成CO2和H2。 (3)H2/CO2別離：將不含能量的CO2同能量載體H2別離，為后續(xù)的氫能量利用和CO2封存等作準(zhǔn)備。3燃燒前捕集技術(shù)的本錢比燃燒后捕集技術(shù)的本錢低，具有較大的開展?jié)摿Α?.3 富氧燃燒

5、該技術(shù)是利用空分系統(tǒng)獲得富氧或純氧，然后將燃料與氧氣一同輸送到專門的純氧燃燒爐進(jìn)行燃燒，生成煙氣的主要成分是CO2和水蒸氣。一般需要對(duì)燃燒后的煙氣進(jìn)行重新回注燃燒爐，這一方面降低燃燒溫度；另一方而也進(jìn)一步提高了CO2的體積分?jǐn)?shù)。由于煙氣中CO2的體積分?jǐn)?shù)高，可顯著降低CO2捕獲的能耗，但必須采用專門的純氧燃燒技術(shù)，需要專門材料的純氧燃燒設(shè)備以及空分系統(tǒng)，這將大幅度提高系統(tǒng)的投資本錢，目前大型的純氧燃燒技術(shù)仍處于研究階段。1.4 化學(xué)鏈燃燒 化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的能量釋放機(jī)理是通過燃料與空氣不直接接觸的無火焰化學(xué)反響，打破了自古以來的火焰燃燒概念。這種新的能量釋放方法是新一代的能源環(huán)境動(dòng)力系統(tǒng)，它開拓

6、了鏟除燃料型、熱力型NOx產(chǎn)生與回收CO2的新途徑。化學(xué)鏈燃燒技術(shù)是與空氣不直接接觸的情況下，燃料與金屬氧化物反響，CO2產(chǎn)生在專門的反響器中，從而防止了空氣對(duì)CO2的稀釋。金屬氧化物與燃料進(jìn)行隔絕空氣的反響，產(chǎn)生熱能、金屬單質(zhì)以及CO2和水，金屬單質(zhì)再輸送到空氣反響器中與氧氣進(jìn)行反響，再生為金屬氧化物。反響生成的CO2和水處于反響器中，所以CO2的捕獲非常容易。4該法的經(jīng)濟(jì)性要依靠大量可以無數(shù)次循環(huán)再生的有活性的載氧體，控制載氧體的磨損和惰性是該技術(shù)的關(guān)鍵。由于其經(jīng)濟(jì)性好，作為煙氣中捕集別離CO2的方法前景看好。1.5 CO2別離技術(shù)無論采取何種捕集系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)都是CO2的別離，即將CO

7、2同其它物質(zhì)相別離，以便于后續(xù)的工藝處理。根據(jù)別離的原理、動(dòng)力和載體，CO2別離技術(shù)主要有吸收法、吸附法、膜別離法和深冷法等。1.5.1 吸收法1化學(xué)吸收法 化學(xué)吸附法是利用CO2和吸附液之間的化學(xué)反響將CO2從排氣中別離回收的方法。典型的化學(xué)吸收劑有一乙醇氨MEA、二乙醇氨DEA和甲基二乙醇氨MDEA等。此法為濕式吸收法可與濕式脫硫裝置聯(lián)合使用。其反響式為：CO2+OH-HCO3- 此反響為一可逆反響，溫度對(duì)反響有很大的影響，反響一般在38左右吸收CO2，吸收CO2，反響向右進(jìn)行，當(dāng)溫度在100，反響向左進(jìn)行，放出CO2。5 化學(xué)吸收法目前存在的主要問題是：由于在吸收塔內(nèi)有起泡、夾帶等現(xiàn)象，

8、使煙氣凈化系統(tǒng)復(fù)雜，能量消耗和投資都很大；由于煙氣中含有少量的O2、CO、SO2等氣體，在再生塔的高溫條件下，一方面會(huì)與吸收液反響，使吸收液濃度下降，吸收效率降低，另一方面會(huì)腐蝕再生塔，影響設(shè)備壽命。處理高爐咽氣時(shí)，由于反響的溫度是在100以下，就要對(duì)高溫氣體換熱，處理的設(shè)備增多，加大了投資。2物理吸收法 物理吸收法主要是利用水、甲醇、碳酸丙稀脂等作為吸收劑，利用CO2在這些溶液中的溶解度隨壓力而改變的原理來吸CO2氣體。這種方法主要在低溫高壓下進(jìn)行，吸收能力大，吸收利用量少，吸收劑再生不需要加熱，溶劑不起泡，不腐蝕設(shè)備。但只能適用于CO2氣體分壓較高的條件，CO2的去除率較低。1.5.2 物

9、理吸附物理吸附法是利用天然存在的沸石等吸附劑CO2氣體具有選擇吸附的性質(zhì)，對(duì)CO2氣體進(jìn)行別離的方法。利用吸附量隨壓力變化而使某種氣體別離回收的方法稱為變壓吸附法PSA，變壓吸附工藝(PSA法)，工藝過程簡單，能耗低，適應(yīng)能力強(qiáng)，無腐蝕問題。但CO2的回收率比擬低，適用于CO2濃度比擬高的情況。利用吸附量隨溫度變化而別離回收某種氣體的方法稱為變溫吸附法TSA二者結(jié)合在一起的為PTSA法。1.5.3 膜法別離 利用高分子膜別離氣體是基于混合氣體中CO2氣體與其他組分透過膜材料的速度不同而實(shí)現(xiàn)CO2氣體與其他組分的別離。主要有氣體別離膜技術(shù)和氣體吸附膜技術(shù)，這兩種膜別離技術(shù)在火電廠別離回收CO2過

10、程中有較大的應(yīng)用前景。此外，膜別離技術(shù)還可用于從天然氣中別離CO2，從沼氣中去除CO2。膜別離法具有裝置簡單、操作方便、能耗較低等優(yōu)點(diǎn)。但是很難得到高純度的CO2。1.5.4 低溫別離法 低溫別離法是通過低溫冷凝別離CO2的一種物理過程， 一般是將煙氣屢次壓縮和冷卻后，引起CO2的相變，從而到達(dá)從煙氣中別離CO2的目的。2.二氧化碳的封存日前降低大氣中二氧化碳的方法包括對(duì)能源的合理和有效使用；用天然氣代替煤做燃料；用風(fēng)能、太陽能和核能代替化石能源；通過熱帶雨林、樹木或農(nóng)場等的陸地封存，海洋處置，礦物封存以及地質(zhì)封存等。其中，利用自然界光合作用等方式來吸收并貯存二氧化碳是最直接且副作用

11、最小的方法。2.1 地質(zhì)封存地質(zhì)封存是將二氧化碳加壓灌注到適宜的地層中，然后通過物理和化學(xué)俘獲機(jī)理實(shí)現(xiàn)永久封存。 為把CO2儲(chǔ)存到地底下，作為地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件必須具有儲(chǔ)存層、密封層和密封結(jié)構(gòu)。作為儲(chǔ)存層，以多孔質(zhì)、具有滲透性的巖石層為宜，這種巖石層相當(dāng)于孔隙大的含水層。CO2在地底下的儲(chǔ)存深度通常也稱為地下深部鹽水層，這是因?yàn)榈貙铀柠}分高，故而稱之為地下深部鹽水層。作為密封層，有滲透率低的頁巖和泥質(zhì)巖等。作為密封結(jié)構(gòu)，必須是儲(chǔ)存層的上部具有密封層的結(jié)構(gòu)，如巖穹結(jié)構(gòu)等。因此，所謂的CO2在地底下的儲(chǔ)存，就是把超臨界狀態(tài)下的CO2壓入地底下800m深的含水層，利用防止氣體和液體向儲(chǔ)存層上部滲透的冠巖

12、層，可將CO2長期、穩(wěn)定地密封在地底下。與地質(zhì)封存關(guān)聯(lián)的另一種處理方式是CO2的再利用。即將CO2注入正接近枯竭的油田以提高石油采收這種方案比擬具有吸引力，因其能夠從額外開采的石油中局部補(bǔ)償CO2的儲(chǔ)存本錢，但缺點(diǎn)是這類油田的地理分布不均，且開采潛力有限。如果二氧化碳從封存的地點(diǎn)泄漏到大氣中，那么就可能引發(fā)顯著的氣候變化。6如果泄漏到地層深處，就可能給人類、生態(tài)系統(tǒng)和地下水造成災(zāi)害。此外，對(duì)地質(zhì)封存二氧化碳效果進(jìn)行測試的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，被注入地層深處的二氧化碳還會(huì)破壞儲(chǔ)藏帶的物質(zhì)。 CO2在地底下的儲(chǔ)存技術(shù)可應(yīng)用于增加地底下儲(chǔ)藏的天然氣的開采量和石油增產(chǎn)回收等，因此它被認(rèn)為是一種實(shí)用、有效的方法。

13、 2.2 海洋封存海洋處置是指通過管道或船舶將二氧化碳運(yùn)輸?shù)胶Ｑ蠓獯娴牡攸c(diǎn)，將二氧化碳注入海洋的水柱體或海底。目前CO2的海洋封存主要有2種方案：一種是通過船或管道將CO2輸送到封存地點(diǎn)井注入1000m以上深度的海中，使其自然溶解；另一種是將CO2注入3000m以上深度的海里，由于CO2的密度大于海水，因此會(huì)在海底形成固態(tài)的CO2水化物或液態(tài)的CO2“湖，從而大大延緩了CO2分解到環(huán)境中的過程。在海洋封存二氧化碳的研究中，海洋生態(tài)環(huán)境是一個(gè)必須要慎重考慮的環(huán)節(jié)。深海中的洋流運(yùn)動(dòng)以及密度差、溫度差等引起的海水運(yùn)動(dòng)甚至包括還沒有被我們發(fā)現(xiàn)的大型深海動(dòng)物的出現(xiàn)都有可能影響到我們?cè)诤Ｑ笾蟹獯娑趸嫉?/p>

14、技術(shù)實(shí)施。被溶解和消散的二氧化碳隨后會(huì)成為全球碳循環(huán)的一局部。這一方法存在許多問題。一是海洋處置費(fèi)用昂貴；二是二氧化碳進(jìn)入海洋會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。研究說明，海水中如果溶解了過多的二氧化碳，海水的PH值就會(huì)下降，這可能對(duì)海洋生物的生長產(chǎn)生重要的影響。三是海洋處置絕非一勞永逸之舉，貯藏在海洋中的二氧化碳會(huì)緩慢地逸出水面，回歸大氣。因此，二氧化碳的海洋處置只能暫時(shí)緩解二氧化碳在大氣中的積累，并非是一勞永逸的。2.3 礦石碳化二氧化碳的礦物封存主要是利用各種天然存在的礦石與二氧化碳進(jìn)行碳酸化反響得到穩(wěn)定的碳酸鹽的方法來儲(chǔ)存二氧化碳，與其他封存方式相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)：一是由于碳酸鹽的熱穩(wěn)定性及其對(duì)

15、環(huán)境無任何影響，因此二氧化碳礦物封存是一種最平安、最永恒的固定方式；二是用于二氧化碳礦物封存的原料來源豐富、儲(chǔ)量巨大、價(jià)格低廉，因此具有大規(guī)模固定的潛力和經(jīng)濟(jì)效益。由于碳酸鹽的自由能比二氧化碳的要低，因此，礦物碳酸化反響從理論上來講是可行的。 以含有鈣鎂硅酸鹽的礦石為例，CO2與鈣鎂硅酸鹽反響的一般形式為: MxSiyOx+2y+zH2z(s)+xCO2(g)xMCO3(s)+ySiO2(s)+zH2O(l/g) M=Mg，Ca二氧化碳碳化后不會(huì)釋放到大氣中，因此相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)很小。但在自然條件下，礦物與二氧化碳的反響速率相當(dāng)緩慢，因此需要對(duì)礦物作增強(qiáng)性預(yù)處理，但這是非常耗能的，據(jù)推測采用這種方式

16、封存CO2的發(fā)電廠要多消耗60%到180%的能源。并且由于受到技術(shù)上可開采的硅酸鹽儲(chǔ)量的限制，礦石碳化封存CO2的潛力可能并不樂觀。因此其研究重點(diǎn)在于尋找各種加工途徑使這一進(jìn)程加快。 3.二氧化碳的綜合利用二氧化碳在常溫常壓下是無色無臭氣體，在常溫下加壓即可液化或固化，平安無毒，使用方便，加上其含量非常豐富，因此隨著地球能源的日益緊張，現(xiàn)代工業(yè)的迅速開展，二氧化碳的利用越來越受到人們的重視，許多國家都在研究把二氧化碳作為“潛在碳資源加以綜合利用，早在19世紀(jì)30年代，我國就開始將二氧化碳用于合成有機(jī)化合物、滅火、致冷、金屬保護(hù)焊接、制造充氣飲料、滅菌等方面。3.1 CO2在化工合成上的應(yīng)用CO

17、2除了成熟的化工利用(例如合成尿素、生產(chǎn)碳酸鹽、阿司匹林、制取脂肪酸和水楊酸及其衍生物等)以外，現(xiàn)在又研究成功了許多新的工藝方法，例如合成甲酸及其衍生物，合成天然氣、乙烯、內(nèi)烯等低級(jí)烴類，合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、丙酯及芳烴的烷基化，合成高分了單體及進(jìn)行一元或二元共聚，制成了一系列高分了材料等。另外，利用CO2代替?zhèn)鹘y(tǒng)的農(nóng)藥作殺蟲劑，也在研究之中。3.1.1 合成碳酸二甲酯碳酸二甲醋DMC是一種無毒、環(huán)保性能優(yōu)異、用途廣泛的化工原料。DMC是一種非常重要有機(jī)合成中間體，可替代光氣、硫酸二甲酯，氯甲烷及氯甲酸甲酯等劇毒或致癌物，廣泛用于碳基化、甲氧基化、甲酯化及酯交換等反響，被譽(yù)為當(dāng)今有機(jī)

18、合成的“新基石，同時(shí)由于DMC含氧量高、相容性好，可作為燃油添加劑來提高燃油的辛烷值。目前碳酸二甲酯的工業(yè)生產(chǎn)主要采用甲醇氧化羰基化法和酯交換法。甲醇氧化羰基化法是以CO為原料，在O2和催化劑的存在下，進(jìn)行甲醇氧化羰基化反響生成DMC。CO2與甲醇直接合成DMC：CO2+2CH3OHCH3OCOOCH3+H2O利用CO2與甲醇催化合成碳酸二甲酯，催化劑分為兩類，均相反響和非均相反響催化體系。均相催化主要有：烷氧基金屬有機(jī)化合物(如有機(jī)錫、鈦烷氧基化合物及甲氧基金屬化合物)和乙酸鹽、碳酸鹽催化劑體系；非均相催化體系催化劑為酸堿雙功能催化劑。3.1.2 CO2加氫合成甲醇西南化工研究設(shè)計(jì)院利用銅基

19、催化劑進(jìn)行CO2 + H2直接合成甲醇研究，取得很好的進(jìn)展。催化劑表現(xiàn)出高的活性和選擇性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，利用新開發(fā)的催化劑，在5.08.0 MPa下，n(H2) /n(CO2)3時(shí)，CO2總轉(zhuǎn)化率可達(dá)39%，純甲醇的時(shí)空收率可達(dá)0.94g/ml ·h，且反響產(chǎn)物中雜質(zhì)較少。CO2加氫制甲醇反響方程式如下:CO2+3H2=CH3OH+H2O從測試過程看，該反響比CO2和H2合成甲醇反響要溫和，溫升現(xiàn)象不明顯，催化劑表現(xiàn)比擬穩(wěn)定。如果未來利用核能電解水提供廉價(jià)的氫源，不但可以很好地解決CO2 帶來的環(huán)境問題，而目可以實(shí)現(xiàn)碳源的循環(huán)利用。3.1.3 CO2加氫合成二甲醚 近年來人們所

20、關(guān)注的是CO2加氫制甲醇。但由于該反響是可逆反響，受熱力學(xué)平衡的限制，CO2轉(zhuǎn)化率難以到達(dá)較高值。為了使反響打破熱力學(xué)平衡的限制，人們已開始關(guān)注CO2加氫直接合成二甲醚，因?yàn)樗粌H打破了CO2加氫制甲醇的熱力學(xué)平衡，使CO2的轉(zhuǎn)化率得以提高，而且還可通過對(duì)該反響的研究，了解CO2在傳統(tǒng)的合成氣直接制取二甲醚反響中所扮演的角色，以改善現(xiàn)有的工藝過程。日前，該合成二甲醚過程還處于探索階段，我國很多高校及科研單位研究的催化劑都是復(fù)合催化劑即具有脫氫脫水雙功能，但是這種雙功能催化劑活性組分的匹配和失活問題等仍需進(jìn)一步的研究。73.1.4 其他的有機(jī)合成以CO2為原料還可生產(chǎn)一系列其他有機(jī)化工產(chǎn)品，主要

21、有雙氰胺、碳酸丙烯酯、碳酸乙撐酯、水楊酸、對(duì)甲基水楊酸、對(duì)羥基苯甲酸、2-羥基-3-萘甲酸等，此外還可利用CO2來合成甲烷，乙醇、草酸、二甲胺、二甲基甲酰胺、乙酸、甲酸和丙酸等。3.2 CO2在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 作為一種廉價(jià)的原料，二氧化碳可用于蔬菜、瓜果的保鮮貯藏和糧食的貯藏。在現(xiàn)代化倉庫里常充入二氧化碳，可防止糧食蟲蛀和蔬菜腐爛，延長保存期。用二氧化碳貯藏的食品，由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用，可有效地防止食品中細(xì)菌、霉菌和蟲了生長，防止變質(zhì)和有害健康的過氧化物產(chǎn)生，并能保鮮和維持食品原有的風(fēng)味和營養(yǎng)成分，二氧化碳不會(huì)造成谷物中藥物殘留和大氣污染，將二氧化碳通入大米倉庫24h能使99%的蟲子

22、死亡。溫室里直接施用二氧化碳作肥料，利用植物根部吸收二氧化碳，可以增進(jìn)植物的光合作用，增加蔬菜的生長速度，縮短其生長周期，增加產(chǎn)量，提高溫室的經(jīng)濟(jì)效益。另外，二氧化碳作為人工降雨劑，能解決久旱無雨，莊稼失收的問題，用飛機(jī)在高空噴灑固態(tài)的二氧化碳，可以使空氣中水蒸氣冷凝，形成人工降雨。在自然界，二氧化碳保證了綠色植物進(jìn)行光合作用和海洋浮游植物呼吸的需要。3.3 CO2在一般工業(yè)上的應(yīng)用 CO2是很好的致冷劑。它不僅冷卻速度快，操作性能好，不浸濕產(chǎn)品，不會(huì)造成一次污染，而且投資少，人力省。利用CO2保護(hù)電弧焊接，既可防止金屬外表氧化，又可使焊接速度提高9倍。最近美國制成了不受煙、砂石和煙霧阻礙，能

23、夠正確測定距離的CO2激光測距器。CO2在石油工業(yè)上的應(yīng)用已較成熟。這首先表達(dá)在提高石油的采油率上。CO2作為油田注入劑，可有效地驅(qū)油。另外，CO2用作油田洗井用劑，效果也十分理想。日前，地?zé)豳Y源是能源開發(fā)的重大課題。低溫和較低溫區(qū)的地下熱水最多，而目沒有得到充分利用，其最大難題是利用地下熱水發(fā)電時(shí)的工作介質(zhì)不理想，國際上用氟里昂和異丁烷所進(jìn)行的試驗(yàn)都證明沒有希望。然而，用CO2作工作介質(zhì)，利用較低溫地下熱水資源來發(fā)電，已在羅馬尼亞研究成功，并轉(zhuǎn)入國家發(fā)電網(wǎng)。4.存在問題(1)地質(zhì)封存：比擬理想的地質(zhì)封存環(huán)境是無商業(yè)開采價(jià)值的深部煤層(并促進(jìn)煤層天然氣回收)、油田(并促進(jìn)石油回收率)、枯竭天然

24、氣田、深部咸水含水地層。封存深度一般要在800 m 以下，該深度的溫壓條件可使CO2處于高密度的液態(tài)或超臨界狀態(tài)。其他可能的地質(zhì)構(gòu)造或結(jié)構(gòu)還包括玄武巖、石油或天然氣儲(chǔ)巖、鹽穴和廢棄礦井，但目前尚未開展過充分的研究以全面評(píng)估不同地質(zhì)封存體的封存潛力。地質(zhì)封存是CO2封存最為經(jīng)濟(jì)可行并且環(huán)境上可接受的方案，可以采用石油和天然氣工業(yè)已在使用的鉆井技術(shù)，將壓縮的CO2注入地表以下的適宜儲(chǔ)體巖層中。各種物理、化學(xué)的俘獲機(jī)理將阻止CO2向地面移動(dòng)：首先，儲(chǔ)層構(gòu)造上覆的頁巖、泥巖、石灰?guī)r等致密蓋層巖石起到了CO2向上遷移的物理隔離作用；其次，地質(zhì)巖層中的毛細(xì)管力可將CO2物理捕獲在儲(chǔ)層的孔隙中，毛細(xì)管力傾向

25、于阻止CO2進(jìn)入帽巖，只要排斥力大于CO2的超孔隙壓力，CO2就不能滲入帽層，這是地質(zhì)封存中最重要的水力學(xué)機(jī)理；三是化學(xué)捕獲的機(jī)制，CO2與現(xiàn)場流體及儲(chǔ)層體會(huì)發(fā)生化學(xué)反響，首先CO2可在儲(chǔ)層中的地下水中溶解(在深部地層條件下質(zhì)量溶解度為4-6%)，并隨其緩慢流動(dòng)，深部地層水的流速一般在10cm/a以下，極其緩慢，在1000年后，這局部CO2移動(dòng)不到100 m，而沉積盆地延綿數(shù)十到上千km，充滿CO2的水密度增大而沉落在儲(chǔ)層構(gòu)造底部，另外溶解的CO2與儲(chǔ)層體中的巖石礦物會(huì)發(fā)生反響而生成某些粘土礦物和碳酸鹽，從而被長期固定在地層中；如果儲(chǔ)層為煤或有機(jī)物豐富的頁巖時(shí)，CO2將置換圍巖中的甲烷類有機(jī)氣

26、體，這樣CO2的被捕獲狀態(tài)將更加穩(wěn)定，利用這一原理，CO2可用于石油、煤層氣企業(yè)強(qiáng)化驅(qū)替增采過程。(2)海洋儲(chǔ)藏：通過固定管道或船舶將CO2注入并溶解到海洋水體中(以1000m下最為常見)，因?yàn)楹Ｑ笫强梢匀芙釩O2的，海平面與大氣圈中的CO2就是長期維持著溶解平衡狀態(tài)；或者經(jīng)固定的管道將CO2輸送到深度3000 m以下的海床上，在這個(gè)深度，CO2的密度大于水，因此將形成一個(gè)CO2的“湖并穩(wěn)定沉淀。目前這些技術(shù)仍處于研究階段，沒有經(jīng)過全面測試及環(huán)評(píng)試驗(yàn)。(3)化學(xué)儲(chǔ)藏：通過化學(xué)反響將CO2與金屬氧化物發(fā)生反響，轉(zhuǎn)化成無機(jī)碳酸鹽，從而到達(dá)永久性的封存，這方面的技術(shù)也處于研究階段，但小規(guī)模的應(yīng)用已經(jīng)取得成功。然而，這種技術(shù)需要大量能源、礦物和廢棄物處置。5.展望 隨著研究的不斷深入和多種新興技術(shù)的成熟，CO2捕集本錢將進(jìn)一步降低，并為CO2捕集與封存技術(shù)的大規(guī)模部署做出奉獻(xiàn)。在現(xiàn)有的二類CO2捕集技術(shù)中，燃燒后捕集技術(shù)和氧燃燒捕集技術(shù)適用于現(xiàn)有CO2排放源的改造，有望較早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。在燃燒后捕集技術(shù)中，醇胺化學(xué)吸收法是成熟的CO2捕集方法，而冷氨法是最具備商業(yè)化的新型CO2捕集方法。未來能得到廣泛應(yīng)用的CO2主流捕集技術(shù)，取決于不同國家，各個(gè)學(xué)科的科研人員共同開發(fā)與研