碳的地质封存技术

碳的地质封存技术是直接将CO2注入地下的地质构造当中,如油田、天然气储层、含盐地层和不可采煤层等都适合CO2的储存。

地质封存取决这些构造的物理和地球化学的俘获机理。CO2注入后,储层构造上方的大页岩和粘质岩起到了阻挡CO2向上流动的物理俘获作用。这个不透水层称为“盖层”(caprock)。毛管力提供的其他物理俘获作用可将CO2留在储层构造的孔隙中。然而,在许多情况下,储层构造的一侧或多侧保持开口,以便于CO2在盖层下侧向流动。随着CO2与现场流体和寄岩发生化学反应,地质化学俘获机理开始发挥作用。如果CO2在现场水中溶解(一般是在几百a乃至几千a内),充满CO2的水的密度越来越高,因此会沉伏于储层构造中而不是浮向地表。此外,溶解的CO2与岩石中的矿物质发生化学反应形成离子类物质并转化为碳酸盐矿物质。与地质封存关联的另一种处理方式是CO2的再利用。即将CO2注入正接近枯竭的油田以提高石油采收。这种方案比较具有吸引力,因其能够从额外开采的石油中部分补偿CO的储存成本,但缺点是这类油田的地理分布不均,且开采潜力有限。

不可采煤层也可用以储存CO2,因其可吸附于煤层表面,但是否可行则取决于煤床的渗透性。储存过程中会产生甲烷气体,并可加以开采利用,即煤层气回收增强技术(ECBM)。

含盐地层中主要是高度矿化的盐水,并无利用价值,有时用于存放化学废弃物。盐碱含水层的主要优点是其巨大的储存容量,且地理分布较广,对CO2的运输而言较为方便。但不象油田或煤层,在含盐地层中储存CO2并不能产生任何有经济价值的副产品,无形中提高了储存成本。而且人们一直对这种构造中储存的CO2是否会泄漏存有疑问,不过最近的研究表明有几种吸附机理可使CO2固定在盐层下。到2005年共有3个工业级的CO2地质储存项目在运行之中。

其中挪威Statoil公司开发的Sleipner天然气田CO2封存项目运行时间最长。该气田于1996年投产,位于北海,建有世界上第1个工业级CO2捕获设施,处理方法是用醇胺溶剂从天然气中吸收二氧化碳并通过回注钻孔储存于深达1000m海床下的含盐地层中,处理能力约为每天2,800t。加拿大的Weyburn项目开始于2000年,是将美国北达科他州Beulah的大型煤气化装置中捕获的CO2输送到加拿大Saskatchewan省东南部的Weyburn油田,用于增强采油,目前每年注入的CO2约为150万t。第3个是位于阿尔及利亚的In Salah项目,与Sleipner类似,也是将从天然气中分离的CO2注入地下,年处理量约为120万t。

地质封存是最有发展潜力的一种方案,据估算全球贮量至少可以达到2000Gt。