二氧化碳的治理

1、参赛论文:氧 化 碳 的治 理姓 名：徐陆伟班 级：高一（11 ）班指导老师：李云静科 目：地理二氧化碳的治理自从人类社会诞生以来，人类的活动，尤其是生产活动，便开 始影响地球环境，随着生产力和科技的发展，二氧化碳一系列温室 气体的排放，对气候的影响日益加剧，导致温室效应愈演愈烈，地 球气候正经历着以全球变暖为主要特征的变化，所以如今，减少二 氧化碳等温室气体的排放刻不容缓。减少二氧化碳气体排放有很多 技术手段，比如提高现有设备的燃烧效率，尽量少使用煤炭、汽 油、天然气等化石燃料，利用风能，太阳能、水能、核能等枯竭能 源，使用生物质燃料等。对我国来说，在相当大的一段时期内，煤炭仍然是主要的能

2、源，根据粗略统计，交通运输业是排放二氧化碳主要行业，大约占 二氧化碳排放量的1/3.交通运输所排放的二氧化碳是由成千上万辆 机动车产业的，这些二氧化碳很难被统一捕集。水力发电厂是排放二氧化碳的最大行业。活力发电燃烧化石 燃料厚排放的二氧化碳大约占全球人类活动排放的二氧化碳总量的 24%。除火力发电厂外，建材、陶瓷、水泥、玻璃、冶金以及化工 等行业，也燃烧化石燃料，不过，排放量要小的多，科学家们目前 研究的重点是对工厂排放量的二氧化碳进行捕集和分离，然后将其 压缩成液体，输送到合适的地点，封存于地下。最新研究显示，未 来50年内，深埋二氧化碳可能成为减少温室气体的重要方式。如果我们充分认识了解，

3、利用我们脚下的岩石结构，就可以把 捕集的二氧化碳储存起来，在联合国政府气候变化专门委员会的评 估报告里，就介绍了埋存二氧化碳的几种主要技术，包括注入衰竭 气田，注入油气田提高采收率，注入海洋或陆地咸水层，注入深部 不可开采煤层与可开采煤层，增加煤层气产量，还有一些其他方 法，如注入玄武岩，油页岩及岩石洞穴等。使用这些方法，都离不开对二氧化碳性质的了解，二氧化碳是 一种无色、无味比空气重的气体，在标准状态下，密度是1.977g/ 升。在空气中，二氧化碳0.03%，档温度/压力高于31C/74大气压 时，二氧化碳处于超临界状态，密度近于液体，粘度近于气体，扩 散系数为液体的100倍，是一种很好的溶

4、剂，它的溶解性，穿透性 均超过水、乙醇和乙醚等溶剂，具有很强的溶解能力。利用超临界萃取理论的原理，把二氧化碳注入到产量正在递减 的油气里，可以提高油气产量，这是不少发达国家正在采用的技 术。从20世纪70年代开始，发达国家开始尝试把超临界二氧化碳 流体萃取理论应用到石油工业，增加油气产量，并且取得了很好的 效果，由于二氧化碳对烃类物质的萃取有自己的特点，超临界流体 把原汽油中较重的碳氢化合物萃取出来后，这种液态混合物具有较 好的流动性，容易流向生产井，进而被提到地表，在石油工业中， 这种方法被称为二氧化碳驱油。目前，比较成熟的处理技术是在距地面800米以及更深处进行 二氧化碳的储存，在800米

5、或更深的地方，地热梯度为2535C/干 米。压力梯度为10.5兆帕/干米，有力的二氧化碳处于超临界状 态，他的浓度变化范围为440740kg/m3,因此，在多孔和可渗透 的储存岩层中，不需要特别的压力条件就可储存二氧化碳。中国也在积极开展这个领域的研究与实验科技部支持开展的 973项目温度气体提高石油采收率的资源利用及地下埋存，就 是通过二氧化碳提高石油开采率并且实施地质封存的示范工程如 今，这项工作已经取得了显著成效。把二氧化碳注入地下深部咸水层，也是一种主要实现环境效益 的措施，不过，由于没有其他经济补偿手段，注入成本昂贵。研究表明，在层积盆地的咸水层封存二氧化碳的温度压力条件 是深度必须

6、大于800米，只有在这样的深度，才能达到二氧化碳的 超临界压力。尽管采用深部咸水层储存二氧化碳有着诸多限制，但深部咸水 层储存二氧化碳有很大的潜力，目前，世界各地区正在进行估测咸 水层封存二氧化碳容量的研究，比如在美国的陆地和加拿大阿尔伯 塔盆地，欧洲西北部的海洋，澳大利亚东部海洋等。在海等开展储存二氧化碳的实验也仍处于研究阶段，科学家发 现，在深海注入的二氧化碳会与水形成一种化合物，体积膨胀四 倍，在不同深度，当把二氧化碳释放到海水中时，会产生气泡，并 在气泡外面形成一层固态的水化物，这层外壳限制了二氧化碳与海 水接触，当海水深度大于2600米时，液态二氧化碳表面能形成稳定 的水化物外壳，与

7、动机池塘被冰水覆盖的现象类似。科学家做了一个实验来显示在海底储存二氧化碳的过程，他们 在一个7升的大烧杯中放入3.5升液态二氧化碳，在1h内，由于每 个二氧化碳分子与6个水分子连接组成一种新的水化物颗粒，结果 原来的二氧化碳体积增大，这些化合物就浸溢过水杯，留到外面 了，不过，人们还不清楚二氧化碳对海洋生物的影响，也不知道搞 浓度的水化物对深海环境会有怎样的影响？海洋生物又会发生什么 反应？这些都有待于进一步研究。煤层是富甲烷气体存储的岩层，一般情况下，每吨煤中会产生 4.36.2m 3甲烷，所产生的甲烷集结在煤层中，吸附在煤的表面 上。煤岩内部多微孔，具有吸附大量气体的能力。在煤层压力条件

8、下，煤对甲烷的吸附为25标准m3/顿，煤的年代越久远，含气量越 多，不同种类的煤对甲烷的吸附情况不同，褐煤的吸附量最少，烟 煤和无烟煤每吨可含有30m3的煤层气。其实，煤同样可以吸附二氧化碳，而且煤与二氧化碳的亲和力 比甲烷大，在相同压力下，煤对二氧化碳的吸附量是甲烷的 1.82.8倍，可是，被煤吸附的二氧化碳和甲烷的体积比有一个变 化范围，从无烟煤的一倍到褐煤的10倍以上。由于二氧化碳与煤的吸附力比甲烷大，把二氧化碳注入煤层， 可以保持储存的压力并很快置放出甲烷。我们知道，引发煤矿发生 瓦斯爆炸的主要是甲烷气体，既然二氧化碳可以把煤层中的甲烷气 体置换出来，那么在较浅的煤层中通过置换反应将甲

9、烷置换出来， 既利用了这可分煤层气，同时可有效地避免发生瓦斯爆炸的危险， 一举两得。但是，据找资料知，这种处理方式并不可取，因为浅层煤最终 是要被采掘的，在采掘过程中，煤层吸附的二氧化碳又会被从新释 放出来，这是没有达到减少温室气体排放的目的。为了得到深部的煤层气，也同时为了实现二氧化碳的永久储 存，可以在深部注入二氧化碳，采集深部的甲烷。只不过，现在的 研究对深层煤圈闭二氧化碳的机理以及二氧化碳可能与煤发生的反 应等问题，尚缺乏研究，相关项目的开展还需要进一步的研究实 验。中国是煤炭资源大国，至少有33个市级以上的地址时代，有 数量不等，质量各异的煤层沉积。对于煤层埋藏深度超过1800米以

10、下的煤矿山，现有技术很难开采，所以，对于煤层埋藏太深，太薄 以及不安全的地区，可作为注入二氧化碳提高煤田甲烷的候选基 地。目前，中国已在山西沁水盆地开展了注入二氧化碳提高煤层气 采收率的微型先导性实验，实验煤层的深度为472478米。科学家还有一种设想，是把二氧化碳注入相关的岩体，例如玄 武岩有很好的孔隙性，是一种低渗透率的岩石，并不适用于二氧化 碳的储存，但科学家考虑这个问题时，想到了玄武岩的裂隙，当多 孔隙性有渗透性和封闭性的低透性出现时，这些夹层可以分存二氧 化碳，玄武岩比沉积岩更有潜力作为二氧化碳圈闭层，应为在适合 的条件下注入的二氧化碳与玄武岩中的硅酸盐反应，有可能形成碳 酸盐矿物。目前，人们关于这种类型储存地点的知识很有限，需要 开展进一步的研究来评估发生在玄武岩中的二氧化碳矿化作用的范 围与速度。另一种技术是在油页岩与含沥青质页岩封存二氧化碳。油页岩 的圈闭机理与煤层相同，都是把二氧化碳吸附在有机质上面，利用 二氧化碳扩大页岩气的产量减低储层成本。油页岩与含气沥青质岩 储存二氧化