浅谈二氧化碳煤层地质处置技术

,山西大同037041)ABriefTalkontheTechnologyofGeologicalSeq(DatongCoalMineGroupMeiyukouCoalMine,Datong03704Abstract:MainlyintroducesthesignificanceandinevitabilityofgeointhecoalseamssealingprincipleandapplicapointingoutthattheinflsequestrationincoaldevelopmenttrendsandapplicatiKeywords:carbondioxide;geologicalseqapplicationcondition;influence1作者简介：—--,男，山西大同人，助理工程师，学士，主要从事采矿工程及CO₂煤层地质处置方面的研究。E-mail:6comCO₂是一种导致全球变暖的主要温室气体，为了解决其带来的灾害，CO₂地处置被公认为是解决此灾害最为有效的途径。研究表明CO₂的主要地质储存地包括海洋深部、废弃的油气田、深部咸水含水层、和不可开采的经济原因或技术原因而弃采的煤层占有很大比例，成为了CO₂地质处置更为有效的场所。向煤层中注入CO₂,在减小温室气体排放的同时，还可以开采利用煤层气资源，是一个一举多得的好措施。本文以解决温室气体为出发点，详细论述了CO₂在煤层中的封存原理，并进行了可行性分析，结合国内外的已有经验，分析了此项技术存在的诸多问题，最后展望了其在国内的1二氧化碳煤层地质处置的原理及意义CO₂地质处置就是将CO₂封存于地下的地质体内，包括CO₂的捕获与封将CO₂从工业或相关能源排放源分离出来，输送到一个封存地点，并使其长期与大气隔绝的过程。因此，CO₂煤层地质处置就是将CO₂封存于地下不可开采的煤层中。1.1二氧化碳在煤层中的封存原理煤层的吸附性是煤层的一项重要物性指标。煤对气体的吸附是以vanderWaals力为作用力的物理吸附，其实质是煤固体表面与气体或液体的一种表面作用。即当气体或液体与煤表面接触时，由于煤基质的裂隙和孔隙表面分子与内部分子受力上的差异，存在剩余表面力场，形成表面势能，使得气体分子在煤孔隙壁上的浓度增大，从而形成吸附现象并释放吸附热种吸附特性为CO₂的大量封存提供了产出实质上就是一个吸附-解析的过生竞争吸附，从而置换出煤层中的1是现场CO₂煤层地质处置并强化煤的注入井，图右的钻井是煤层气的生将地表的CO₂封存于地下的不可开采煤层中，主要有以下几点意义：首先，最主要和直接的意义就是减少了大气中CO₂的排放，缓减了温室效煤层气的产出，从而有效利用煤层气这个天然能源，同时也使废弃的煤炭资源发挥了作用，在其他常规能源不足的情况下，为我国今后的发展提供了重要的战略储备；最后，由于中国定书》的签定，在国际事务上面临着沉重的减排压力，但是由于我国现阶段的经济发展战略和能源结构又决定了我国相当长一段时间只能利用煤电这一常规能源，而将CO₂封存于煤层中，不仅利用了煤层气资源，还可以在CO₂不超量的情况下继续使用煤炭行性分析及应用条件CO₂的煤层地质处置主要包括就是把煤转换成电能时产生的CO₂提取出来，运输到存储地，封存于地下然费用有点高，但为了解决温室效应已成为必然。目前，国外很多国家已经将该技术应用于商业开发。从技术目前已发现大量的天然CO₂气藏被长时间安全封存于地层中。现阶段封存一百年，甚至超过一千年。此外由于煤层表面孔隙具有不饱和能，易于非极性分子之间产生范德华力，从而具有吸附气体的能力83,使得煤层证实了CO₂层地质处置的可行性。(1)具有足够的容量，可以储存(2)具有充分的注入能力，允许CO₂以一定的速率从CO₂源注入到地(3)具有足够的密封性，能够将(4)资源保护优先，即在不损害其他资源的情况下再考虑CO₂的地质CO₂封存和强化煤层气产出的煤层应满足：(1)具有足够的渗透率。其渗率不利于CO₂的注入。(2)构造简单。即煤层具有较小的断层和褶皱。(3)盖层应该是密闭性较好的非渗透性岩层。(4)具有低含水饱和度。由于煤含水煤层更适合CO₂的储存。(5)具有高含气饱和度。高含气饱和度的煤层更有利于CO₂的埋存和煤层气的产出。(6)厚度大、间距小。认为厚度大、间距小的煤层优于厚度小、间距大的煤层。(7)不可开采性。不可开采的煤层即那些厚度太小、太深和开采危险性较大的煤田；也可能是含有高硫的矿物质或者是具有较小的经济价值而Frailey等¹2认为厚度小、间距科技的发展，那些认为不可开采的厚煤层终究会被开采，所以为了不浪费煤层中。由于考虑的角度不同，Gale是从提高煤层气的产量和保证CO₂的储存安全性考虑的；而后者主要是从充分利用能源的角度考虑的，即不管是在现在还是将来都以充分利用资源只有深度超过几百米的才予以考虑，此外由于煤的渗透率随深度的增加而降低，考虑到技术和经济的因素，适展现状及影响因素目前，CO₂煤层地质处置这项技术发展势头迅猛，世界很多国家都在进行相应的现场试验研究，其中美国于1993年12月在圣胡安盆地进行了世间上首个CO₂煤层地质处置并强化煤层圣胡安盆地的Allison煤层中进行了纯层气的多井联合开采，发现这些煤层确实可以储存大量的CO₂[14]。加拿大于1997年在Alberta盆地进行了不同条件下ECNM试验，包括向煤层中注入N₂和CO₂的混合气体、纯N₂和纯CO₂,数据显示向煤层中注入纯CO₂更有利领导的RECOPOL项目于2001年在波兰西里西亚盆地进行了CO₂注入试验的夕张煤田进行了CO₂煤层处置的现刚起步，但也有了相应的现场试验，中国和加拿大于2002年开展了双边合作项目，在山西沁水盆地的TL-003井虽然各国都在进行CO₂-ECBM的现场试验，但是真正利用到商业开发的不多，目前，制定商业开发的国家主要集中在澳大利亚、中国和美国，而在今后需进一步探索的国家有欧洲虽然CO₂煤层地质处置已在理论和实践上得到了证实，但是目前还没有真正意义上的大规模商业开发，尤其是在一些发展中国家，仅仅停留在理论的研究基础上，这其中不乏存在(1)成本昂贵。CO₂煤层地质处置测，每一个环节都需要大量的经费，经国外的研究经验，整个环节在20欧较薄弱的发展中国家，所需的费用更加昂贵，从而给国家带来巨大的财政负担，制约经济的发展。(2)煤电分离。即用来捕获CO₂的电厂和用来储存CO₂的煤矿分离严重。为了此项技术的一体化，需要在储存地附近建立相应的发电厂，但是由于经济和地质条件的原因，很多地方无法实现一体化，尤其是在发展中(3)缺乏评估。就我国而言，对于CO₂的煤层地质封存能力还缺乏更为有效系统准确的评估，即适合CO₂埋存的煤层地质类型、对国家经济发展的影响、煤层地质封存的整体潜力和可能对人类和环境造成危害的风险评估。有很多不确定性因素和需要进一步探理的分离，从而导致煤的渗透性增大。透压降低，这一现象严重制约了CO₂CO₂和解析的CH₄很可能会逸漏到地4二氧化碳煤层地质处置在中国的发展趋势及应用前景作为一个发展中国家，中国是仅次于美国的第二大CO₂排放国，约占世间排放总量的13.6%,能源需求和CO₂排放不可避免还将增长，预计到2025年，我国的CO2排放总量很可能超过美国，居世界第一位[22,因此CO₂的减排工作势在必行。我国煤炭资源丰富，不可开采煤层胜多，进行CO₂煤层地质处置，不仅可以减少CO₂的排放量，还可以有效利用煤层气这个资源，从而达到一举两得的效果。据刘延锋等[23]统计，我国300~1500m内的煤层能储存约1.208×10¹⁰t的CO₂。于洪观24]对我国0～2000m范围内煤层内CO₂储存量进行了评估，5.583×10¹⁰t的CO₂。此外，在埋存CO₂2.223×10¹²m³的煤层气，1500～2000m5结论和建议(1)CO₂煤层地质处置，不仅可以减少CO₂的大气排放，还可以提高煤层气的采收率，是CO₂地质封存最有效的方法之一。对我国所面临的CO₂减排压力、能源结构的调整和可持续发展具有重要的意义。(2)二氧化碳煤层地质处置已在(4)虽然CO₂煤层地质处置在各国已得到广泛关注和大量投入，但仍然存在一些制约其发展的影响因素，包括：用于CO₂煤层地质处置的费用比较昂贵、电厂和煤矿分离严重、缺乏系统有效的评估和一些潜在的对人类和环境造成危害的不确定性因素。(5)中国的煤炭资源丰富，适合CO₂埋存的煤层比例较多，具有较好的发展前景。建议：技术仍不成熟，所涉及的学科领域比较多，需加强国际间的交流合作，多进行现场试验，建立相应的政策法规，结合各学科的知识对所存在的技术难题逐一突破，为今后的CO₂地质处置创造良好的条件。(2)中国的CO₂煤层地址处置现处于发展阶段，相应的技术和理论研究比较滞后，缺乏实践经验，还需进行大量的研究工作。另外，我国应结合自身的实际情况，进行在不同条件和地质环境下的实地测试，全面考察和比较，从而找到最合理的CO₂减排技术，而不是盲目的照搬发达国家的CO₂减排技术，成为发达国家的试验场。参考文献：ofcarbondioxide—aviablegreenhouse30:2318-2333.Safestorageofaquifers[J].EnvironmTechnology,2002,36(11):240-245.HydrodynamicandmineraltrapSedimentarybasinsandgreEnhancedcoalbedmethanerecTheJournalofSupercriticalFluids,2005,47(4):619-627.国地质大学学报：地球科学，2004,Alberta,Canada:Methodology,potandsiteidentification[J].InternJournalofGreenhouse2007,1:374-385.[10]GaleJ,FreundP.CoaenhancementwithCO₂sequestraworldwidepotential[J].EnvironmentalGeosciences,2001,8(3):210-217.[11]ByrerCW,Guthrieenergyindustry[C].ProceedingsofUtilization&FuelClearwater,March9-13,1998.assessments,Illinoisbasin,USA[C].Proceedingsofthe8thInternationalTechnologies,2006.[13]WhiteCM,SmithwithenhancedcoalbedmethaneFuels,2005,19(3):659-724.[14]SCOTTRREEVES.Thelaboratory,andmodelingstudProceedingsof7thConferenceonTechnologies(GHGT7).OxfordLtd.,2004.fcarbondioxide-anAlberta(Canada)perspective[J]InternationalJournal2000,43(