Способ защиты атмосферы от попадания в нее углекислого газа Советский патент 1993 года по МПК E21F7/00 

ел

С

Улавливают продукты сгорания ископаемого топлива. Выделяют из нихуглекислый газ и транспортируют его к скважинам. Закачивают углекислый газ в глубокие водоносные горизонты с застойным режимом водообмена под давлением, превышающим пластовое давление. При этом скважины для закачки газа проходят в районе источников выделения углекислого газа. Газ закачивают в водоносные горизонты, представленные силикатными породами и растворами с щелочной и (или) нейтральной реакцией среды, или карбонатными породами и растворами с щелочной реакцией среды или силикатными породами с включениями соединений металлов и растворами с кислой или нейтральной реакцией среды. 3 з. п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к экологии, в частности к охране окружающей среды, и может быть использовано для предотвращения и уменьшения попадания в атмосферу угле кислого газа и снижения парникового эффекта в атмосфере.

В результате выбросов углекислого газа тепловыми электростанциями, автотранспортом, промышленностью и бытовыми устройствами искажается естественный состав атмосферы, происходит повышение концентрации углекислого газа, что приводит к быстрому и неравномерному потеплению Земли (парниковый эффект), а, следовательно, и к изменению географии и биологического мира Земли. По прогнозам советских и иностранных ученых увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере до 0,06% (вдвое по сравнению с существующей) приведет, вследствие так называемого парникового эффекта, к повышению средней температуры на 3-4 С, что вызовет катастрофические последствия. По прогнозам тех же ученых глобальная катастрофа может разразиться в 2030-2080 годах.

Поэтому задача атмосферы от углекислого газа означает задачу предотвращения глобальной катастрофы нашей цивилизации.

Известен способ защиты атмосферы от углекислого газа, заключающийся в высаживании больших площадей лесонасаждений.

Недостатки этого способа состоят помимо высокой стоимости и занятости больших площадей земли в малой эффективности. Так в указанном проекте 52 млн. деревьев способны устранить выброс С02 от семи электростанций.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявленному способу является способ защиты атмосфеi J

со

sQ О GJ GO

со

ры от углекислого газа, реализуемый в разработанном Аргонской национальной лабораторией США проекте экологически чистой теплоэлектростанции. По этому проекту ископаемое топливо сжигают в топках станции, куда подают воздух, обогащенный кислородом. Образующиеся топочные газы, содержащие до 95% двуокиси углерода, улавливают поглолителем, выделяют из них углекислый газ, транспортируют его по магистралям природного газа до ближайшего месторождения нефти и закачивают в нефтяные скважины. Смешиваясь с остатками нефти, углекислый газ облегчает ее последующую добычу.

Однако при этом на транспортировку углекислого газа необходимы значительные средства, так как ближайшие месторождения нефти находятся на расстоянии в сотни километров. Кроме этого, ввиду того, что конкретное месторождение имеет достаточно локальный характер, объёмы закачиваемых газов будут ограничены. И. наконец, главный недостаток состоит в том, что при извлечении нефти углекислый газ вновь выделяется из нее и в значительной части возвращается в атмосферу. То есть происходит возврат к исходной позиции сточки зрения загрязнения атмосферы и увеличения парникового эффекта.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение степени загрязнения атмосферы (и как следствие парникового эффекта) - и повышение эффективности способа путем предотвращения повторного попадания углекислого газа в атмосферу и снижения затрат на транспортировку газа к месту размещения.

Поставленная цель достигается тем, что

в способе защиты атмосферы от попадания

в нее углекислого газа, включающем улавли., ванйе продуктов сгорания ископаемого топ- лива, выделение из них углекислого газа,

- транспортировку его и закачку в скважины,

закачку углекислого газа осуществляют в

глубокие водоносныегоризонты с застой ным режимом водообмена под давлением.

превышающем пластовое через скважины,

которые проходят в районе источников вы41 деления дуглекислрго газа.

Кроме тогЬГ тем, что закачку угле....iV-slHtO MiVW:1-.,. - ,кислого газа осуществляют в глубокие водоносные горизонты, представленные силикатными горными породами и растворами, имеющими щелочную и (или) нейтральную реакцию среды. Кроме того тем, что закачку углекислого газа осуществляют в глубокие водоносные горизонты, представленные карбонатными горными породами и растворами, имеющими щелочную реакцию среды.

Кроме того, тем, что закачку углекислого газа осуществляют в глубокие водоносные

горизонты, представленные силикатными горными породами с включениями соединений металлов и растворами, имеющими кислую или нейтральную реакцию среды.

Проведенный заявителем поиск по на0 учно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить в заявленном способе отличительные признаки. Следовательно, заявленное техническое ре5 шение удовлетворяет критерию изобретения новизна. А проведенный заявителем дополнительный поиск известных технических решений с целью обнаружения в них признаков, сходных с признаками отличи0 тельной части формулы и сравнения свойств заявляемого технического решения и известных технических решений, обусловленных наличием в последних отличительных признаков, показал, что, во-первых, не все

5 признаки отличительной части формулы найдены в известных технических решениях. Во- вторь х, сопоставительный анализ свойств, обусловленных наличием некоторых отличительных признаков в известных техниче0 ских решениях, показал, что в заявленном решении появляются свойства, не совпадающие со свойствами, проявляемыми указанными признаками в известных технических решениях, чем обуславливается достижение

5 заявленного положительного эффекта, следовательно, заявленное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения существенные отличия.

Сущность изобретения поясняется чер0 тежом, на котором изображена схема осуществления предлагаемого способа.

Способ осуществляют следующим образом,

В процессе изыскательных работ во

5 время строительства и подготовки к эксплуатации источника 1 углекислого газа (например, теплоэлектростанции) выбирают глубокий водоносный горизонт 2 с замедленным (застойным) гидродинамическим

0 режимом, где водообмен совершается не чаще, чем .1 цикл в 300 лет (так называемая зона замедленного или весьма замедленного водообмена с земной поверхностью). При этом водоносные горизонты не должны со5 держать питьевой воды.

В непосредственной близости к источнику углекислого газа проходят скважину 3. вскрывающую выбранный глубокий водоносный горизонт 2, обсаживают ее обсадными трубами 4 и устанавливают в ней

компрессорные трубы 5 на глубину подачи углекислого газа. В интервале глубокого водоносного горизонта в обсадных трубах выполняют перфорацию 6.

В зависимости от мощности источника 1 углекислого газа может быть пройдено еще несколько закачных скважин 7 до выбранного глубокого водоносного горизонта.

В районе источника углекислого газа размещают установку 8 для улавливания выбросных газов, поглощения углекислого и других газов из выбросов и регенерации поглотителя с выделением С02. Эту установку с помощью трубопровода 9 соединяют с компрессорной установкой или газокомпрессорной станцией 10, размещенной у закачных скважин.

Выбросы различных предприятий 1 (ТЭС, заводов) поглощают на специальных установках 8. Там же поглотитель регенерируют с выделением из него СОа, который по трубопроводу 9 подают к газокомпрессорной станции 10, а затем под давлением по компрессорным трубам 5 подают по пробуренным скважинам 3 к выбранному глубокому горизонту 2, куда он попадает через перфорацию 6 в колонне обсадных труб 4, и закачивают в пласт.

Давление, под которым осуществляют нагнетание С02 в пласт, должно превышать пластовое, иначе газ невозможно будет закачать в водоносный горизонт. Причем может быть использована известная технология закачки газа в водоносные горизонты (например, как это делают в нефтепромысловой практике при закачке газа для поддержания пластового давления), В зависимости от объема закачиваемого газа устанавливают компрессор или газокомпрессорную станцию. Последние широко применяются для закачки газа в пласт на нефтяных месторождениях. Закачиваемый газ растворяется в подземном водном растворе, причем его растворимость прямо пропорциональна давлению. Углекислый газ нагнетают до насыщения раствора в конкретных гидродинамических условиях или до полного вытеснения воды. В последнем случае в пласте образуется емкость, полностью заполненная газом (в виде газовой залежи).

Выбранные для закачки углекислого газа глубокие водоносные горизонты представляют собой гидрогеологические системы, сложенные горными породами, насыщенными минерализованными водными растворами. Из-за высокого содержания солей в растворах они не могут применяться для хозяйственно- питьевого водоснабжения населения. Поэтому закачка в них природного вещества,

каким является углекислый газ, экологически допустима.

При закачке С02 будут происходить соответствующие физико-химические процессы. Так, при закачке углекислого газа в глубокие водоносные горизонты, представленные силикатными горными породами и растворами, имеющими щелочную и (или) нейтральную среду, процесс будет представлять химическую реакцию образования растворимых карбонатов из силикатов с осаждением кремнезема:

15

3KAISi3d8 + 2C02 + 2H20

КА1351зОю(ОН)2 + 6SI02 + 2КНСОз

При закачке углекислого в глубокие водоносные горизонты представленные карбонатными горными породами и растворами с щелочной реакцией, процесс будет представлять собой переход карбонатов в растворимые гидрокарбонаты и нейтрализацию раствора:

СаСОз + С02 + Н20 Са(НСОз)2

При закачке углекислого газа в глубокие водоносные горизонты, представленные силикатными горными породами с включениями соединений металлов и растворами, имеющими кислую или нейтральную реакцию среды, процесс растворения С02 будет сопровождаться образованием карбонатов

металлов и осаждением карбоната кальция:

KAISisOs; CaO; ВеО + СОа +ВеНС1з + СаСОз.

КА1з51зСИо(ОН)2Н

При этом происходящие процессы геохимически прогнозируются и могут быть физико-химические смоделированы.

Поскольку при этих процессах происходят химические реакции, то растворенный в

этих водах углекислый газ не может попадать в атмосферу.

Поскольку в таких горизонтах отсутствует питьевая и техническая вода, необходимая для снабжения населения, то также нет

опасности, что такие воды могут нанести ущерб при потреблении.

Так как глубокие водоносные горизонты выбирают в районе техногенного образования углекислого газа, а закачные скв ажТнчы,

вскрывающие эти горизонты проходят на максимально возможном близком от источника газа расстоянии, то затраты на транс портировку газа до /тих скважин малы.

Экономический эффект, который може быть получен от реализации предлагаемо™

способа, следует сопоставлять с расходами, затрачиваемыми на устранение парникового эффекта или его последствий. Хотя последние не поддаются точной оценке, как, например, расходы на создание ядерной энергетики, однако, очевидно, что они чрезвычайно велики.

Поэтому экономия, которая может быть получена от ликвидации парникового эффекта, также чрезвычайно велика. Формула изобретения 1. Способ защиты атмосферы от попадания в нее углекислого газа, включающий улавливание продуктов сгорания ископаемого топлива, выделение из них углекислого газа, транспортировку его и закачку в скважины, отличающийся тем, что, с целью уменьшения степени загрязнения атмосферы и как следствие парникового эффекта путем предотвращения повторного попадания углекислого газа в атмосферу, закачку углекислого газа осуществляют в глубокие водоносные горизонты с застойным режимом водообмена под давлением, превышающим пластовое через скважины, которые проходят в районе источников выделения углекислого газа.

и (или) нейтральную реакцию среды.

4. Способ по п. 1,отличающийся тем, что закачку углекислого газа осуществляют в глубокие водоносные горизонты, представленные силикатными горными породами с включениями соединений металлов и растворами, имеющими кислую или нейтральную реакцию среды.