本发明海水式碳捕集封存方法及装置，用于滨海火电、冶金、化工一类化石能源热力系统大规模减少二氧化碳排放，属于清洁能源和海洋工程。
背景技术：
1、对化石燃料产生的二氧化碳进行捕集与封存，即ccs(carbon capture andstorage)，是减少大气中温室气体含量，减缓气候变化不可缺少的关键技术手段。然而，现有ccs试验示范项目全部是成本高昂的地质封存(包括海底地质封存)方案，远没有成为碳减排的实用技术。
2、本来，国际研究认定：“海洋以约6gt/y(吉吨/年)的速率自然吸收大气中的二氧化碳；即使地球所有储量的化石燃料燃烧产生的二氧化碳进入海洋，也仅能使海洋的溶解无机碳(dic)含量增加10％”，因此，利用海洋进行碳封存，是最具成本效益的减缓气候变化的有效方法(《碳捕集与封存特别报告》联合国气候专委会ipcc 2005)。然而，现有海洋封存技术方案，采用与地质封存方案相同的高纯度碳捕集方式，要求“运送至海洋注入点的二氧化碳的最适当形式为液体或密相气体”(《二氧化碳海洋封存ocean storage of co2》iea2002)。这种碳捕集方式的成本，使总成本更加高昂。
技术实现思路
1、本发明海水式碳捕集封存方法及装置(ocean ccs)的发明目的在于，克服现有碳捕集与封存技术方案的缺陷，提供一种符合环境法规并最具成本效益的海洋碳封存技术方案，使海洋碳封存成为经济和环境成本均可负担的应对气候变化实用技术手段。
2、本发明第一个方面是提供了一种海水式碳捕集与封存方法，所述方法包括如下步骤：
3、1)碳捕集：抽取海水洗涤含二氧化碳的气体，生成溶有气体中二氧化碳的洗涤后海水作为碳捕集成品；
4、2)碳封存：将所述碳捕集成品注入大海水体进行海水碳封存。
5、进一步的技术方案是：
6、上述步骤2)所述的碳捕集成品注入海洋水体，是采用常压管道注入海洋水体。
7、对所述碳捕集成品中的海水的量与二氧化碳的量进行比例控制，以控制碳捕集成品注入大海时的ph值。
8、步骤1)所述含二氧化碳的气体，是指大气；所述的使海水洗涤，是利用风、和/或洋流波浪、和/或阳光提供动力抽取海水进行洗涤。
9、所述含二氧化碳的气体，是化石燃料燃烧排放的废气。
10、所述排放废气中的二氧化碳，至少有10％、或20％、或50％、或70％、或80％、或90％溶入洗涤海水后注入大海水体，洗涤海水的量被配置为足以吸收排放废气中至少10％、或20％、或50％、或70％、或80％、或90％的二氧化碳。
11、所述抽取的海水被提升至海拔高度不大于50m、或40m、或30m、或20m、或19m、或15m、或12m、或10m、或9m、或8m、或6m、或5m、或4m，或2m、或1m，以洗涤含有二氧化碳的排放废气，该海拔高度的零米(0m)基准为抽取海水处的海平面。
12、提供填料，通过填料洗涤和控制洗涤海水的提升高度使捕集二氧化碳的能耗不大于1000mj/t，或500mj/t，或400mj/t，或350mj/t，或300mj/t，或250mj/t，或200mj/t，或150mj/t，或100mj/t，或60mj/t，或50mj/t，或40mj/t，或30mj/t，或20mj/t，或10mj/t，或5mj/t。
13、所述碳捕集到所述碳封存是连续的反应过程。
14、碳捕集成品注入大海水体，是注入大海表层，和/或中层，和/或深层水体。
15、碳捕集成品注入大海水体，是将所述的洗涤后海水注入大海的洋流中，该洋流是不经过抽取海水处的洋流。
16、所述的填料洗涤，是使洗涤海水与排放废气通过填料大面积接触进行的洗涤；
17、本发明的第二个方面是提供一种海水式碳捕集封存方法，步骤包括，
18、a.将化石燃料燃烧器排出的含有燃烧产生的二氧化碳的废气连续导入碳捕集器；同时
19、b.将海水连续导入碳捕集器；
20、c.在碳捕集器中，通过填料加大a步骤导入的废气与b步骤导入的海水的接触面积来洗涤和溶解废气中的二氧化碳；
21、d.将经过海水洗涤后二氧化碳气体减少了的净化的废气连续排往大气；
22、e.将c步骤溶有废气二氧化碳的海水从碳捕集器连续输出；
23、f.将e步骤连续输出的溶有废气二氧化碳的海水连续排注至大海碳封存处，实现海洋碳封存；
24、所述的化石燃料包括煤炭、石油、天然气；所述的燃烧器为滨海火电厂或海洋船舶使用的燃烧器；所述的燃烧器包括锅炉和汽轮机、内燃机、燃气轮机；所述的废气为化石燃料燃烧产生的烟气；b步骤所述海水为从海洋直接提取的海水，或/和从海洋直接提取经用于燃烧器冷却后复用的海水。
25、进一步的技术方案是：
26、所述的海水式碳捕集封存方法，其d步骤净化的废气中二氧化碳气体减少的质量至少为a步骤所述的废气中二氧化碳气体质量的10％、或20％、或50％、或70％、或80％、或90％。
27、所述的海水式碳捕集封存方法，其d步骤净化的废气中二氧化碳气体减少的质量至少为a步骤所述的废气中二氧化碳气体质量的20％。
28、所述的海水式碳捕集封存方法，其e步骤连续输出的溶有废气二氧化碳的海水温度比b步骤导入碳捕集器的海水温度升高值小于50℃。
29、所述的海水式碳捕集封存方法，其e步骤连续输出的溶有废气二氧化碳的海水温度比b步骤导入碳捕集器的海水温度升高值小于20℃。
30、所述的海水式碳捕集封存方法，其e步骤连续输出的溶有废气二氧化碳的海水温度比b步骤导入碳捕集器的海水温度升高值小于2℃。
31、所述的海水式碳捕集封存方法，其e步骤连续输出的溶有废气二氧化碳的海水ph值比碳封存处区域海水ph背景值降低不超过2个ph单位。
32、本发明的第三个方面是提供一种用于本发明方法的海水式碳捕集封存装置，它包括产生化石燃料燃烧废气的燃烧器，和与燃烧器连接的用于洗涤废气以捕集二氧化碳的碳捕集器，向碳捕集器导入海水的海水抽取设备，和从碳捕集器导出净化废气的排气筒，以及海水排水管；碳捕集器内有填料层，并包括有布水器，该碳捕集器的海水输出口与海水排水管联通，海水排水管的出口连通至海洋水体。
33、进一步的技术方案是：
34、所述的海水式碳捕集封存装置，其碳捕集器的布水器高度小于等于50m、或40m、或30m、或20m、或19m、或15m、或12m、或10m、或9m、或8m、或6m、或5m、或4m，或2m、或1m；所述的布水器高度是布水器水平中心线相对海水抽取设备取水处海平面的高度值。
35、所述的海水式碳捕集封存装置，其海水抽取设备为燃烧器的海水冷却系统，或/和海水抽取泵。
36、所述的海水式碳捕集封存装置，其有一个海水调控泵与调控器联通，用于调控洗涤海水注入大海时的ph值。
37、所述的海水式碳捕集封存装置，其碳捕集器内的填料层，由工业散装填料，和/或规整填料，和/或孔板填料，和/或格栅组成。
38、所述的填料的干填料因子为5～2000/m，干填料因子的定义按常规的填料行业产品手册确定。
39、所述的海水式碳捕集封存装置，其海水排水管是薄膜输水管。
40、碳捕集器设置在高度可随潮位调节的海洋平台上。
41、本发明的第四个方面是提供一种用于本发明方法的海水式碳捕集封存装置，它包括碳捕集器，用于将海水输送至所述碳捕集器的海水抽取设备，用于给所述海水抽取设备提供动力的动力设备，位于所述碳捕集器上方的布水器，及下方的集水器，以及与所述集水器连通的海水排水管。
42、进一步的技术方案是：
43、所述动力设备包括风力设备，和/或洋流波浪换能设备、和/或太阳能发电设备。
44、所述动力设备包括风动装置、动力联接装置，所述动力联接装置连接所述海水抽取设备以将风动装置产生的动能传递给所述海水抽取设备，所述的动力联接装置是机械联接装置，和/或风力发电机及电动机组成的机电联接装置。
45、所述动力设备包括水动装置、动力联接装置，所述动力联接装置连接所述海水抽取设备以将水动装置产生的动能传递给所述海水抽取设备，所述的动力联接装置，是机械联接装置，和/或水力发电机及电动机组成的机电联接装置。
46、所述的以上两项用于本发明方法的装置，固定在海床上和/或海洋平台上。
47、本发明的技术原理和效果：
48、本发明利用二氧化碳是可溶于海水并大量存在于海水中的天然物质，可以在海洋中友好地长期和海量贮存的原理，使海水洗涤化石燃料废气，或直接洗涤收集的大气，即自然状态的空气，溶出废气和/或大气中的二氧化碳进行碳捕集，再将溶有废气和/或大气中二氧化碳的海水，在控制ph值等指标使符合环境法规的条件下，注入到海洋表层，和/或中层，和/或深层水体，实施海洋碳封存；利用洋流扩散可以进一步降低对海洋环境的影响，增进封存效果。注入海洋水体的深度可以是表层、中层或深层。有研究认为：注入海洋1000m深的co2可以封存1000年。
49、co2溶入海水按以下平衡等式从左向右反应：
50、(碳酸)
51、(重碳酸盐离子，也称碳酸氢根离子)
52、(碳酸盐离子)
53、其中重碳酸盐离子是海水中二氧化碳的主要形态，与碳酸、碳酸盐离子一起统称为溶解无机碳(dic)(dissolved inorganic carbon)。
54、通常二氧化碳在水中的溶解度很低，所以海水洗涤产生含低浓度co2，即含低浓度dic的洗涤后海水。所述的低浓度，是相对现有技术而言：现有技术的碳捕集成品为纯二氧化碳液体、密相气体或固体，单位体积介质中的碳含量，比本发明方案高若干量级。人们有可能认为低浓度需要更大量的洗涤海水，将导致总能耗十分巨大。然而，本发明采用控制海水提升高度等方法控制总能耗，反而可使捕集封存二氧化碳的成本，比现有ccs方案至少降低一个量级。其中的滨海火电厂复用冷却排水还可再减少成本。
55、同时，由于二氧化硫也是可溶于海水并大量存在于海水中的天然物质，而烟气中的二氧化硫比二氧化碳含量少，且更易溶于水，所以本发明兼具烟气脱硫的技术效果。
56、显然，沿海地区往往大型碳排放点源密集，规模效应突出，应用本发明有利实现商业规模碳捕集与封存。
57、海洋航运业应用本发明，则可产生双重技术效果：一是利用海洋表层碳汇资源，使原本无法捕集的逃逸性碳排放实现碳捕集与封存，超低成本减少船舶碳排放，二是避免换用低硫燃油，间接减少了炼油业碳排放。因此，航运业得以有效化解国际减碳、减硫法令的双重压力，继续保持经济、绿色的双重优势。
58、而应用本发明对自然状态下的空气进行碳捕集与封存，也具有特别重要的意义，因为一是等于利用大气环流无成本输送捕集各类碳排放，包括其它方式无法捕集的逃逸性碳排放，二是利用风力、洋流、阳光等可再生能源进行零能耗碳捕集与封存，三是没有海域局限，无须周边支持，可以在各种海域大量安装。
59、显然，本发明根据地球工程学原理，采用自然工程学方法，取得了良好技术效果，为实现人们利用海洋资源应对气候变化的长期愿望，增加一种可负担和可行的有效技术方案。
1.一种海水式碳捕集与封存方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述碳捕集成品中的海水量与二氧化碳量进行比例控制，以控制碳捕集成品注入大海时的ph值；所述比例控制的方法是通过设计导入碳捕集器的废气量、海水量，以及气、液的比例，和/或在碳捕集成品注入大海前掺入额外海水，以控制排水ph值处于环保法规要求的范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抽取海水洗涤的海水流量，被配置为足以吸收排放烟气中至少10％、或20％、或50％、或70％、或80％、或90％的二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抽取海水被提升至海拔高度不大于50m、或40m、或30m、或20m、或19m、或15m、或12m、或10m、或9m、或8m、或6m、或5m、或4m，或2m、或1m，以洗涤含二氧化碳的烟气，该海拔高度的零米(0m)基准为抽取海水处的海平面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过填料洗涤和控制洗涤海水的提升高度使捕集二氧化碳的能耗不大于1000mj/t，或500mj/t，或400mj/t，或350mj/t，或300mj/t，或250mj/t，或200mj/t，或150mj/t，或100mj/t，或60mj/t，或50mj/t，或40mj/t，或30mj/t，或20mj/t，或10mj/t，或5mj/t。
6.一种用于权利要求1所述方法的海水式碳捕集封存装置，其特征在于，它包括化石燃料燃烧器(1)，和与燃烧器(1)连接的用于洗涤烟气以捕集二氧化碳的碳捕集器(2)，向碳捕集器(2)导入海水的海水抽取设备(3)，和从碳捕集器(2)导出净化烟气的排气筒(6)，以及海水排水管(7)；碳捕集器(2)内有布水器(2.1)，碳捕集器(2)的海水输出口(5)与海水排水管(7)联通，海水排水管(7)的出口联通至海洋水体。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述碳捕集器(2)的海水输出口(5)，与调控器(8)和海水排水管(7)相联接，调控器(8)联接有一个海水调控泵(4)，海水调控泵(4)的入口联通海洋水体，用于调控碳捕集器(2)输出的洗涤海水经海水排水管(7)注入大海时的ph值。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，碳捕集器(2)的布水器高度(2.2)小于等于50m、或40m、或30m、或20m、或19m、或15m、或12m、或10m、或9m、或8m、或6m、或5m、或4m，或2m、或1m；所述的布水器高度(2.2)是布水器(2.1)水平中心线相对海水抽取设备(3)取水处海平面线(3.2)的高度值。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，碳捕集器(2)内的填料层，由工业散装填料，和/或规整填料，和/或孔板填料，和/或格栅组成。
10.一种低碳排放化石燃料发电厂，其特征在于，包括如权利要求1～9任一权利要求所述的技术特征。
