一、引言
在全球应对气候变化的紧迫形势下，CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）技术，即二氧化碳捕集、利用与封存技术，作为一种极具潜力的碳减排策略，正逐渐成为研究和实践的焦点沙盘模型 。CCUS 技术旨在将工业生产过程中产生的二氧化碳进行捕获，然后通过特定的技术手段将其加以利用或封存在地下深处，从而有效减少二氧化碳排放，缓解温室效应。
CCUS/二氧化碳捕集利用封存沙盘模型作为一种直观的展示工具，以三维实际场景的形式，将复杂的 CCUS 技术以通俗易懂的方式呈现出来沙盘模型 。它不仅有助于专业人士深入探讨技术细节，也为普通公众了解这一前沿技术提供了便捷途径。本文将详细介绍 CCUS/二氧化碳捕集利用封存沙盘模型，涵盖各个技术环节、制作材料与过程、结构部件组成以及基于微型电机配合屏幕与 LED 灯的动态模拟演示。
CCUS/二氧化碳捕集利用封存沙盘模型
二、CCUS 技术概述
CCUS 技术是一个综合性的系统，主要包括二氧化碳捕集、运输、利用和封存四个关键环节沙盘模型 。
（一）二氧化碳捕集
二氧化碳捕集是 CCUS 技术的起点，主要针对大型碳排放源，如火力发电厂、水泥厂、炼油厂等沙盘模型 。常见的捕集方法有化学吸收法、物理吸附法和膜分离法等。化学吸收法利用碱性溶液（如乙醇胺溶液）与二氧化碳发生化学反应来捕获二氧化碳；物理吸附法则依靠吸附剂（如活性炭、沸石等）对二氧化碳的物理吸附作用；膜分离法则是利用具有选择性透过性能的膜，使二氧化碳从混合气体中分离出来。
（二）二氧化碳运输
捕获后的二氧化碳需要运输到合适的利用或封存地点沙盘模型 。运输方式主要有管道运输、公路运输和铁路运输等。管道运输是最常用的方式，具有连续性好、运输量大、成本相对较低等优点。公路运输和铁路运输则适用于距离较短或管道建设不便的情况。
（三）二氧化碳利用
二氧化碳利用是指将捕获的二氧化碳转化为有价值的产品或资源沙盘模型 。常见的利用方式包括生产化工产品（如尿素、甲醇等）、强化石油开采（EOR）、生物利用（如微藻培养）等。在强化石油开采中，将二氧化碳注入油藏，可以提高原油的采收率；在生物利用方面，微藻可以利用二氧化碳进行光合作用，生产生物质能源或高附加值产品。
（四）二氧化碳封存
二氧化碳封存是将二氧化碳长期存储在地下深处，防止其重新释放到大气中沙盘模型 。主要的封存地点包括枯竭的油气田、深部咸水层和不可开采的煤层等。在枯竭的油气田中，二氧化碳可以替代原有的油气占据储层空间；深部咸水层具有巨大的储存潜力，二氧化碳可以溶解在咸水中或与岩石发生化学反应形成固态碳酸盐矿物；不可开采的煤层也可以吸附二氧化碳，实现二氧化碳的封存。
燃煤电厂锅炉烟气二氧化碳捕集/CCUS沙盘模型
三、CCUS/二氧化碳捕集利用封存沙盘模型制作材料与过程
（一）制作材料
地形材料：为了模拟真实的地理环境，沙盘模型的地形部分通常采用泡沫板、石膏等材料沙盘模型 。泡沫板质地轻盈，易于切割和塑形，可以快速构建出山脉、丘陵和平原等地形轮廓。石膏则具有较好的硬度和稳定性，在泡沫板基础上涂抹石膏，可以进一步细化地形特征，使其更加逼真。
建筑与设备材料：对于模型中的建筑和设备，如发电厂、化工厂、管道等，常使用塑料、金属和木材等材料沙盘模型 。塑料材料具有成本低、易加工的特点，可以通过注塑成型或手工雕刻制作各种形状的建筑和设备部件；金属材料（如铝合金、不锈钢等）则用于制作一些需要体现质感和坚固性的部件，如管道、阀门等；木材可以用于制作一些辅助结构或框架，增加模型的整体稳定性。
电子元件：为了实现动态模拟演示，模型需要使用微型电机、LED液晶屏幕、LED 灯等电子元件沙盘模型 。微型电机用于驱动模型中的一些运动部件，如管道中的流体流动模拟、设备的运转等；屏幕用于展示各种数据和动画，如二氧化碳的捕集量、运输路线、利用效果等；LED 灯则用于指示设备的运行状态、管道中流体的流动方向等。
（二）CCUS/二氧化碳捕集利用封存沙盘模型制作过程
设计规划：在制作沙盘模型之前，需要进行详细的前期设计规划沙盘模型 。根据 CCUS 技术的流程和展示需求，确定碳捕集沙盘模型的整体布局、尺寸和比例。绘制详细的设计图纸，标注各个部件的位置、尺寸和连接关系，为后续的制作提供指导。
地形塑造：首先根据设计图纸，将泡沫板切割成所需的形状，构建出地形的大致轮廓沙盘模型 。然后在泡沫板表面涂抹石膏，待石膏干燥后，使用砂纸等工具对地形表面进行打磨和修整，使其更加平滑和逼真。可以根据实际情况，添加一些细节，如河流、道路等，增强地形的真实感。
建筑与设备制作：根据设计图纸，使用塑料、金属和木材等材料制作建筑和设备部件沙盘模型 。对于一些复杂的部件，可以采用 3D 打印技术进行制作，以提高制作精度和效率。制作完成后，对部件进行组装和调试，确保各个部件能够正常运行和连接。
电子元件安装：将微型电机、屏幕、LED 灯等电子元件安装到模型中沙盘模型 。根据设计要求，连接好电路，确保电子元件能够正常工作。编写控制程序，实现微型电机的转速控制、屏幕数据的显示和 LED 灯的状态变化等功能，以实现动态模拟演示。
表面处理与装饰：对模型的表面进行处理，如喷漆、贴纸等，使其外观更加美观和逼真沙盘模型 。添加一些标识和说明，帮助观众更好地理解模型所展示的内容。最后对模型进行整体调试和检查，确保各个部分都能正常运行，达到预期的展示效果。
火电厂二氧化碳/CCUS捕集利用封存沙盘模型
四、CCUS/碳捕集利用封存沙盘模型的结构部件组成
（一）二氧化碳捕集区
发电厂模型：作为碳排放源的，发电厂模型通常采用火力发电厂的典型结构沙盘模型 。包括锅炉、汽轮机、发电机等主要设备。锅炉部分通过 LED 灯模拟燃烧过程，展示煤炭燃烧产生二氧化碳的过程；汽轮机和发电机则通过微型电机驱动，模拟其运转状态，展示发电过程。在发电厂的尾气排放口，设置二氧化碳捕集装置模型，采用化学吸收法的模型可以展示吸收塔的结构，内部填充模拟吸收液的材料，通过 LED 灯和管道连接，展示二氧化碳与吸收液的反应过程以及富液的输送。
二氧化碳捕集设备模型：除了化学吸收法的吸收塔模型外，还可能包括物理吸附法的吸附器模型和膜分离法的膜组件模型沙盘模型 。吸附器模型内部填充模拟吸附剂的材料，通过 LED 灯展示吸附和解吸过程中二氧化碳的吸附和释放；膜组件模型则通过透明材料展示膜的结构，利用 LED 灯模拟二氧化碳在膜两侧的浓度变化和渗透过程。
（二）二氧化碳运输区
管道模型：管道模型是运输区的主要组成部分，采用透明或半透明的塑料材料制作，以便观察内部流体的流动模拟沙盘模型 。管道上安装有微型电机驱动的叶轮，模拟二氧化碳在管道中的流动。通过 LED 灯沿着管道的布置，展示二氧化碳的流动方向和流速变化。在管道的关键节点，如阀门、泵站等位置，设置相应的模型部件，阀门模型可以通过微型电机控制其开合状态，LED 灯显示阀门的开/关状态；泵站模型则展示压缩机等设备的运行，通过 LED 灯和微型电机模拟设备的运转和压力提升过程。
运输车辆模型：对于公路运输和铁路运输方式，制作相应的运输车辆模型沙盘模型 。公路运输车辆模型可以是罐车形式，罐体通过透明材料制作，内部模拟二氧化碳的储存状态；铁路运输车辆模型则是火车车厢形式，同样展示二氧化碳的储存和运输过程。通过微型电机驱动车辆模型在轨道或道路上移动，配合 LED 灯展示运输过程中的状态变化。
（三）二氧化碳利用区
化工产品生产模型：如果展示二氧化碳用于生产化工产品，如尿素生产模型，将包括合成塔、反应器等设备模型沙盘模型 。合成塔模型内部通过 LED 灯展示化学反应过程中的温度、压力等参数变化；反应器模型则展示原料的输入和产品的输出过程，通过管道连接和 LED 灯指示物料的流动方向。在模型旁边设置屏幕，显示生产过程中的关键数据，如产量、转化率等。
强化石油开采模型：强化石油开采模型主要展示二氧化碳注入油藏的过程沙盘模型 。包括注气井、油藏模型和采油井等部分。注气井模型通过管道与二氧化碳运输管道相连，利用微型电机模拟二氧化碳的注入过程；油藏模型采用透明或半透明材料制作，内部填充模拟油藏的物质，通过 LED 灯展示二氧化碳在油藏中的扩散和驱油过程；采油井模型则展示原油的开采过程，通过微型电机驱动抽油设备，配合 LED 灯显示原油的抽取和输送。
（四）二氧化碳封存区
枯竭油气田封存沙盘模型：枯竭油气田封存模型展示二氧化碳在枯竭油气田中的封存过程沙盘模型 。模型包括油气田的地质结构，如储层、盖层等部分。通过透明材料制作储层部分，内部填充模拟二氧化碳和剩余油气的物质，利用 LED 灯展示二氧化碳的注入和占据储层空间的过程。
深部咸水层封存模型：深部咸水层封存模型重点展示二氧化碳在咸水层中的溶解和矿化过程沙盘模型 。模型包括咸水层的地质结构，通过透明材料展示咸水层内部的孔隙结构。利用微型电机模拟二氧化碳的注入过程，通过 LED 灯展示二氧化碳在咸水中的溶解和扩散。在模型中设置化学反应区域，通过 LED 灯和颜变化展示二氧化碳与岩石发生化学反应形成固态碳酸盐矿物的过程。
不可开采煤层封存沙盘模型：不可开采煤层封存模型展示二氧化碳在煤层中的吸附过程沙盘模型 。模型包括煤层的地质结构，内部填充模拟煤层的材料。通过微型电机驱动二氧化碳的注入，利用 LED 灯展示二氧化碳在煤层中的吸附和置换甲烷的过程。在模型旁边设置电子屏幕，显示煤层的吸附能力、甲烷释放量等数据。
锅炉烟气CCUS/二氧化碳捕集利用封存沙盘模型
五、动态模拟演示
（一）正常运行模拟
在正常运行模拟模式下，碳捕集沙盘模型通过微型电机、屏幕和 LED 灯的协同工作，展示 CCUS 技术的完整流程沙盘模型 。从发电厂的燃烧过程开始，LED 灯亮起模拟煤炭燃烧，产生的二氧化碳通过管道输送到捕集装置。捕集装置中的 LED 灯展示二氧化碳与吸收液的反应过程，富液通过管道输送到再生装置，再生后的二氧化碳通过管道进入运输环节。
在运输过程中，管道上的 LED 灯沿着管道方向依次亮起，模拟二氧化碳的流动，微型电机驱动叶轮转动，展示流体的流动状态沙盘模型 。运输车辆模型在轨道或道路上缓慢移动，LED 灯显示车辆的行驶状态。到达利用区后，化工产品生产模型中的设备通过微型电机驱动运转，LED 灯展示化学反应过程，屏幕显示生产数据；强化石油开采模型中，注气井的微型电机模拟二氧化碳注入，油藏中的 LED 灯展示驱油过程，采油井的微型电机驱动抽油设备，展示原油开采。
在封存区，枯竭油气田封存模型中，LED 灯展示二氧化碳的注入和占据储层空间的过程；深部咸水层封存模型中，LED 灯展示二氧化碳的溶解和矿化过程；不可开采煤层封存模型中，LED 灯展示二氧化碳的吸附过程沙盘模型 。屏幕实时显示各个环节的关键数据，如二氧化碳捕集量、运输量、利用量和封存量等，让观众全面了解 CCUS 技术的正常运行情况。
（二）故障模拟
为了让观众更好地理解 CCUS 系统的应对能力，沙盘模型还可以进行故障模拟演示沙盘模型 。例如，在二氧化碳捕集环节，模拟吸收塔故障，此时吸收塔模型上的 LED 灯闪烁红，屏幕显示故障信息，如“吸收塔液位过高”。同时，备用捕集设备的 LED 灯亮起，展示系统的切换过程。
在运输环节，模拟管道泄漏故障，管道泄漏位置的 LED 灯快速闪烁红，屏幕显示泄漏位置和泄漏量等信息沙盘模型 。附近的阀门模型通过微型电机迅速关闭，防止二氧化碳进一步泄漏，同时启动应急处理设备，如堵漏机器人模型，通过微型电机驱动移动到泄漏位置进行堵漏操作，LED 灯展示操作过程。
在利用区和封存区，也可以模拟各种故障情况，如化工产品生产设备故障、油藏压力异常等沙盘模型 。通过 LED 灯的不同显示状态和屏幕上的故障信息提示，展示系统的故障诊断和应急处理过程，让观众了解 CCUS 技术在面对故障时的应对措施和可靠性。
CCUS/二氧化碳捕集利用封存沙盘模型
六、总结
CCUS/二氧化碳捕集利用封存沙盘模型以直观的三维实际场景、丰富的结构部件组成和生动的动态模拟演示，为我们呈现了 CCUS 技术的全貌沙盘模型 。它不仅是一种科普工具，帮助公众了解这一复杂的碳减排技术，也是专业人士进行技术交流和研究的有效平台。需要明确的是，该模型仅用于科普演示用途，虽然能够展示 CCUS 技术的主要原理和流程，但不具备实物设备的全部功能。随着 CCUS 技术的不断发展和完善，相信沙盘模型也将不断改进和优化，为推动碳减排事业发挥更大的作用。
南方模型为客户提供面向教学模拟实训与企业产品展览展示的设计制造一体化服务，包括从设计、制造、安装调试直到产品交付沙盘模型 。已开发的产品涉及教学演示模型与实训模拟装置、科技馆科普展品、企业产品展示模型等，为全国上千家院校与企业提供了优质的产品与服务。
如想了解更多关于二氧化碳捕集运输利用封存CCUS沙盘模型与实训模拟装置模型的资讯，浏阳市南方科技展览模型有限公司可以帮助您沙盘模型 。