彭松水 陸詩建
1中國石化勝利油田分公司純梁采油廠2中石化石油工程設計有限公司
CCS—EOR項目碳凈減排量方法學模型?
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1中國石化勝利油田分公司純梁采油廠2中石化石油工程設計有限公司
介紹了碳捕集與驅油封存項目工藝流程,以此為基礎建立了碳捕集與驅油封存過程碳凈減排量的計算模型。以50萬噸/年碳捕集與驅油封存項目為例,參照目前主流工藝水平,核算了每噸CO2的實際減排量和能量消耗值。計算結果表明,對碳捕集與驅油封存項目,在沒有采出氣回收環節的情景下,每噸CO2的凈減排量為0.496 5 t,能量消耗值為5.740 5 GJ;在有采出氣回收環節的情景下,每噸CO2的凈減排量為0.395 1 t,能量消耗值為6.611 7 GJ。
CO2;捕集;封存;回收率;凈減排量
溫室氣體的過量排放造成全球范圍內氣溫變曖,已成為當今主要的環境問題之一。CO2捕集、輸送與驅油技術(CCS)是現階段應對全球氣候變化、控制溫室氣體排放的主要技術[1-2]。
在CCS的基礎上提出的CCS—EOR技術,即將CO2捕集后用于油田驅油封存,在CO2減排封存的同時實現碳資源的充分利用,達到了環境效益與經濟效益的雙贏,是最適合當前國際減排需要的工藝技術[3]。本文將以CCS—EOR項目為例,分析工藝過程,研究凈減排模型,并以假定的CCS—EOR項目為例,分析項目的實際減排量。
CCS—EOR項目分為CO2捕集、輸送、注入、驅油封存、地面集輸與采出氣CO2回收等六部分,如圖1示。從電廠捕集的CO2經純化、壓縮后應用管道輸送至驅油封存示范區,經液化、加壓后注入油層驅油,注入的CO2一部分會永久封存于地下,另一部分CO2會隨原油返回地面。返回地面的CO2經分離、液化、加壓后循環回注入油層,基本可實現CO2的全部封存。
計算CCS—EOR過程碳凈減排量,形成碳凈減排量核算模型,要考慮CO2捕集、輸送、注入及采出氣回收過程中由于消耗用能新產生的CO2以及采出氣循環回注的CO2。采油及地面集輸過程屬于油田采油過程中的通用流程和必須過程,計算凈減排量過程中不予考慮。
CCS—EOR過程碳凈減排量的計算模型可用式(1)表示為
圖1CCS—EOR項目過程流程
式中η為采出氣回收過程CO2的回收率;Δt為注入油藏CO2的封存率。
根據相關國家標準或規定,將捕集、輸送、注入、采出氣回收過程消耗的能耗折算為標煤,標煤的燃燒值為29.308GJ/t,而每噸標煤新產生2.6t的CO2,則有
因此
下面討論分析Q捕集、Q輸送、Q注入與Q回收的計算過程(單位均為GJ)。
2.1CO2捕集過程模型
燃煤電廠煙氣在進行CO2捕集時需消耗新鮮水、脫鹽水,動力設備的運轉需要供電,CO2再生過程消耗蒸汽(0.3 MPa級)。
設定捕集每噸CO2消耗mcwt新鮮水、mcht脫鹽水、mcst蒸汽、KceMW·h電,根據《能源基礎數據匯編》、《石油化工設計能耗計算標準》、《中國能源統計年鑒2013》,將消耗水、蒸汽、電進行能量折算,有
2.2CO2輸送過程模型
CO2捕集再生后的高純CO2(99%以上)需要輸送至驅油現場,目前國際上普遍采用管道輸送。在CO2管道輸送過程中輸送起點需要加壓,在輸送末點需要對CO2進行液化。則有
設定壓縮每噸CO2消耗KtceMW·h電(壓縮過程為空冷,不消耗水),液化每噸CO2消耗KtleMW·h電和mtlwt水,根據相關標準進行折算有
2.3CO2注入過程模型
CO2注入過程在液化之后,應用加壓泵將液態的CO2增壓注入地層。
設定注入每噸CO2消耗KreMW·h電,則有
2.4 采出氣CO2回收過程模型
對于中大規模高濃度采出氣回收,中國石化已成功研制了低溫精餾分離回收方法,回收后采用CO2液化泵增壓回注。設定采出氣回收采用低溫精餾工藝,低溫精餾過程制冷機消耗KreMW·h電,回注過程液化泵消耗KrpMW·h電,則有
采用低溫精餾過程回收采出氣中CO2后,CO2循環回注至油藏地層。在注入驅油過程中,假定CO2動態封存率為Δt,回收率為η,則每噸采出氣中CO2中循環回注量為
循環過程中CO2的損失量為
假定現建設一50萬噸/年CCS—EOR工程,燃煤電廠煙氣CO2捕集工藝采用化學吸收法,藥劑采用改良的MEA藥劑,管道輸送距離假設為100 km,捕集、輸送、注入、采出氣循環回收相關能耗數據均依照當前主流工藝水平設定。
3.1CO2捕集過程
設定捕集每噸CO2消耗30 t新鮮水、1 t脫鹽水、1.4 t蒸汽、100 MW·h電。由式(7)可得
3.2CO2輸送過程
設定輸送距離為100 km,壓縮每噸CO2消耗0.08 MW·h電,液化每噸CO2消耗0.05 MW·h電和0.05 t軟化水。由式(9)可得
3.3CO2注入過程
設定注入每噸CO2消耗0.01 MW·h電,由式(10)可得
3.4 采出氣CO2循環回注過程
假定CO2封存率為50%,回收率為95%,由式(12)可知,每噸采出氣中CO2中循環回注量為
3.5 采出氣CO2回收過程
設定采出氣回收采用低溫精餾工藝,每噸CO2過程消耗0.05 MW·h電,在封存率為50%的情況下每噸CO2回注過程液化泵消耗0.03 MW·h電,由式(11)可得
4.1 凈減排量計算
有采出氣回收環節每噸CO2凈減排量為
無采出氣回收環節也適用于僅有捕集、輸送、注入環節即純封存過程(CCS過程),兩者的凈減排量和能量消耗量相同。
4.2 結果分析討論
設定項目年處理量為50萬噸CO2:①在有采出氣回收環節(CCS—EOR)的情景下,每噸CO2的凈減排量為0.395 1 t,每年的總凈減排量達到19.76×104t;總能量消耗為6.611 7 GJ,CO2捕集過程能耗消耗為4.215 4 GJ,占總能量消耗的63.76%;②在無采出氣回收環節的情景下,每噸CO2的凈減排量為0.496 5 t,每年的總凈減排量為24.82×104t;總能量消耗為5.7405GJ,CO2捕集過程能耗消耗占總能量消耗的73.43%。
(1)介紹了CCS—EOR項目工藝流程,初步建立了CCS—EOR過程碳凈減排量的計算公式,即
(2)以50萬噸/年CCS—EOR項目為例,參照目前主流工藝水平,核算了每噸CO2的實際減排量和能量消耗值:每噸CO2的凈減排量達到0.395 1 t,每年的總凈減排量達到19.76×104t,總能量消耗為6.611 7 GJ。
[1]費維揚,艾寧,陳?。疁厥覛怏wCO2的捕集和分離[J].化工進展,2005,24(1):1-4.
[2]李清方,陸詩建,張建,等.MEA-AMP二元復配溶液吸收煙氣中二氧化碳實驗研究[J].精細石油化工,2010,27(5):1-5.
[3]楊向平,陸詩建,高仲峰,等.基于電位法和酸堿度法的醇胺溶液吸收二氧化碳[J].中國石油大學學報,2010,34(2):140-144.
(欄目主持楊軍)
10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.005
基金論文:國家科技支撐計劃課題“大規模燃煤電廠煙氣CO2捕集純化、驅油與封存工程示范及評價”(2012BAC24B05)。