彭松水 陸詩(shī)建

1中國(guó)石化勝利油田分公司純梁采油廠2中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司

CCS—EOR項(xiàng)目碳凈減排量方法學(xué)模型?

彭松水1陸詩(shī)建2

1中國(guó)石化勝利油田分公司純梁采油廠2中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司

介紹了碳捕集與驅(qū)油封存項(xiàng)目工藝流程，以此為基礎(chǔ)建立了碳捕集與驅(qū)油封存過程碳凈減排量的計(jì)算模型。以50萬(wàn)噸/年碳捕集與驅(qū)油封存項(xiàng)目為例，參照目前主流工藝水平，核算了每噸CO2的實(shí)際減排量和能量消耗值。計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)碳捕集與驅(qū)油封存項(xiàng)目，在沒有采出氣回收環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)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(nèi)氣溫變曖，已成為當(dāng)今主要的環(huán)境問題之一。CO2捕集、輸送與驅(qū)油技術(shù)（CCS）是現(xiàn)階段應(yīng)對(duì)全球氣候變化、控制溫室氣體排放的主要技術(shù)[1-2]。

在CCS的基礎(chǔ)上提出的CCS—EOR技術(shù)，即將CO2捕集后用于油田驅(qū)油封存，在CO2減排封存的同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳資源的充分利用，達(dá)到了環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏，是最適合當(dāng)前國(guó)際減排需要的工藝技術(shù)[3]。本文將以CCS—EOR項(xiàng)目為例，分析工藝過程，研究?jī)魷p排模型，并以假定的CCS—EOR項(xiàng)目為例，分析項(xiàng)目的實(shí)際減排量。

1 項(xiàng)目工藝與碳凈減排量計(jì)算模型

CCS—EOR項(xiàng)目分為CO2捕集、輸送、注入、驅(qū)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(jīng)純化、壓縮后應(yīng)用管道輸送至驅(qū)油封存示范區(qū)，經(jīng)液化、加壓后注入油層驅(qū)油，注入的CO2一部分會(huì)永久封存于地下，另一部分CO2會(huì)隨原油返回地面。返回地面的CO2經(jīng)分離、液化、加壓后循環(huán)回注入油層，基本可實(shí)現(xiàn)CO2的全部封存。

計(jì)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(chǎn)生的CO2以及采出氣循環(huán)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(jì)算凈減排量過程中不予考慮。

CCS—EOR過程碳凈減排量的計(jì)算模型可用式（1）表示為

圖1CCS—EOR項(xiàng)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(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定，將捕集、輸送、注入、采出氣回收過程消耗的能耗折算為標(biāo)煤，標(biāo)煤的燃燒值為29.308GJ/t，而每噸標(biāo)煤新產(chǎn)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(jì)算過程（單位均為GJ）。

2 項(xiàng)目各環(huán)節(jié)能耗計(jì)算模型

2.1CO2捕集過程模型

燃煤電廠煙氣在進(jìn)行CO2捕集時(shí)需消耗新鮮水、脫鹽水，動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)需要供電，CO2再生過程消耗蒸汽（0.3 MPa級(jí)）。

設(shè)定捕集每噸CO2消耗mcwt新鮮水、mcht脫鹽水、mcst蒸汽、KceMW·h電，根據(jù)《能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯編》、《石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒2013》，將消耗水、蒸汽、電進(jìn)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(qū)油現(xiàn)場(chǎng)，目前國(guó)際上普遍采用管道輸送。在CO2管道輸送過程中輸送起點(diǎn)需要加壓，在輸送末點(diǎn)需要對(duì)CO2進(jìn)行液化。則有

設(shè)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(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行折算有

2.3CO2注入過程模型

CO2注入過程在液化之后，應(yīng)用加壓泵將液態(tài)的CO2增壓注入地層。

設(shè)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(duì)于中大規(guī)模高濃度采出氣回收，中國(guó)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(shè)定采出氣回收采用低溫精餾工藝，低溫精餾過程制冷機(jī)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(huán)回注至油藏地層。在注入驅(qū)油過程中，假定CO2動(dòng)態(tài)封存率為Δt，回收率為η，則每噸采出氣中CO2中循環(huán)回注量為

循環(huán)過程中CO2的損失量為

3 50萬(wàn)噸/年CCS—EOR項(xiàng)目分析

假定現(xiàn)建設(shè)一50萬(wàn)噸/年CCS—EOR工程，燃煤電廠煙氣CO2捕集工藝采用化學(xué)吸收法，藥劑采用改良的MEA藥劑，管道輸送距離假設(shè)為100 km，捕集、輸送、注入、采出氣循環(huán)回收相關(guān)能耗數(shù)據(jù)均依照當(dāng)前主流工藝水平設(shè)定。

3.1CO2捕集過程

設(shè)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(shè)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(shè)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(huán)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(huán)回注量為

3.5 采出氣CO2回收過程

設(shè)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 凈減排量計(jì)算與分析討論

4.1 凈減排量計(jì)算

有采出氣回收環(huán)節(jié)每噸CO2凈減排量為

無(wú)采出氣回收環(huán)節(jié)也適用于僅有捕集、輸送、注入環(huán)節(jié)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(jié)果分析討論

設(shè)定項(xiàng)目年處理量為50萬(wàn)噸CO2：①在有采出氣回收環(huán)節(jié)（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(dá)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(wú)采出氣回收環(huán)節(jié)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%。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）介紹了CCS—EOR項(xiàng)目工藝流程，初步建立了CCS—EOR過程碳凈減排量的計(jì)算公式，即

（2）以50萬(wàn)噸/年CCS—EOR項(xiàng)目為例，參照目前主流工藝水平，核算了每噸CO2的實(shí)際減排量和能量消耗值：每噸CO2的凈減排量達(dá)到0.395 1 t，每年的總凈減排量達(dá)到19.76×104t，總能量消耗為6.611 7 GJ。

[1]費(fèi)維揚(yáng)，艾寧，陳健．溫室氣體CO2的捕集和分離[J]．化工進(jìn)展，2005，24（1）：1-4．

[2]李清方，陸詩(shī)建，張建，等．MEA-AMP二元復(fù)配溶液吸收煙氣中二氧化碳實(shí)驗(yàn)研究[J]．精細(xì)石油化工，2010，27（5）：1-5．

[3]楊向平，陸詩(shī)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(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)，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(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“大規(guī)模燃煤電廠煙氣CO2捕集純化、驅(qū)油與封存工程示范及評(píng)價(jià)”（2012BAC24B05）。