二氧化碳捕集、输送与驱油封存

提
纲
一、全球CCS概况
二、中石化CCUS技术进展 三、中石化CCUS工程实践
一、全球CCS概况
CCS技术背景
全球气候变化问题日益严峻，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素 之一，削减温室气体排放以及减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。
*2009年12月，《联合国气候变化框架公约》第15 次缔约方会议，《哥本哈根协议》 **2015年12月，第21届联合国气候变化大会，巴黎
预处理，减少后端溶剂损耗及维持系统水平衡。
净化烟道气
气相
旋流管
气液
夹带液滴 烟道气
“碱洗+微旋流分离”
旋流分 离器 水洗塔 碱洗塔
气芯
水洗塔
分离锥
碱洗 塔
液滴
尾管 液相
脱除精度达 到 10 μm
微旋流器的工作原理
WS
CO2至后续流程
碱槽
凉水塔
吸收器 贫液冷却器 再生塔
沉淀池
电子数显pH计
凉水塔泵
烟气
BD-Weyburn
加拿大
Cenovus
1
66
2014
一、全球CCS概况
CO2管道输送技术现状
大规模、长距离CO2输送管道
dense liquid
都是将Leabharlann BaiduO2压缩至密相状态
（密度高于普通液相，粘度接
liquid
31.06℃，7.39MPa
近气态）输送，以避免二相流 和提升CO2的密度，因而便于 运输和降低成本。
中石化石油工程设计有限公司
（二）二氧化碳管道输送技术
分析了杂质气体对管道输送的影响，确定了杂质组分上限要求。
CO2流中不同组分的主要问题
组分 CO2 H2 O N2 O2 H2 S H2 SO2 CO CH4 + 胺类 乙二醇 ● (● ) (● ) 健康和 安全 ● 管道 容积 ● ● ● (● ) ● 对水溶 解度 ● ● ● ● ● ● ● ● ● (● ) ● 水合物 形成 ● ● 材料 ● ● 疲劳 ● ● 断裂 ● ● 腐蚀 ● ● ● ● 运营 ● ● 备注 不可燃，无色，低浓度无味，低毒性，比空气密度大 无毒 无毒 无毒 易燃，气味浓烈，低浓度时剧毒 可燃，管道运行条件下不可压缩 不可燃，气味浓烈 不可燃，有毒 无味，可燃 潜在的职业危险 潜在的职业危险
CO2减排—绿色低碳
燃煤电厂烟气等CO2捕集
环境效益 生态效益
CO2驱油—提高采收率 经济效益
驱油与封存
二、中石化CCUS技术进展
通过技术攻关和现场应用 ，已形成燃煤电厂烟气二氧化碳捕集、驱油
与封存（CCUS）系列技术。
电厂CO2捕集 输送 注入
伴生气CO2 回收
采油
油藏（驱油、封存）
地面集输
（一）燃煤电厂烟气CO2 捕集技术
中石化石油工程设计有限公司
一、全球CCS概况
CCS工程现状
CO2大规模封存主要有咸水层封存、驱油（EOR）驱气（ECBM）封存（CCUS）、
废弃油气藏封存三种方式，目前运行的项目主要为前两种封存方式，还没有废弃油气 藏封存项目。
全球正在运行的大型CCS项目
一、全球CCS概况
加拿大Weyburn-Midale CCS-EOR项目
敏感性分析
输送距离 输量 线路周边环境 总传热系数
一般液体输送
2）适用于小输量、短距离的油田内部集输管道，介质来源属于液相的工
况。 1）运行压力高，投资较低，管道不需要保温，对不同输量适应性强；
超临界输送
2）适用于大输量、长距离的长输管道，介质压力较高； 3）国外已建管道基本采用超临界输送，且管道沿线人口密集度较低。
吸收性能实验装置 吸收反应热测试仪
相同状态下ASPEN 模拟
结果为3.86GJ/tCO2， 相差4.5%。
CO2捕集连续测试与工艺开发 实验装置 腐蚀测定装置 气相色谱
（一）燃煤电厂烟气CO2 捕集技术
研发了新型高效、低能耗燃煤电厂烟气CO2吸收溶剂，工业测试结果表明
再生能耗为1.4t蒸汽/tCO2，较MEA降低30%，同时腐蚀速率和降解速率大 幅下降。
吸收塔填料高度对二氧化碳捕集率的影响
再生塔填料高度对再沸器负荷的影响
（一）燃煤电厂烟气CO2 捕集技术
编制了《CO2捕集纯化工程设计规范》（国标）
中石化作为承担单位联合华能等单位共同编制了烟气二氧化碳捕集纯化工程
国家标准，目前已完成征求意见稿。
（二）二氧化碳管道输送技术
形成了CO2管道输送工艺设计技术
输送方式 优点
1）运行压力较低，操作安全性高； 2）管道不需要保温，对不同输量适应性强，管径大，投资高； 3）适用于小输量、短距离长输管道，介质来源属于气相的工况、且与超
管输模式优选 管径 入口温度 入口压力
气相输送
临界相比更适合于人口密集区域。
1）运行压力较低，管道需要保冷，投资费用高
15m
吸收塔填料高度提高，捕集率提高 ，超过15m，变化逐渐减小;
5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 27.5 30 32.5 35 37.5 40
再沸器负荷随再生塔填料高度的增加而 下降，但10m填料以上，再沸器负荷几 乎没有变化。
二氧化碳捕集率
吸收塔填料高度 (m)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
15
10
8
10
6
5
4
距离/km
输量（万吨/年）
输量（万吨/年）
中石化石油工程设计有限公司
（二）二氧化碳管道输送技术
形成了CO2管道输送工艺设计技术
通过工艺可行性、安全性和经济性等指标综合评估，对不同管道输送方 式进行适应性分析。
驱动蒸汽 发生器 吸收式 热泵 系统
WS
换热器 蒸发器 冷凝器 吸收器 再生 MVR系统 塔 CO2至后续流 程
贫液冷却器 吸收塔 WR
烟气 贫液泵 压缩 引风机 贫富液换热器 闪蒸罐 溶液煮沸器 凝结水 机 蒸汽
富液泵
（一）燃煤电厂烟气CO2 捕集技术
形成了“碱洗+微旋流”烟气预处理技术，对进入捕集系统前的烟气进行
天然气CO2
高浓度CO2：煤气 化低温甲醇洗
一、全球CCS概况
CO2捕集气源及技术现状
全球领先的燃烧后捕集技术 • Shell Cansolv 壳牌康索夫技术 • Alstom chilled ammonia 阿尔斯通冷冻氨技术 • PowerSpan ECO2 美国Powerspan ECO2技术
吸收塔
WR
贫液泵
烟气预处理系统
引风机
蒸汽 压缩机 溶液煮沸器 贫富液换热器
烟气预处 理系统
富液泵
闪蒸罐
凝结水
（一）燃煤电厂烟气CO2 捕集技术
对CO2捕集放大规律进行了模拟研究及试验验证，开发了百万吨级CO2捕 集工艺包。
吸收塔
85% 80% 75%
泛点百分率
再生塔
85% 80%
70% 65% 60% 55% 50% 10 10.5 11 11.5
建立了CO2管道流动的水力热力模型，可准确进行大输量、长距离CO2管道的工
艺分析，确定管输工艺参数。
80
60 50
60
-5％
计 算值 /kpa
计 算值 /℃
40 30 20 10
-5％ +5％
+5％ 40
20
0
0
0
20
40
60
80
0
10
20
30
40
50
60
CO2输送环道实验装置
16
实 验 值 /kpa
• Seimens Amonio acid salts 西门子氨基酸盐技术
• Sinopec MSA 中石化MSA技术
一、全球CCS概况
CO2管道输送技术现状
国际上在CO2管道输送方面已有多年、大量的工程实践，大部分位于美国，正 在运营的干线管网长度超过6000km。
管道 Cortez Sheep Mountain Bravo Canyon Reef Carriers Val Verde Bati Raman Weyburn 管道地点 美国 美国 美国 美国 运行者 Kinder Morgan BP 美国石油公司 BP 美国石油公司 Kinder Morgan CO2输量 长度 (Mt/y) (km) 19.3 808 9.5 7.3 5.2 2.5 1.1 5 － 3.3 0.7 1.9 4.8 11.5 660 350 225 130 90 328 295 193 153 204 191 完成 时间 1984 － 1984 1972 1998 1983 2000 － 2008 CO2 来源 McElmo Dome Sheep Mountain Bravo Dome 气化厂 Val Verde 气体厂 Dodan 油田 气化厂 －
提
纲
一、全球CCS概况
二、中石化CCUS技术进展 三、中石化CCUS工程实践
二、中石化CCUS技术进展
中国石化在碳减排方面一直用实际行动履行国有大企业的国家责任、社会责任和
环保责任，结合自身特点率先开展了以燃煤电厂烟气、天然气、炼厂气等作为CO2捕 集气源、CO2驱油为主要资源化利用及封存方式的CCUS技术研发及应用示范。
公司简介
中石化节能环保工程科技公司2015年8月6号挂牌成立，整合了江汉设计 和胜利设计研发团队，总部设在武汉。结合国家及中石化上游产业节能环保工 作的实际需求，在节能、废气（CCS）、废液和固废的处理等方面开展技术服 务及工程承包，是中石化上游唯一的节能环保工程公司。
江汉设计公司
1+1>2
胜利设计研发
对于燃烧后CO2捕集分离而言，化学吸收法技术最为成熟，国内外已建 装置多采用醇胺类吸收溶液。 现有技术存在问题：捕集能耗及成本较高。
关键点：1、高效吸收溶液
2、系统工艺优化
3、烟气预处理
（一）燃煤电厂烟气CO2 捕集技术
建有完善的CO2捕集实验室，自主开发了捕集连续测试装置及反应热测试
仪等。
反应温升测试精度达到 0.02℃，纯水比热容测试误 差＜0.5%，MEA吸收反应 热测试误差小于＜1%。 测得MEA最小再生能耗 能耗值4.036GJ/tCO2 ;
液泛分率
63.5%
75% 70% 65% 60% 55% 50%
66.8%
11.8 12
12.5
13
6.5
7
7.5
7.8
8
8.5
9
吸收塔径 (m)
再生塔径 (m)
不同吸收塔塔径下的液泛点百分率
不同再生塔塔径下的液泛点百分率
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 2.5
一、全球CCS概况
CO2捕集气源及技术现状
二氧化碳捕集技术 固体吸附法
溶剂吸收法 离子液体法
膜分离法
低温精馏法
变压 吸附
变温 吸附
化学 吸收
物理 吸收
物理 化学 吸收
物理 吸收
化学 吸收
燃烧后烟气：传统电厂、 化肥厂、钢铁厂等 能耗及成本较高
*IGCC：整体煤气化联合循环发电系统
燃烧前： IGCC*电厂
美国 Petrosource 土耳其 土耳其石油 美国和加拿大 美国北达科他州气化公司 美国 美国 挪威 美国 美国 美国 Denbury Resources Transpetco StatoilHydro Trinity Exxon Mobil Kinder Morgan
NEJD
Transpetco Bravo Snø hvit West Texas Este Central Basin
一、全球CCS概况
CCS技术背景
提高能源利用率
开发清洁 可再生能源
温室气体减排主要有三种途径：一是提高能源利用率，二是开发风能等清洁能源， 三是进行CO2捕集及封存即CCS。CCS具有降低整体减排成本,增加实现温室气体 减排灵活性的潜力*，成为当前实现碳减排主要途径之一。
*引自联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）特别报告 《二氧化碳捕获和封存》，2005年
实 验 值 /℃
压降误差分布图
2.8 2.7
温降误差分布图
气相 液相 超临界
25
14
2.6
12
元/（吨·公里）
气相 液相 超临界
50 100 150 200 250
20
2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 50 100 150 200 250
总投资/亿元
总投资/亿元
气相 液相 超临界
CO2气源：美国北达科他州Beulah煤气化厂 CO2输送管道:320km,8000t/d CO2用途: CO2驱油
项目
开始注入年份
Weyburn
2000
Midale
2005
注入方式
注入压力
气水交替
10-11MPa
注入新CO2 回收CO2 总注入CO2
年注水量 增油量/总油产量
6500t/d 6500t/d 13000t/d
240万吨
18000/28000b/d
1250t/d 400t/d 1650t/d
46万吨
2600/5700b/d
一、全球CCS概况
加拿大边界大坝CCS项目
规模：100万吨/年 CO2来源：已建燃煤发电厂 CO2用途：主要用于驱油，少部分用 于地质封存 阶段：已于2014年10月投产
室内小试：复配优选高效 捕集溶剂
室内模试：评价溶剂吸收 及解吸性能
工业中试：评价溶剂在工 业条件下的吸收解吸性能， 并优化配套工艺参数
小试装置
模试装置
工业中试装置
（一）燃煤电厂烟气CO2 捕集技术
开发了双热泵耦合CO2捕集工艺，实现了捕集系统热能回收利用，降低再
生能耗30%,即再生能耗为1.0 t蒸汽/t CO2。