CCS—EOR項目碳凈減排量方法學模型?

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?

彭松水1陸詩建2

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。

1 項目工藝與碳凈減排量計算模型

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 項目各環節能耗計算模型

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

3 50萬噸/年CCS—EOR項目分析

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 凈減排量計算與分析討論

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%。

5 結語

（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，陳健．溫室氣體CO2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）。