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CCUS基础知识——第3期CCUS、气候变化和环境高级培训授课内容PPT电子课件

2019-6-14 08:45 来源: 城市温室气体



CCUS碳捕集利用封存CCUS培训班的第一堂课,西北大学的马劲风老师介绍碳捕集、利用与封存的相关基础知识。

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全球变暖问题很早有一些学者发现了,这是今年去世的一个很有名的哥伦比亚大学的教授,他在1975年的时候就认识到全球气候变化,但是那个时候有很多人反对他。

James也是一个哥伦比亚大学教授,他是应对气候变化的积极推动者。

为了应对气候变化,联合国成立了这样一个《联合国气候变化公约》,很多国家签署了,中国也是成员。成员的目标是什么?就是要把大气当中温室气体浓度维持在一个稳定的水平,所以所有签约国都有责任去做。

政府间气候变化专门委员会(IPCC)专门评估气候变化的影响,IPCC做的报告是此领域权威报告。IPCC提供全球气候变暖控制1.5度的报告,告诉我们要做哪些工作,哪些途径降低碳排放。报告里提供了四种途径,三种全部是和CCS相关。这也表明CCS是不可或缺的,必须要做CCS才能达到温控目标。


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前文讲到减少碳排放总量仅仅靠可再生能源是不够的,此时CCS的贡献便体现出来了。CCS可以对很多大工业实现减排。可再生能源现在存在一个困境,提供的风能和太阳能等是间歇式,需要煤电补充。

美国能源部长发布的论文讲解了CCS的相关内容,这个影响比较大。这是CCS的示意?#36857;?#39640;排放源如电厂、炼油厂等捕集的二氧化碳注入到地下。以前认为注入煤层可以,但是煤层效果不好,国际上基本不做,原因是煤层孔隙太小,致密,注入一?#38382;?#38388;注入不了,目前主要是注入油气层、盐水层。

如图所示为二氧化碳浓度,排放源的浓度高捕集成本比?#31995;停?#22914;煤化工,制氢过程的浓度比较高,捕集成本低。


CO2的分离提纯?#38469;?#20027;要是物理和化学两种,煤化工很多都是物理办法,?#35838;?#24230;控制可以?#35759;?#27687;化碳分离出来,此外还有很多靠化学办法。

CO2捕集?#38469;?#20998;三种,一种是燃烧后捕集,发电厂燃烧以后,直接从尾气进行捕集。第二种是没有燃烧之前,先?#35759;?#27687;化碳进行分离,像一些化工方式,像制氢等等,属于燃烧前的捕集。第三种是富氧燃烧捕集,先要制氧,空气里氧气浓度不是很高,纯氧烧进去,这样排放出来二氧化碳浓度比较高,这个成本还是比较高。现在还有一种直接空气捕集,但成本比较高,因为空气的二氧化碳浓度非常低,只有0.04%。


世界上第一个100万吨燃煤电厂CO2捕集装置。

这是目前世界?#29486;?#22823;的140万吨/年燃煤电厂CO2捕集装置(美国的Petra Nova)。140万吨燃烧后捕集。

华能集团做的上海石?#32431;?0万吨级CO2捕集装置,我们规模比国外小很多,国外早就是百万吨级,是燃烧前捕集,可以把煤气化等等气化以后先分离,分离出一些氢和二氧化碳,直接在前端过程分离。


这是壳牌石油工业重油炼制过程当中制氢,制氢过程?#35759;?#27687;化碳分离。

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CCS里还有一个重要环节就是运输,?#27604;?#23601;近封存是最好的,但因为捕集源或排放源和封存的场地有一定的距离,有一些地方需要运输,一种是罐车运输,一种是管道运输。运输涉及到两个问题,一个就是成本,一个就是安全性。


CO2罐车运输与安全。罐车运输包括管道会考虑到安全性,管道运输到国外没有发生安全泄露问题,车运其实有很多这样的安全事故。
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二氧化碳地质封存相当于油气开发逆过程。地质封存概念从油气开发逆过程开始提出来,先是美国进行驱油以后,发现很多二氧化碳留在地底下,后来把这个概念推广到利用这种方式进行减排,一开始提出的时候,不是做减排,所以用的是天然二氧化碳。

关于封存的场所,一个是废弃的油气层,或者开发后期的油气层,开发已经没有价值了,废弃了。荷兰利用废弃的气田、油田,直?#24433;讯?#27687;化碳注进去。

大家考?#21069;?#20840;性的时候,往往考虑到这个地方封的安全不安全。可以看一下石油、天然气在地下安全不安全,石油、天然气都是几百万年封存,非常安全,地震也震不出?#30784;?br style="box-sizing: border-box;">
油田讲的是生、储、盖、圈、运、保,生就是生油,相当于植物埋在泥里压到地底下慢慢变成石油,储就是有保存的地方,盖就是有一个盖层封闭住,圈就是圈闭,圈闭才会有保存价值,后面就会有运、保,运输保存到集中地方。

黑颜色是油气到这个地方,盖层盖住。大家看岩?#30446;?#20197;看到,在?#25226;?#23380;隙里保存,这些都是一些保存?#21344;洌?#23558;来二氧化碳可以注入到这里面,油气封存?#21344;?#26159;这样,保存的非常安全。很多人担心断层会不会泄露。如果断层泄露,就会顺着断层发现油气走的痕迹,油气能保存得比较好,二氧化碳一样会保存得比较好。

还有一种就是很多岩性的圈闭,致密性的地方,油不过来,保存在高孔隙里,这样一种圈闭叫做岩性圈闭。哪怕没有大的构造,也会集中在相对孔隙高的地方。低孔隙的地方相当于封闭住了。可以看到各种孔隙,实际上二氧化碳和油存在这些孔隙里。在里头有吸附力保存在里面,所以不会泄露,非常安全。


这是各?#25351;?#26679;的孔隙结构,刚才看的是?#25226;遙?#27827;道里看到沉积以后,压到底下,呈现诸多颗粒状,颗粒之间有孔隙。像我们现在造的水泥,大家搞建筑的水泥沙子,水泥像交结物,颗粒之间有孔隙。孔隙就是保存油和二氧化碳。

这个地区在在鄂尔多斯盆地里,从浅到深有很多套地层,每套地层都可以做。一口井利用率非常高,可以在很多层里可以做二氧化碳封存。
我们要做二氧化碳封存或者油田开发,进行钻井、勘探、取心做实验,小规模的在室内做实验,模拟封存效果。

油气田开发,大家?#19994;?#27833;气田以后,打一口井,第一阶段叫做初次开发或者一次开发,靠自然力把油喷出来,抽采上?#30784;?#25277;采以后,能量不足以后,再进行注水开发,就是二次开发。注水开发以后,效果再提高不了,再采用其他的办法强化驱油,二氧化碳驱油是最?#34892;?#30340;手段,三?#23614;?#27833;,注入二氧化碳,把油驱上?#30784;?#20854;他办法,比如化学驱?#31361;?#36896;成很多周边环境和水的污染。

二氧化碳驱油分混项和非混项,混项驱油是二氧化碳溶解在油里面,这是它的优势。注在原油里,二氧化碳膨胀系数要比水大,所?#32422;?#20986;来更多的油,溶解在原油里,降低了油的粘度,流动性增强,把油更多地带出来,减少原油和水之间的表面张力。
还有一个很好的地方,注入性比水强,鄂尔多斯盆地注水注不动,致密性比较强。二氧化碳注入性是水的10倍,可以更好地注入进去,有很多优势。一般非混项的时候,容易造成静止。  
CO2气藏证明了CO2地址封存的安全性。

但与此同时,CO2地址封存的安全性仍然需要检测?#38469;?#26469;证实。


研究人员做了监测以后,知道二氧化碳的分布区,红颜色代表它的分布区,所以知道二氧化碳分布在什么地方,选取在此处注入。

如图为胜利油田高89区块CO2-EOR四维地震监测

图示为加拿大二氧化碳驱油封存项目,现在是世界?#29486;?#25104;功的项目,开始是科学设施,后来转成商业化项目,采?#31456;?#39640;达13%-19%。现在注的是两千万吨,注完以后可以全部回收,现在是2700万吨的二氧化碳。
如图是二氧化碳?#29992;?#22269;North Dakota修建了340公里的管道运输过来,运输成本非常低,300公里运费一吨才10美元。二氧化碳捕集费用同样为10美元一吨。 


位于加拿大Sask power燃煤电厂百万吨CO2捕集装置。

这是Quest项目,就是壳牌石油公司的项目,一年一百万吨,现在封了四百万吨,5月23日刚刚达到了四百万吨规模。

美国Petra Nova碳捕集项目。

Lllinois 碳捕集与封存项目。
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大家认为成本比较高,是不是可以用其他替代?减排过程不是赚钱过程,如果减排过程赚钱化石能源会无节制使用,一定要控制,要付出代价。关于地下二氧化碳是否爆炸或者诱发地震,页岩气很多都会诱发地震,可能也会诱发地震,但是比较小,很多监测措施,会控制压力,就是控制尽量不要诱发压力注入过高,造成一些问题。

最后总结。综上讲解,CCS是一个IPCC认为全球温控不可或缺的一个?#38469;酰?#26410;来会越发体现出CCS的价值。 整理人:吕晨排   版:叶舒
标签: CCUS

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