二氧化碳封存和強化采油

二氧化碳封存和強化采油［摘要］人為產(chǎn)生的CO2排入大氣造成溫室效應，引發(fā)全球變暖。CO2地質(zhì)封存是一種極具發(fā)展?jié)摿p少CO2排入大氣中的方法。本文介紹了CO2封存技術(shù)的各個組成部分以及CO2封存和強化采油聯(lián)合的應用情況，分析了影響CO2封存和強化采油實施的三個因素。［關(guān)鍵詞］二氧化碳捕獲封存強化采油1、前言進入20世紀后，煤、石油和天然氣等化石燃料大規(guī)模開發(fā)利用極大地提高了人類的生活水平。人們在享用這些化石燃料及其衍生產(chǎn)品帶來生活便利的同時,其過度使用和依賴也帶來了潛在的能源危機，同時也造成了CO2的大量排放。在18世紀工業(yè)革命之前，大氣中的CO2含量為280ppm，而目前的含量高達430ppm。有科學家認為:大氣中的CO2濃度必須維持在450ppm以下方能避免全球氣候變暖繼續(xù)惡化［1］。全球能源供應中盡管水能、太陽能等可再生能源的利用不斷加大，但比例很小。據(jù)歐盟有關(guān)部門的測算,可再生能源到2010至2015年占能源總量的8%—9%，能源需求量的80%仍將由化石燃料提供，其余由核能提供［2］。所以,在當前乃至未來一段時間內(nèi)能源仍以化石燃料為主的情況下，降低大氣中CO2的含量就成了全球關(guān)注和研究的熱點問題。2、CO2捕獲和封存CO2捕獲和封存是指CO2從工業(yè)或相關(guān)能源的源頭分離出來,輸送到一個封存地點，并且長期與大氣隔絕的一個過程［3］。一般包括以下幾個階段:分離捕獲階段、壓縮階段、運輸階段和封存階段。2.1.CO2產(chǎn)生源及排放量由人類活動引起的CO2有不同的產(chǎn)生源,主要的產(chǎn)生源有火力發(fā)電廠和某些工業(yè)部門。表1列舉了世界范圍內(nèi)主要大型定點排放源所屬的行業(yè)部門及其CO2年排放量。2007年《中國的能源狀況與政策》白皮書指出，從1950年到2002年,化石燃料二氧化碳排放只占同期世界排放量的9.3%。值得注意的是，同發(fā)達國家相比,雖然人均CO2排放量較低,但排放總量在2008年已與美國大體相當。隨著我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，超越美國只是個時間問題。作為一個負責任的大國在減緩全球氣候變暖和減少CO2排放量方面，必會承擔相應責任和義務。這是我國經(jīng)濟發(fā)展過程中必須面臨的一個嚴峻挑戰(zhàn)。2.2.CO2捕獲分離CO2捕獲分離是指通過分離技術(shù)把從工業(yè)生產(chǎn)或相關(guān)能源消耗產(chǎn)生的CO2源分離出來,制成能夠運輸?shù)椒獯娴攸c的CO2高壓濃縮液。目前主要有四種CO2捕獲分離技術(shù):富氧燃燒、燃燒前分離、燃燒后分離和工業(yè)分離。常用的分離方法有:物理化學吸收、吸附法、膜分離法、低溫分離等［4］。出于技術(shù)經(jīng)濟簡單可行的考慮,CO2捕獲更適用于大型CO2排放定點源，如上文所提及到的發(fā)電廠、水泥廠和煉油廠等工業(yè)部門。2.3.CO2壓縮與運輸捕獲分離后的CO2需要脫水壓縮成超臨界狀態(tài)流體便于運送到封存地點。管道運輸是一種最成熟并常用的方法。在美國，每年有超過2500km的管道將40兆頓的CO2運輸?shù)轿挥诘驴怂_斯州的許多地方。但在某些情況下,可能用船舶或公路鐵路罐車運輸CO2在經(jīng)濟和技術(shù)可行上或許更具有吸引力。2.4CO2封存CO2封存分為直接封存和間接封存。直接封存是CO2排放到大氣之前就被捕獲并將其封存在地質(zhì)層或海洋環(huán)境中長達數(shù)百年至數(shù)千年。間接封存是CO2氣體在排入到大氣之后，通過植物吸收和固定在土壤或海洋中［5］。CO2封存實施可選方案及其進展對比情況見表2。地質(zhì)封存理論上可埋存的CO2數(shù)量巨大,據(jù)國際能源署（IEA）和政府間氣候變化專門委員會（IPCC）估計全球可地質(zhì)埋存的CO2見表3［6］。強化采油是指除利用油藏天然能量和注入流體驅(qū)逐石油之外的任何能夠提高采收率的方法。CO2驅(qū)油提高石油采收率是石油工業(yè)早已應用并成熟的技術(shù),包括混相驅(qū)（在CO2的混相壓力下,CO2與原油混相而使油藏壓力增高、原油粘度下降，便于采出）和非混相驅(qū)（CO2注入使油藏壓力增加，利于驅(qū)動原油）兩大類型。30多年的工業(yè)化實踐證明CO2驅(qū)油有著良好的發(fā)展前景，一方面可以提高采收率10%-15%,延長油田開發(fā)使用壽命;另一方面可以實現(xiàn)CO2的地下封存。據(jù)估計，全球?qū)嵤〤CS-EOR項目最終能夠凈封存120吉噸的二氧化碳。世界上首例實施CCS-EOR項目的加拿大韋伯恩油田于2000年開始利用來自美國北達科他州一所煤氣化廠的CO2。運行至今,累計增產(chǎn)原油20兆頓,凈封存CO2量為26兆頓（相當于800萬輛汽車一年的CO2排放總量），取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。我國從上世紀60年代就開始了CO2驅(qū)油的應用研究，但由于受CO2源的制約,發(fā)展應用比較緩慢。目前僅在大慶、勝利、遼河和江蘇的一些油田開始實施礦場先導型試驗。可以預料，今后隨著CO2捕獲成本的降低，利用人為產(chǎn)生的CO2氣源，大規(guī)模實施CCS-EOR項目，既可以實現(xiàn)減少更多的CO2排入大氣層中，又可以實現(xiàn)油田增產(chǎn)的雙贏現(xiàn)象，有望成為現(xiàn)實。4、影響CCS-EOR實施的主要因素目前影響大規(guī)模實施CCS-EOR項目的首要因素是成本過高,尤其是CO2捕獲分離(包括壓縮)成本。據(jù)IPCC報告,CO2捕獲分離成本與CO2源相關(guān)。如從燃煤或燃氣電廠捕獲CO2，成本為15-75美元/噸CO2;從制氫和制氨或天然氣工廠捕獲,成本為5-55美元/噸;從其它工業(yè)源捕獲成本為25-115美元/噸。用捕獲的CO2作為強化采油的氣源，雖然技術(shù)上可行，但只有在較高的石油價位下,油田才有可能利用多采出的石油額外收入來補償CO2氣源的購買成本。所以，很大程度上限制了CCS-EOR的實施。其次是國家相關(guān)政策立法因素的影響。當前世界范圍內(nèi)油田實施CO2強化采油的驅(qū)動力主要來自獲取額外開采的石油收入，盡管事實上在油田開發(fā)結(jié)束時地下會存儲一定量的CO2，然而初衷并沒有考慮利用油藏地下封存CO2°《京都議定書》規(guī)定了發(fā)達國家2008-2010年減少溫室氣體的指標。各國為實現(xiàn)這一目標對CCS技術(shù)應用也是高度關(guān)注,但由于CCS技術(shù)是個系統(tǒng)復雜的過程，涉及到眾多行業(yè)部門。如果純粹強調(diào)企業(yè)應承擔的責任和義務而缺乏足夠有效的刺激和鼓勵政策實施CCS，結(jié)果只會是一個良好的愿景。市場經(jīng)濟條件下，只有及時完善調(diào)整相關(guān)立法,政策引導才可能促進CCS-EOR有更大的發(fā)展。最后是公眾對CCS技術(shù)認知程度的影響。盡管對大量排放CO2會造成溫室效應導致全球氣候變暖這一事實的認識毋庸置疑，公眾對CCS技術(shù)的了解不多,一定程度上仍有對大規(guī)模實施CO2封存技術(shù)所涉及到的運輸和地下封存可能造成泄漏的擔憂。自然界存在的天然CO2氣藏有數(shù)千年的歷史，表明只要選擇適宜的地質(zhì)封存，地下封存的CO2是不會產(chǎn)生泄漏的。目前世界上正實施的幾個CCS項目也證實了這一點。公眾對于CCS技術(shù)是減緩溫室效應一種有用技術(shù)的認知程度不夠，主要歸因于CCS技術(shù)發(fā)展歷史較短。但隨著對CCS技術(shù)認識的深入,公眾參與與支持CCS技術(shù)無疑會推動CCS-EOR的應用。5、結(jié)論減少大氣中CO2含量,地質(zhì)封存是極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)方法和減緩溫室效應,抑制全球變暖的有效并且技術(shù)可行的工具。CCS-EOR聯(lián)合,一方面可以開采更多的石油，提高油田采收率,延長油田開發(fā)壽命;另一方面，在允許化石燃料繼續(xù)服務人類社會的同時,又可以封存一定數(shù)量人為源產(chǎn)生的CO2，阻止其排入大氣?？梢灶A料，隨著CCS技術(shù)的成熟和相關(guān)成本的降低，國家相關(guān)立法的調(diào)整完善和公眾對CCS技術(shù)認知度的提高,CCS-EOR的應用一定有著良好的發(fā)展前景。參考文獻：[1]俞旗文.二氧化碳捕獲封存[J].水利土木科技資訊,2008(41):29曾榮樹,孫樞等.減少二氧化碳向大氣層的排放一二氧化碳地下儲存研究[J].中國科學基金,2004(4):196-200IPCCSpecialReportonCarbonDioxideCaptureandStorage.2005.PreparedbyWorkingGroupIIIoftheIntergovernmentalPanelonClimateChange(BMetz,ODavidson,HdeConick,MLoos,andLMeyer.)CambridgeUniversityPress.Cambridge黃斌,劉練波等.二氧化碳的捕獲與封存技術(shù)進展[J].中國電力，2007,40(3):14-17A.T.F.S.GasparRavagnani,E.L.Liger