二氧化碳的捕獲和封存課件

二氧化碳的捕獲運(yùn)輸和封存CO2Capture,TransportandStorage(CCTS)二氧化碳的捕獲運(yùn)輸和封存CO2Capture,Tra前言世界氣象組織（WMO）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于1988年共同創(chuàng)立了政府間氣候變化專門委員（IPCC）IPCC職責(zé)：（1）評(píng)估有關(guān)氣候變化和影響以及有關(guān)減緩和適應(yīng)氣候變化方案的現(xiàn)有科學(xué)信息和社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息；（2）根據(jù)要求向聯(lián)合國氣候變化框架公約（UNFCCC）締約方大會(huì)（COP）提供科學(xué)/技術(shù)/社會(huì)經(jīng)濟(jì)咨詢。作為參照的標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)并得到了政策制定者、科學(xué)家和其他專家的廣泛采用。《關(guān)于二氧化碳捕獲和封存的特別報(bào)告》前言世界氣象組織（WMO）研究內(nèi)容CO2的來源CO2的捕獲CO2的運(yùn)輸?shù)刭|(zhì)封存技術(shù)海洋封存技術(shù)成本和經(jīng)濟(jì)潛力

有待解決的問題研究內(nèi)容CO2的來源定義和意義

二氧化碳（CO2）捕獲和封存（CCS）是指CO2從工業(yè)或相關(guān)能源的源分離出來，輸送到一個(gè)封存地點(diǎn)，并且長期與大氣隔絕的一個(gè)過程。為穩(wěn)定大氣溫室氣體濃度、減緩氣候變化做出貢獻(xiàn)。定義和意義二氧化碳（CO2）捕獲和封存（CCS）是指C

CO2的運(yùn)輸及封存方案示圖CO2的運(yùn)輸及封存方案示圖CO2的來源CO2大固定源包括大型化石燃料或生物能源設(shè)施、主要CO2排放型工業(yè)、天然氣生產(chǎn)、合成燃料工廠以及基于化石燃料的制氫工廠。CO2的大固定源：世界范圍內(nèi)每年CO2排放量在10萬噸以上的源。CO2的來源CO2大固定源包括大型化石燃料或生物能源設(shè)施、主CO2大固定源的全球分布情況CO2大固定源的全球分布情況

CO2捕獲CO2捕獲的目的是產(chǎn)生能運(yùn)輸?shù)椒獯娴攸c(diǎn)的純的CO2高壓濃縮液。在大型工廠中，包括天然氣加工廠和制氨設(shè)備，在運(yùn)行中已有分離CO2的應(yīng)用。典型的做法是將CO2清除，以獲得其他工業(yè)用途的凈化氣流。清除僅在個(gè)別情況下用于封存；在多數(shù)情況下，CO2都被排放到大氣中。捕獲過程也從煤和天然氣燃燒后產(chǎn)生的煙道氣體中獲得商業(yè)上有用的CO2。然而，迄今為止，CO2捕獲尚未在大型電廠中（例如500MW）采用。CO2捕獲CO2捕獲的目的是產(chǎn)生能運(yùn)輸?shù)椒獯娴攸c(diǎn)的純的C

CO2捕獲流程和系統(tǒng)概況CO2捕獲流程和系統(tǒng)概況三種捕獲CO2的方法燃燒后捕獲法：從一次燃料在空氣中燃燒所產(chǎn)生的煙道氣體中分離CO2。通常使用液態(tài)有機(jī)溶劑從主要成分為氮的煙氣中捕獲少量的CO2成分（一般占體積的3-15%）。燃燒前捕獲法：在一個(gè)有蒸汽和空氣或氧的反應(yīng)器中處理一次燃料，產(chǎn)生主要成分為一氧化碳和氫的混合氣體（“合成”氣體）。在第二個(gè)反應(yīng)器內(nèi)（“變換反應(yīng)器”）通過一氧化碳與蒸汽的反應(yīng)生成其余的氫和CO2。最后從產(chǎn)生的由氫和CO2組成的混合氣體分離出一個(gè)氫流和一個(gè)CO2氣流（在烘干條件下一般占體積的15—60%）。氧化燃料捕獲法：用氧代替空氣作為一次燃燒進(jìn)行燃料，產(chǎn)生以水汽和CO2為主的煙道氣體。這種方法產(chǎn)生的煙道氣體具有很高的CO2濃度（占體積的80%以上）。三種捕獲CO2的方法燃燒后捕獲法：從一次燃料在空氣中燃燒所產(chǎn)CO2捕獲的工業(yè)應(yīng)用大規(guī)模制氫（主要用于氨和化肥的生產(chǎn)，以及石油提煉）采用了與燃燒前捕獲中所使用的完全相同的技術(shù)。利用類似于燃燒后捕獲技術(shù)，從未加工天然氣中分離CO2的大規(guī)模實(shí)踐。雖然商業(yè)系統(tǒng)也可用于大規(guī)模分離氧，但氧化燃料燃燒后捕獲CO2的技術(shù)目前處于示范階段。正在開展研究，以使系統(tǒng)的集成達(dá)到更高的水平，提高所有類型捕獲系統(tǒng)的效率并降低成本。CO2捕獲的工業(yè)應(yīng)用大規(guī)模制氫（主要用于氨和化肥的生產(chǎn)，以及強(qiáng)化甲烷回收當(dāng)CO2被偏好吸收的煤或有機(jī)物豐富的頁巖吸附，開始置換甲烷類氣體，在這種情況下，只要壓力和溫度保持穩(wěn)定，那么CO2將長期保持俘獲狀態(tài)。通過煤對(duì)CO2的優(yōu)先吸附作用，強(qiáng)化未開采煤床中的甲烷回收。強(qiáng)化甲烷回收通過注如CO2等惰性氣體增進(jìn)綢油采收率

(InertGasInjection,EOR)no

Dp,

noH2OconingnoDp,nogasconingDV/Dt]oil+water=DV/Dt]gas(voidagefilled)CO2,N2,CH4,othergases3-phaseregion2-phaseregionhorizontalwellsverticalwellsDp

~0通過注如CO2等惰性氣體增進(jìn)綢油采收率

(InertGa向油藏注入CO2形成逆向流,促使殘余油產(chǎn)出mineralgrainmineralgrainmineralgrainmineralgrainsteam+gasesH2OCH4CO2oiloilCountercurrentflowintheporesandthroatsleadtoastable3-phasesystem.Theoilflowisaidedbya“thin-film”surfacetensioneffectwhichhelpstodrawdowntheoilveryefficiently.Tomaintainagravity-dominatedflowsystem,itisessentialtocreatethefullyinterconnectedphases,andtonottryandoverdriveusinghighpressures.waterwater向油藏注入CO2形成逆向流,促使殘余油產(chǎn)出mineralg馬來西亞某個(gè)工廠中的CO2燃燒后捕獲，該廠采用化學(xué)吸附工藝，每年從燃?xì)怆姀S的煙道氣流中分離出0.2兆噸的CO2，用于尿素生產(chǎn)（三菱重工技術(shù)提供）馬來西亞某個(gè)工廠中的CO2燃燒后捕獲，該廠采用化學(xué)吸附工藝，美國北達(dá)科他州煤氣化工廠中的CO2燃燒前捕獲。該廠采用物理溶劑工藝，每年從氣流中分離出3.3兆噸的CO2，用于生產(chǎn)合成天然氣。捕獲的一部分CO2用于加拿大的EOR項(xiàng)目。美國北達(dá)科他州煤氣化工廠中的CO2燃燒前捕獲。該廠采用物理溶CO2的運(yùn)輸將捕獲的CO2從捕獲地點(diǎn)健康、安全、環(huán)境和低成本地運(yùn)輸?shù)椒獯娴攸c(diǎn)。目前管道是一種成熟的市場技術(shù)并是運(yùn)輸CO2最常用的方法。典型的做法是將氣態(tài)CO2施加8兆帕以上的壓力進(jìn)行壓縮，旨在避免二相流和提升CO2的密度，因而便于運(yùn)輸和降低成本。也可將液態(tài)CO2裝在船舶、公路或鐵路罐車中運(yùn)輸，CO2被裝在絕緣罐中，溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境氣溫且壓力也大大降低。CO2的運(yùn)輸將捕獲的CO2從捕獲地點(diǎn)健康、安全、環(huán)境和低成本對(duì)于沿岸管道和沿海管道的運(yùn)輸成本按每250公里每Figuur4.5噸CO2以美元為單位計(jì)算。右圖顯示了高估算值（點(diǎn)線）和低估算值（實(shí)線）。左圖顯示了沿岸管道、沿海管道和船舶的運(yùn)輸成本，按距離Figuur4.6，以美元/每噸CO2為單位。給出了6兆噸CO2/年的CO2質(zhì)量流量的管道成本。船舶成本包括中途封存設(shè)施、進(jìn)港費(fèi)、燃料費(fèi)和裝卸費(fèi)。這些成本還包括壓縮之外的額外液化成本。對(duì)于沿岸管道和沿海管道的運(yùn)輸成本按每250公里每FiguurCO2的封存----地質(zhì)封存封存構(gòu)造：可用于CO2的地質(zhì)封存的三種類型的地質(zhì)構(gòu)造，即石油和天然氣儲(chǔ)層、深鹽沼池構(gòu)造和不可開采的煤層。封存技術(shù)：向深層地質(zhì)構(gòu)造注入CO2涉及許多在石油和天然氣開采和制造業(yè)中研發(fā)的相同技術(shù)。為地質(zhì)封存的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，正進(jìn)一步發(fā)展鉆探技術(shù)、井下注入技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬封存儲(chǔ)層的動(dòng)力學(xué)以及從現(xiàn)有應(yīng)用中總結(jié)出的監(jiān)測方法。其它的地下注入實(shí)踐也提供了相關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。CO2的封存----地質(zhì)封存封閉層(頁巖)目標(biāo)層(砂巖Sand)砂巖頁巖地表沉積物(包括淡水)射孔封隔器生產(chǎn)套管表層套管注入管均質(zhì)粘合劑護(hù)層無收縮或延展粘合劑.需承受每天循環(huán)過程的高壓震蕩器/計(jì)算機(jī)井底壓力傳感器電纜下伏頁巖圍堵層(砂巖&頁巖)深井壓裂注入(SFI)高壓和高速注入(壓裂)高純度高壓氣體連續(xù)循環(huán)注入多相流專用處理井深井壓裂注入方法SlurryFractureInjected(SFI)封閉層目標(biāo)層砂巖頁巖地表沉積物射孔封隔器生產(chǎn)套管表層套管注入地質(zhì)封存技術(shù)要點(diǎn)在碳?xì)浠衔飪?chǔ)層或深鹽沼池構(gòu)造中的CO2應(yīng)封存在800米深度以下。周邊壓力和溫度通常使CO2處于液體或超臨界值狀態(tài)。在這種條件下，CO2的密度是水密度的50％-80％。該密度接近某些原油的密度，產(chǎn)生驅(qū)使CO2向上的浮力。因此，選擇封存儲(chǔ)層具有良好封閉性能的冠巖十分重要，以確保把CO2限制在地下。當(dāng)被注入地下時(shí)，CO2通過部分置換已經(jīng)存在的流體（“現(xiàn)場流體”）來擠占并充滿巖石中的孔隙。在石油和天然氣儲(chǔ)層中，用注入的CO2置換現(xiàn)場流體可為封存CO2提供大部分孔隙容積。成為趨油特別是綢油的動(dòng)力。隨著CO2與現(xiàn)場流體和寄巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就出現(xiàn)所謂的地質(zhì)化學(xué)俘獲機(jī)理。溶解的CO2與巖石中的礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成離子類物質(zhì)，經(jīng)過數(shù)百萬年，部分注入的CO2將轉(zhuǎn)化為堅(jiān)固的碳酸鹽礦物質(zhì)。定期的地球物理（地震、重力和電磁）監(jiān)測和檢測封存的安全和CO2的滲漏。在鹽沼池構(gòu)造中，潛在的封存容量估值較低，占總巖體的百分之幾到30％以上。地質(zhì)封存技術(shù)要點(diǎn)在碳?xì)浠衔飪?chǔ)層或深鹽沼池構(gòu)造中的CO2應(yīng)封地質(zhì)封存方法示圖地質(zhì)封存方法示圖幾個(gè)地質(zhì)封存方案的能力幾個(gè)地質(zhì)封存方案的能力適宜封存的全球前景沉積盆地區(qū)域在那里可以找到合適的鹽沼池地質(zhì)構(gòu)造、油田或氣田，或煤床。只包括了一部分可供煤床封存的地點(diǎn)。封存前景是對(duì)可能性的一種定性評(píng)估，即根據(jù)已掌握的信息在某個(gè)特定區(qū)域中存在某個(gè)適合封存的地點(diǎn)。本圖僅作為一個(gè)導(dǎo)向，因?yàn)樗诓糠謹(jǐn)?shù)據(jù)，其質(zhì)量可能因區(qū)域而異，也可能隨時(shí)間的推移和新的信息而有所變化。（《澳大利亞地球科學(xué)》提供）適宜封存的全球前景沉積盆地區(qū)域已經(jīng)開展封存的國家和進(jìn)度ECBM強(qiáng)化煤田甲烷回收已經(jīng)開展封存的國家和進(jìn)度ECBM強(qiáng)化煤田甲烷回收CO2的封存----海洋封存海洋占地表的70％以上，海洋的平均深度為3,800米。由于CO2可在水中溶解，所以大氣與水體在海洋表面不斷進(jìn)行CO2的自然交換，直到達(dá)到平衡為止。通過管道或船舶將CO2運(yùn)輸?shù)胶Ｑ蠓獯娴攸c(diǎn)，從那里再把CO2注入海洋的水柱體或海底（深度在1,000米以上）。被溶解和消散的CO2隨后會(huì)成為全球碳循環(huán)的一部分。CO2的封存----海洋封存海洋占地表的70％以上，海洋的平海洋封存方法示圖海洋封存方法示圖海洋封存情景概覽在“溶解型”海洋封存中，CO2迅速地溶解到海水中，而在“湖泊型”海洋封存中，CO2最初是沉積在海床上的液體海洋封存情景概覽在“溶解型”海洋封存中，CO2迅速地溶解到海海洋封存有兩種潛在的實(shí)施途徑：一種是經(jīng)固定管道或移動(dòng)船只將CO2注入并溶解到水體中（以1000米以下最為典型），另一種則是經(jīng)由固定的管道或者安裝在深度3000米以下的海床上的沿海平臺(tái)將其沉淀，此處的CO2比水更為密集，預(yù)計(jì)將形成一個(gè)“湖”，從而延緩CO2分解在周圍環(huán)境中海洋封存及其生態(tài)影響尚處于研究階段。被溶解和消散的CO2將成為全球碳循環(huán)的一部分，并最終與大氣中的CO2達(dá)到平衡。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、小規(guī)模海洋試驗(yàn)和模式模擬中，已正在針對(duì)一系以及阿爾及利亞的艾因薩拉赫（InSalah）天然氣列的海洋封存方案，各項(xiàng)技術(shù)和相關(guān)的物理、化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行研究，其中還特別包括了酸度的增加（低pH值）及其對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。海洋封存有兩種潛在的實(shí)施途徑：一種是經(jīng)固定管道或移動(dòng)船只將CCCS各項(xiàng)技術(shù)的成熟度CCS各項(xiàng)技術(shù)的成熟度成本分析成本分析問題和不足捕獲和封存技術(shù)

需要研發(fā)提高有關(guān)用于CO2捕獲的新概念和可用技術(shù)的知識(shí)，CO2捕獲有著大幅度降低新的和現(xiàn)有設(shè)施