2捕集与储存方式'> 从加拿大电厂烟道气回收探讨海上油气田CO2捕集与储存方式

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【摘要】co2是引起温室效应的主要气体之一，同时又是一种潜在的资源。如何减少CO2排放以及利用CO2资源是许多发达国家都在研究的重要课题。目前可用作地下CO2储存的大规模工业气源主要包括火力发电厂和炼油厂等，对于CO2的回收方法目前有：化学溶剂吸收法、物理吸附法、气体膜分离法、以及复合分离法等。本文通过分析加拿大Boundary Dam Power Plant 电厂烟道气CO2回收工艺分析，探讨海上油田CO2捕集与储存方式。

【关键词】CO2捕集 回收 储存 CO2减排

1 概述

温室气体是目前引起全球气候变暖的主要因素。CO2是引起温室效应的主要气体之一，同时又是一种潜在的资源。如何减少CO2排放以及利用CO2资源是许多发达国家都在研究的重要课题。目前CO2的储存方式主要有：注入地层提高油田的采收率（EOR）、注入海底盐水层、注入枯竭的油气藏埋存等。

目前可用作地下CO2储存的大规模工业气源主要包括火力发电厂和炼油厂等。其中，以煤为燃料的火力发电厂产生的燃料废气中含有的CO2最高可达15%，而以天然气为燃料的发电厂产生废气中CO2只占4%。对于CO2的回收方法目前有：化学溶剂吸收法、物理吸附法、气体膜分离法、以及复合分离法等。目前的回收方法存在效率低、费用高等问题，如何以低能耗捕集CO2，是CO2储存技术需解决的主要问题之一。

2 加拿大Boundary Dam Power Plant 电厂烟道气CO2回收

加拿大的HTC PURENERGY 公司在上世纪的八十年代就致力于CO2捕集技术的研究，十几年前已经开展了电厂烟道气捕集的先导性试验。以下对其先导性试验的Boundary Dam Power Plant 电厂烟道气中的CO2捕集流程做一介绍。2.1 CO2 捕集流程（图1）

入口冷却装置：为优化流程，从电厂烟道排出的烟道气（CO2含量14%）先经过冷却，这部分冷却水占总冷却水用量的50%，是最大的用户。

设置入口鼓风机：由于烟气经过管路进入捕集装置而引起管路压降增加，为避免由此引起前端电厂的烟气轮机的功率损失，在烟气冷却器与捕集装置前设置一台鼓风机。

CO2吸收：经过鼓风机后烟气从底部进入吸收塔，吸收塔内充满填料，作为吸收溶剂的贫胺从塔上部流下，气体向上流动，两者在塔内充分接触后，吸收CO2的富胺从塔底流出，脱出85% CO2的气体从塔顶流出。

CO2解吸附：CO2被胺捕集后，需经过加热后得到CO2气体，这种解吸附过程在再生塔中进行。富含CO2的胺液从再生塔顶流下，塔底部由电厂的水蒸气作为重沸器加热介质，胺液加热后，CO2蒸气向上流动并从塔顶流出，经过冷却，大多数水汽冷凝，冷凝水由泵打回再生塔。得到的气态CO2（纯度87%）经过下级脱水及压缩后外输。 脱除CO2的贫胺经过热交换后流回贫胺储罐。2.2 与传统吸收塔的不同之处：

增加水洗装置： 在吸收塔中，CO2与胺液反应产生热量，导致吸收过程一部分胺和水会随着烟气带出塔顶损失，为减少胺和水的损失，在吸收塔顶部增加水洗装置。采用低浓度胺的冷水洗涤吸收塔排出的气体，溶解其中带出的胺。

回收装置：当胺液与烟气接触时，除与CO2反应外还与其他组分如O2 and NOx反应，反应后产生稳定的盐，很难在再生塔中解吸附，并且随着生产过程越积越多，达到一定程度后会严重影响CO2的吸收。因此该试验装置中增加了沉积盐的回收装置。

特殊研制的溶剂：该试验厂采用的胺溶剂不同于传统的胺溶剂，它是由HTC PURENERGY 公司自行研制的产品，具有稳定性强、用量少、再生温度低等特点，与传统的溶剂MEA（5M公司生产）相比：

（1）溶剂循环量：减少40%；（2）蒸气用量：减少55%；（3）冷却水用量：减少62%；（4）溶剂损失： 减少82%；（5）工作效率：提高15%。

因此，该溶剂可较大程度的减少能量消耗和损失，明显提高经济效益。据介绍该试验装置能达到生产一吨CO2 成本为$25。

3 海上油田捕集与储存CO2的方式思考

对于我国海上油田CO2减排分两种情况：

（1）高含CO2的气田、油田；（2）低含CO2的油气田。

3.1 高含CO2的气田、油田的捕集储存

（1）提高采收率（EOR）：对于高含CO2的油、气田，可通过溶剂吸收法或薄膜分离等方法将气体中的CO2分离出来，经过压缩后回注油气层，在高压条件下，溶解

在原油中的CO2，使原油体积膨胀、粘度降低、易于流动，推动油气向生产井方向流动，从而提高原油的采收率（EOR）。

（2）回注盐水层：对于没有适合回注油藏条件的情况，可将分离得到的CO2增压后通过管线回注海底盐水层。

3.2 低含CO2的气田、油田的捕集储存

为适应海上油气生产CO2减排的要求，对于低含CO2的气田、油田生产分离过程产生的多余气体不能再经过火炬燃烧，因此在工程设计中考虑将低压放空气体收集起来，经过压缩汇入外输管线，或者经过液化工艺以液化天然气的形式储存起来。具体的工艺选择需要经过技术与经济比较。

4 结论

随着国家工业废气排放要求越来越严格，同时为了节能减排及充分利用CO2资源。今后海上油田的油气处理工艺要考虑CO2的减排需要，需要在油田开发初期能够获得较为准确的油藏气体组分的资料，以便工程设计能够针对不同的气体组分设计相应的气体捕集处理流程，达到减排和有效利用CO2资源的目的。

（1）CO2驱油技术提高采收率发展前景好。自1986年以来，全球注气驱油的数量和产量一直呈上升趋势，注CO2提高采收率已经成为最普及的方式之一。我国发展注二氧化碳提高采收率的潜力非常大，尤其是对开发老油田和低渗透油气资源意义重大。

（2）CO2储存技术将有效减缓温室气体减排压力。目前我国CO2排放量位居世界第二，预计到2025年很可能超过美国居世界第一位，我国将面临着CO2减排的巨大压力。在提高油田采收率的同时解决CO2的储存问题，开发出一条经济环保的可持续发展的新途径。