CCS—EOR项目碳净减排量方法学模型∗

彭松水 陆诗建

1中国石化胜利油田分公司纯梁采油厂2中石化石油工程设计有限公司

CCS—EOR项目碳净减排量方法学模型∗

彭松水1陆诗建2

1中国石化胜利油田分公司纯梁采油厂2中石化石油工程设计有限公司

介绍了碳捕集与驱油封存项目工艺流程，以此为基础建立了碳捕集与驱油封存过程碳净减排量的计算模型。以50万吨/年碳捕集与驱油封存项目为例，参照目前主流工艺水平，核算了每吨CO2的实际减排量和能量消耗值。计算结果表明，对碳捕集与驱油封存项目，在没有采出气回收环节的情景下，每吨CO2的净减排量为0.496 5 t，能量消耗值为5.740 5 GJ；在有采出气回收环节的情景下，每吨CO2的净减排量为0.395 1 t，能量消耗值为6.611 7 GJ。

CO2；捕集；封存；回收率；净减排量

温室气体的过量排放造成全球范围内气温变暧，已成为当今主要的环境问题之一。CO2捕集、输送与驱油技术（CCS）是现阶段应对全球气候变化、控制温室气体排放的主要技术[1-2]。

在CCS的基础上提出的CCS—EOR技术，即将CO2捕集后用于油田驱油封存，在CO2减排封存的同时实现碳资源的充分利用，达到了环境效益与经济效益的双赢，是最适合当前国际减排需要的工艺技术[3]。本文将以CCS—EOR项目为例，分析工艺过程，研究净减排模型，并以假定的CCS—EOR项目为例，分析项目的实际减排量。

1 项目工艺与碳净减排量计算模型

CCS—EOR项目分为CO2捕集、输送、注入、驱油封存、地面集输与采出气CO2回收等六部分，如图1示。从电厂捕集的CO2经纯化、压缩后应用管道输送至驱油封存示范区，经液化、加压后注入油层驱油，注入的CO2一部分会永久封存于地下，另一部分CO2会随原油返回地面。返回地面的CO2经分离、液化、加压后循环回注入油层，基本可实现CO2的全部封存。

计算CCS—EOR过程碳净减排量，形成碳净减排量核算模型，要考虑CO2捕集、输送、注入及采出气回收过程中由于消耗用能新产生的CO2以及采出气循环回注的CO2。采油及地面集输过程属于油田采油过程中的通用流程和必须过程，计算净减排量过程中不予考虑。

CCS—EOR过程碳净减排量的计算模型可用式（1）表示为

图1CCS—EOR项目过程流程

式中η为采出气回收过程CO2的回收率；Δt为注入油藏CO2的封存率。

根据相关国家标准或规定，将捕集、输送、注入、采出气回收过程消耗的能耗折算为标煤，标煤的燃烧值为29.308GJ/t，而每吨标煤新产生2.6t的CO2，则有

因此

下面讨论分析Q捕集、Q输送、Q注入与Q回收的计算过程（单位均为GJ）。

2 项目各环节能耗计算模型

2.1CO2捕集过程模型

燃煤电厂烟气在进行CO2捕集时需消耗新鲜水、脱盐水，动力设备的运转需要供电，CO2再生过程消耗蒸汽（0.3 MPa级）。

设定捕集每吨CO2消耗mcwt新鲜水、mcht脱盐水、mcst蒸汽、KceMW·h电，根据《能源基础数据汇编》、《石油化工设计能耗计算标准》、《中国能源统计年鉴2013》，将消耗水、蒸汽、电进行能量折算，有

2.2CO2输送过程模型

CO2捕集再生后的高纯CO2（99%以上）需要输送至驱油现场，目前国际上普遍采用管道输送。在CO2管道输送过程中输送起点需要加压，在输送末点需要对CO2进行液化。则有

设定压缩每吨CO2消耗KtceMW·h电（压缩过程为空冷，不消耗水），液化每吨CO2消耗KtleMW·h电和mtlwt水，根据相关标准进行折算有

2.3CO2注入过程模型

CO2注入过程在液化之后，应用加压泵将液态的CO2增压注入地层。

设定注入每吨CO2消耗KreMW·h电，则有

2.4 采出气CO2回收过程模型

对于中大规模高浓度采出气回收，中国石化已成功研制了低温精馏分离回收方法，回收后采用CO2液化泵增压回注。设定采出气回收采用低温精馏工艺，低温精馏过程制冷机消耗KreMW·h电，回注过程液化泵消耗KrpMW·h电，则有

采用低温精馏过程回收采出气中CO2后，CO2循环回注至油藏地层。在注入驱油过程中，假定CO2动态封存率为Δt，回收率为η，则每吨采出气中CO2中循环回注量为

循环过程中CO2的损失量为

3 50万吨/年CCS—EOR项目分析

假定现建设一50万吨/年CCS—EOR工程，燃煤电厂烟气CO2捕集工艺采用化学吸收法，药剂采用改良的MEA药剂，管道输送距离假设为100 km，捕集、输送、注入、采出气循环回收相关能耗数据均依照当前主流工艺水平设定。

3.1CO2捕集过程

设定捕集每吨CO2消耗30 t新鲜水、1 t脱盐水、1.4 t蒸汽、100 MW·h电。由式（7）可得

3.2CO2输送过程

设定输送距离为100 km，压缩每吨CO2消耗0.08 MW·h电，液化每吨CO2消耗0.05 MW·h电和0.05 t软化水。由式（9）可得

3.3CO2注入过程

设定注入每吨CO2消耗0.01 MW·h电，由式（10）可得

3.4 采出气CO2循环回注过程

假定CO2封存率为50%，回收率为95%，由式（12）可知，每吨采出气中CO2中循环回注量为

3.5 采出气CO2回收过程

设定采出气回收采用低温精馏工艺，每吨CO2过程消耗0.05 MW·h电，在封存率为50%的情况下每吨CO2回注过程液化泵消耗0.03 MW·h电，由式（11）可得

4 净减排量计算与分析讨论

4.1 净减排量计算

有采出气回收环节每吨CO2净减排量为

无采出气回收环节也适用于仅有捕集、输送、注入环节即纯封存过程（CCS过程），两者的净减排量和能量消耗量相同。

4.2 结果分析讨论

设定项目年处理量为50万吨CO2：①在有采出气回收环节（CCS—EOR）的情景下，每吨CO2的净减排量为0.395 1 t，每年的总净减排量达到19.76×104t；总能量消耗为6.611 7 GJ，CO2捕集过程能耗消耗为4.215 4 GJ，占总能量消耗的63.76%；②在无采出气回收环节的情景下，每吨CO2的净减排量为0.496 5 t，每年的总净减排量为24.82×104t；总能量消耗为5.7405GJ，CO2捕集过程能耗消耗占总能量消耗的73.43%。

5 结语

（1）介绍了CCS—EOR项目工艺流程，初步建立了CCS—EOR过程碳净减排量的计算公式，即

（2）以50万吨/年CCS—EOR项目为例，参照目前主流工艺水平，核算了每吨CO2的实际减排量和能量消耗值：每吨CO2的净减排量达到0.395 1 t，每年的总净减排量达到19.76×104t，总能量消耗为6.611 7 GJ。

[1]费维扬，艾宁，陈健．温室气体CO2的捕集和分离[J]．化工进展，2005，24（1）：1-4．

[2]李清方，陆诗建，张建，等．MEA-AMP二元复配溶液吸收烟气中二氧化碳实验研究[J]．精细石油化工，2010，27（5）：1-5．

[3]杨向平，陆诗建，高仲峰，等．基于电位法和酸碱度法的醇胺溶液吸收二氧化碳[J]．中国石油大学学报，2010，34（2）：140-144．

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.005

基金论文：国家科技支撑计划课题“大规模燃煤电厂烟气CO2捕集纯化、驱油与封存工程示范及评价”（2012BAC24B05）。