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节能、环保与新能源

环保新试验:二氧化碳埋地下变身金矿

2009/3/30   关键字:   来源:中国石油石化工程信息网
 
 
   [21世纪经济报道2009年3月28日] 向着天空喷吐烟雾的工业烟囱通常令人厌恶。如果有人出主意说,只要把这些烟囱倒一个个儿,让它掉过头来把烟喷向大地,如此便可避免污染,你会不会认为这很可笑?
   问题是,在法国阿基坦地区的鲁塞,确实有这样一座烟囱。
   这烟囱非同一般,有4.5公里长。它通过一条2.7公里的管线连接着东面拉克城的一座天然气发电厂,电厂排放的“烟”——二氧化碳沿着管线来到烟囱里,然后滚滚地喷向幽深的地底,而非我们头顶的蓝天。
   这将避免这些废气向大气中排放。而且,这样的埋“烟”行动,有朝一日可以在市场上兑换成金元。
   这是一项名为“二氧化碳捕集和封存”(简称CCS)的新科技试验,旨在应对愈演愈烈的全球气候危机。一旦这项技术如技术专家预期在20年内实现工业化应用,则对地球和商人们来说都将是一个无比诱人的机会。
   拉克城试验:伸向地下的烟囱
  法国道达尔集团将于今年晚些时候启动全球首个完整意义上的CCS试验。“迄今为止,这是第一个在气体燃烧过程中对二氧化碳进行捕集和封存的完全一体化项目”,道达尔的CCS试验项目经理尼古拉·艾玛德说。
   在项目开展的两年时间里,道达尔将把相当于5万辆汽车尾气排放量的二氧化碳送到地下,平均每天能“收藏”200吨浓缩二氧化碳。
   “由于是试验,项目的规模只约为正式工业项目的十分之一。”道达尔科学发展部高级副总裁孟思德介绍说。这就是说,未来一旦投入工业应用,一个CCS项目每天能“收藏”的浓缩二氧化碳将达到2000吨甚至更多。
   在试验的前半段,一切和普通的天然气发电厂没什么两样——从拉克城地下4000米处把深层的天然气藏抽取出来,输送到电厂发电。但接下来,发电产生的二氧化碳将有全新的归宿。
   为了这个试验,5台25米高、30兆瓦的试验锅炉已在拉克城改造完成。这些锅炉将不断以每小时40吨的速度,向工业设施提供温度高达450℃、压力为60个大气压的工艺蒸汽,以便从天然气中分离出酸性气体。
   这些锅炉还配备4台新型氧气燃烧炉,在这些酷似大号可乐罐的燃烧炉里,被抽取的酸性天然气将会在纯粹的氧气中燃烧,所得出的废气中二氧化碳含量超过90%。
   紧接着,二氧化碳在净化脱氢后被压缩,然后沿着那条2.7公里长的管线被输送到西边的鲁塞。在那里,一座长达4500米的"烟囱"已建好。它通往幽深的地底。
   经过再次压缩,二氧化碳最终将沿着这口“烟囱”,到达它们新的归宿地——枯竭的鲁塞气藏。
   “这个项目的特点是链条完整——包括捕捉、运输和地下储存。这样我们就可以测量一体化过程的表现,以及各个步骤的安全性。我们还可以对系统进行优化,以便降低成本,有助于商业应用。”孟思德说。
   道达尔不是第一个进行CCS试验的能源公司。上世纪90年代以来,欧洲、美国、加拿大、澳大利亚和日本都实施了大型CCS研究计划。挪威国家石油公司从1996年起就在北海的斯莱普尼肯尔气田对生产的天然气进行二氧化碳分离,每年将上百万吨碳注入到海底。
   在加拿大的韦博恩油田,自2000年以来,每年大约180万吨二氧化碳被注入到一个枯竭的油田。在北非阿尔及利亚的萨拉赫地区,BP公司从2004年起每年封存了约100万吨二氧化碳。
   碳封存:建造海底宝库?
   这一切都是拜气候危机所赐。全球专家的一致共识是,在未来数十年中,一旦大气中的二氧化碳浓度从目前的387ppm(已经比工业化之前的水平高出38%)上升到超过450ppm的临界水平,灾难将不可避免。
   面对日益紧迫的气候危机,CCS俨然成了新能源时代到来前的最佳过渡方案。据IPCC(联合国政府间气候变化委员会)调查,CCS技术的应用可望为全球二氧化碳减排目标贡献20%到40%,将对气候变化产生积极的影响。
   有趣的是,二氧化碳的地下封存不是人类的发明,而是一种广泛存在的自然现象。例如,在20世纪60年代的石油开采中,在法国东南部就发现了8个天然的二氧化碳气藏。
   这说明,地质层可以将二氧化碳有效而安全地储存很长时间。这为人类解决自己的困扰提供了灵感。
现在,人们开始尝试人造二氧化碳气藏。对于二氧化碳的捕集,人类已掌握了3种主要的解决方案——分别在碳氢燃烧之前、燃烧过程中和燃烧之后进行。
   燃烧后工艺是在工业设施产生的废气中捕集二氧化碳,用胺基溶剂或氨基溶剂对其进行“洗刷”。    “应用这种工艺的难点在于,二氧化碳只占被处理气体的10%,这就意味着我们必须处理大量的气体,所以这一工艺既不经济,也不节能。”吉奥格林工程公司副总经理皮埃尔说。    燃烧中方案的好处在于提高了二氧化碳捕集的效率,同时成本较低。燃烧前工艺则最为复杂。    拉克城项目选择的是燃烧中方案。尼古拉认为,“(燃烧中方案)与传统的技术相比,成本节省一半”。    除了捕集之外,二氧化碳的封存地的选择也颇为讲究,不是地下的任何地方都适合成为我们的“地窖”。    适合作为二氧化碳归宿地的地层也可分为三种。其中,枯竭的油气田当然是首选,因为人们对其地质情况往往已有所掌握,并且形成了图纸。鲁塞气田即是如此。    “但这并不意味着枯竭的油气田就都是最佳的储存地点。”孟思德说,最好的地点是那些能够长期储存二氧化碳,并同时接近二氧化碳捕集点的地方,因为运输成本也相当昂贵。”    咸水含水层,比如海底,则具备更强大的封存潜力,但具体情况一般不为人所知。科学家估计,咸水含水层能够封存10万亿吨二氧化碳,可满足全世界长达几个世纪的需求。    另外,在解决了如何将大量二氧化碳注入到低渗透性煤层中的问题后,那些不具开采价值的煤层,也将成为未来可供选择的方案。    CCS也并非没有软肋,一个重要的疑问是——保存在地下的碳会泄漏吗?    欧洲研究机构CO2GeoNet指出,在用的或废弃的矿井都可能成为泄露通道。这些深井均由人工材料建造而成,在经过长时间后,这些材料可能会被腐蚀。    而一旦泄漏发生,空气中二氧化碳的浓度达到50000ppm即约5%,就会引起头痛、晕眩和恶心。人在这样的环境中停留时间过长,就会死亡。    不过,CO2GeoNet同时认为,通过矿井泄露的风险很低,因为可以用敏感的地球化学和地球物理方法对新井和旧井实施有效监控,而且石油行业已经掌握了采取任何可能需要采取的补救措施所需的技术。
   先存后卖:20年的财富变现
   在世界第二大碳排放国中国,CCS项目也已被纳入日程。
   据国家973项目首席科学家沈平平介绍,我国是全球二氧化碳最大排放国之一,目前排放的二氧化碳达38亿吨,随着新建火力发电厂、水泥厂和煤化工项目的增加,二氧化碳排放量仍将持续增加。
   “近年,我国加强了国家主体科技计划对节能减排与应对气候变化研究的支持,目前科技部已落实中央财政经费70亿多元,支持上百个项目和专题研究。”沈平平说,其中一些CCS示范项目已经启动。
   在北京朝阳区东四环外的华能集团北京热电厂,总投资2800多万元的国内首座燃煤电厂烟气CO2捕集示范工程已于去年7月建成投产。
   这个试点项目采用的是燃烧后工艺方案——脱硫后的部分烟气进入二氧化碳捕集装置,经化学处理后,二氧化碳被提取出来,净化过的气