|
Как можно транспортировать и закачивать
большие количества CO2?
|
После улавливания на промышленных объектах СО2 сжимают, транспортируют и затем закачивают в породу-коллектор через одну или несколько скважин. Вся цепочка должна быть оптимизирована для возможного хранения нескольких миллионов тонн СО2 в год.
Сжатие
СО2 сжимается до состояния плотной жидкости, которая занимает значительно меньше места, чем газ.
В результате отделение СО2 от газа на электростанциях или промышленных объектах, высоко концентрированный поток СО2 подвергают дегидратированию (обезвоживанию) и сжатию, способствуя более эффективной транспортировке и хранению (Рис.1). Дегидратация, необходимая во избежания коррозии оборудования и повреждений инфраструктуры, производится под большим давлением с образованием гидратов (кристаллов твердого льда, которые могут закупорить оборудование и трубы).
Компрессия (сжатие) производится одновременно с дегидратацией, это многоступенчатый процесс: циклы сжатия, охлаждения и отделения воды повторяются. Давление, температура и содержание воды – все должно быть адаптировано применимо к виду транспортировки и требованиям к давлению в месте хранения. Ключевыми факторами для разработки компрессионного оборудования являются скорость потока, давление всасывания и нагнетания, теплоемкость газа и производительность компрессора. Технология для компрессии имеется и уже широко применяется во многих промышленных сферах.
|
Рисунок 1
Этапы геологического хранения СО2. Чтобы доставить СО2 от места его выброса к месту его безопасного и долговременного хранения, необходимо пройти всю цепочку операций, включая улавливание, сжатие, транспортировку и закачку.
|
Транспортировка
СО2 можно транспортировать морским судном или по трубопроводу.
Транспортировка СО2 кораблями в настоящее время производится только в очень маленьких объемах (10000-15000 м3) для промышленных целей, но в будущем это может стать привлекательной возможностью для проектов по УХУ в тех случаях, когда прибрежные источники СО2 расположены очень далеко от подходящего коллектора. Суда, используемые для транспортировки сжиженного углеводородного газа (СУГ), пригодны и для транспортировки СО2.
В частности, полуохлаждающие системы сжимают и охлаждают, и таким образом СО2 может транспортироваться в жидком виде. Вместимость новейших кораблей СУГ составляет более 200 000 м3, они способны перевозить 230 000 тонн углекислого газа. Тем не менее, морской транспорт не может обеспечить непрерывной плавной логистики, и в порту необходимо иметь оборудование для промежуточного хранения и перезагрузки СО2.
Транспортировка по трубопроводу на сегодняшний день используется для больших объемов СО2, преимущественно нефтяными компаниями, применяющими методику повышения нефтеотдачи* (в мире существует почти 3000 км трубопровода для СО2, в основном в Соединенных Штатах). Это экономичнее, чем транспортировка судами, и дает преимущество непрерывного потока, движущегося от установки улавливания до места хранения.
Все существующие трубопроводы для СО2 эксплуатируются при высоком давлении в сверхкритических условиях для СО2, в которых он ведет себя как газ, но имеет плотность жидкости. Три важных фактора определяют работу трубопровода: его диаметр, давление по всей длине и, соответственно, толщина его стенок.
Закачка
Когда СО2 прибывает на участок хранения, он под давлением закачивается в коллектор (Рис. 2).
Давление закачивания должно быть значительно выше, чем давление в коллекторе, чтобы вытеснить из точки закачки СО2 находящиеся в коллекторе флюиды. Количество закачивающих скважин зависит от количества предназначенного для хранения СО2, от скорости закачивания (объем СО2, закачанного в час), проницаемости и мощности коллектора, максимально безопасного давления закачки и типа скважины. Так как основной целью является долгосрочное удержание СО2, мы должны быть уверены в гидравлической целостности геологической структуры.
Большие скорости закачек могут вызвать возрастание давления в точке закачивания, особенно в непроницаемых структурах. Как правило, давление закачки не должно превышать давления разрыва горной породы, т.к. это может вызвать повреждение коллектора или перекрывающего слоя. Геомеханический анализ и модели используются для определения максимально допустимого давления, которое позволит избежать трещиноватости формации.
Химические процессы могут влиять на скорость, с которой СО2 можно закачивать в формацию. В зависимости от типа породы-коллектора, состава флюидов и условий в коллекторе (таких как температура, давление, объем, концентрация и т.д.), около скважин могут начаться процессы растворения и осаждения минералов. Это может привести к увеличению или уменьшению скорости закачки. После того как СО2 закачан, часть его растворяется в соленой воде коллектора и рН* понемногу понижается, поддерживаясь растворением карбонатных минералов, имеющихся во вмещающей породе.
Карбонаты первыми из минералов начинают растворяться, т.к. их скорость реакции очень высока и растворение начинается сразу же после начала закачки. Процесс растворения может увеличить пористость горных пород и закачиваемость*. Однако, после растворения карбонатные минералы могут осаждаться повторно и цементировать породу вокруг скважины. Высокие скорости потока могут быть использованы для ограничения уменьшения проницаемости вблизи скважины, тем самым вытесняя области геохимического равновесия осаждения дальше.
Высушивание – это другой феномен, вызванный закачкой. После окислительной фазы остаточная вода вокруг скважины, через которую производится закачивание, растворяется в закачанном сухом газе, который, в свою очередь, концентрирует химические частицы в растворе*. Минералы (такие как соли) могут осаждаться, когда раствор достаточно сконцентрирован, таким образом уменьшая проницаемость вокруг скважины.
Эти результаты закачиваемости зависят от сложных взаимодействующих процессов, которые происходят локально вокруг скважины, что также сильно зависит от времени и расстояния до скважины. Для оценки таких эффектов используется цифровое моделирование. Для предотвращения процессов, которые могут ограничить закачку желаемого количества СО2, необходимо тщательно установить скорости закачиваемого потока.
|
Рисунок 2
После закачки под землю, СО2 приобретает плотное сверхкритическое* состояние примерно на глубине 0.8 км. Его объем значительно уменьшается от 1000 м3 на поверхности до 2.7 м3 на глубине 2 км. Это одна из причин, по которой геологическое хранение больших количеств СО2 выглядит так привлекательно.
|
Состав потока СО2 CO2
Состав и чистота потока СО2, является результатом процесса улавливания, оказывают значительное влияние на все последующие аспекты проекта хранения СО2. присутствие нескольких процентов других веществ, таких как вода, сероводород (H2S), окислы серы и азота (SOx, NOx), азот (N2) и кислород (O2) будет влиять на физические и химические свойства СО2, и скажется на его поведении и воздействиях. Поэтому присутствие подобных веществ должно быть тщательно учтено при проектировании этапов компрессии, транспортировки и закачки, а также при регулировании эксплуатационных условий и оборудования.
В заключении можно сказать, что транспортировка и закачка больших количеств СО2 уже возможна. Тем не менее, если геологическое хранение СО2 будет широко применяться, все перечисленные стадии должны быть спланированы для каждого отдельного проекта хранения. Ключевыми параметрами являются термодинамические свойства потока СО2 (Рис. 3), скорость потока и условия в коллекторе и над ним.
|
Рисунок 3
Плотность чистого СО2 (в кг/м3) как функция температуры и давления. Желтая линия соответствует типичному градиенту давления и температуры в осадочном бассейне. На глубине более 800 м (-8 МПа), условия резервуара способствуют высоким плотностям (голубой цвет). Зеленая кривая – это граница между газообразной и жидкой фазой СО2. Типичные условия давления и температуры для улавливания, транспортировки и хранения отмечены соответственно буквами А, Б и В.
|
Источник: The European Network of Excellence on the Geological Storage of CO2
<< Предыдущая страница
---
Следующая страница >>
ВВЕРХ
|
