陈兵;白世星
【摘 要】面对二氧化碳排放导致环境急剧恶化的问题,CO2捕集与封存(CCS)作为一种新兴的减排技术,成为了各国研究的热点,CCS不是一项单一的技术,它是多项技术的组合体,主要包括收集或捕获、输送和封存等三部分,其中CO2的输送和封存是实现CCS技术的关键所在.本文介绍了CO2的不同输送与封存方法,讨论了各方法存在的优缺点,为CO2输送与封存提供理论依据.%In the face of the rapid deterioration of the environment caused by CO2emissions,CO2capture and storage (CCS)has become a globle research hotspot as a new emission reduction technology. CCS is not a single technology, but a combination of several technologies, mainly including three parts: collection or capture, transportation, and storage, and the transportation and storage of CO2is the key to realizing CCS technology. In this paper, various transport and storage ways of CO2are introduced, and their advantages and disadvantages are discussed,which provides a theoretical basis for CO2transport and storage.
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【期刊名称】《天然气化工》
【年(卷),期】2018(043)002
【总页数】5页(P114-118)
【关键词】二氧化碳;输送;地质封存;海洋封存
【作 者】陈兵;白世星
【作者单位】电脑热管散热器西安石油大学,陕西 西安710065;西安石油大学,陕西 西安710065
不干胶贴标【正文语种】中 文
【中图分类】U1;X7
随着全球经济的飞速发展，化石燃料的过度利用导致了CO2排放量日益增加，经科学家的长期研究，CO2等温室气体的过度排放是全球气候急剧恶化的主要原因[1]。为了改善地球环境，各国政府和国际组织投入了大量的人力、物力和财力开展CO2减排相关研究。CO2
捕集与封存（CCS）作为一种新兴的减排技术，是将工业或其他排放源排放的CO2捕集分离后，输送至特定场地加以封存，以实现被捕集CO2与大气的长期隔离，是目前为止最行之有效的方法[2-4]。CO2输送是CCS技术实现的中间环节，该环节承担着将CO2从捕获地输送到封存地的重要任务，对整个CCS技术的成功运营起着至关重要的作用[5-7]。CO2封存是CCS技术的终止环节，是将输送的CO2注入特定场所与大气长期隔离，实现永久封存。本文通过分析CO2不同输送与封存方式的利弊，为CO2输送与封存提供理论依据。洗肾机
1 CO2输送方式
CO2的输送与天然气的输送有许多相似之处，可以借鉴天然气的输送方式，主要有船舶运输、罐车运输以及管道运输等几种运输方式。从技术层面来讲，这几种运输方式都是可行的，但这几种输送方式各有利弊，且适用范围也不尽相同。 1.1 船舶运输
从目前来看，CO2船舶运输还处于开发试验阶段，世界上只有几艘小型的船只应用于食品加工行业。CO2运输船舶根据温度和压力参数的不同可分为三种类型：低温型、高压型和
半冷藏型。低温型船舶是在常压下，通过低温控制使CO2处于液态或固态；高压型船舶是在常温下，通过高压控制使CO2处于液态；半冷藏型船舶是在压力与温度共同作用下使CO2处于液态。通常情况下，CO2船舶运输主要包括液化、制冷、装载、运输、卸载和返港等几个主要步骤。
影响力评估
在某些情况 （海上封存、驱油或输送至海外）下，由于受地域影响，船舶运输就成为了一种最行之有效的运输方法，不仅使运输更加灵活方便，允许不同来源的浓缩CO2以低于管道输送临界尺寸的体积运输，而且能够有效降低运送成本。当海上运送距离超过1000km时，船舶运输相比于罐车和管道运输更加经济实惠，输送成本将下降至0.1元/(t·km)以下[8]。但船舶运输同样存在许多缺陷：(1)必须安装中间储存装置和液化装置；(2)在每次装载之前必须干燥处理储存舱；(3)船舶返港检查维修时，必须清理干净储存舱的CO2；(4)地域限制只适合海洋运输。这些安装与操作将会增加输送成本。
1.2 罐车运输
到目前为止，罐车运输CO2技术相对比较成熟，且我国也具备了生产该类罐车和相关附属设备的能力。罐车输送有公路罐车输送和铁路罐车输送两种方式，两者没有本质的区别，
但各自的适用范围不同。
公路罐车运输主要有干冰块装、低温绝热容器装和非绝热高压瓶装三种运输方式[9]。公路运输网比较发达，且运输罐车的机动性比较大，随时可以调度、装运，各个环节之间的衔接时间较短，所以公路输送具有灵活、适应性强和方便可靠等优势。但公路运输也有其缺陷：(1)一次性运输量小，且运输费用高；(2)在运输过程中，受气密性等条件的影响，CO2不可避免地发生泄漏，根据运输时间和距离的长短，其泄漏量最高可达到10%[8]；(3)公路运输安全性较低，且环境污染比较严重；(4)连续性差，不适合CCS等大规模工业系统。现有的CO2公路罐车运输只是应用于一些食品加工领域或规模的驱油实验中，还没有用于CCS系统的先例。
铁路运输相较于公路运输具有运输距离长、输送量大的优势，但铁路运输同样具有其自生的劣势：(1)同样具有不连续性且地域局限性大；(2)铁路沿线需装配装载、卸载和临时储存等设备，额外增加了输送费用；(3)若现有铁路不能满足输送条件，必要时还需铺设专门铁路，这样势必会提高CO2输送成本。2003年，德国学者Odenberger等结合德国当时现有铁路情况估计，在输送距离为250km的情况下，年输送100万吨CO2，每吨费用高达5.5欧元，介于这些特点，到目前为止，世界范围内还没有铁路运输CO2的先例。
1.3 管道运输
目前，管道输送技术比较成熟，自1972年Canyon Reef Carriers（CRC）公司第一条 CO2输送管道建成投产以来，国外已有40多年的输送经验。表1列举了国外部分CO2输送管道[8]。
表1 国外部分CO2输送管道Table 1 Some foreign CO2 pipelines?
CO2管道可以输送液态、气态、超临界/密相等不同相态CO2，根据管道所处地理位置、输送距离和公众安全等问题选择最适合的输送状态。管道运输相较于罐车和船舶运输具有以下优点：(1)连续性强且安全可靠；(2)输送量大，运行成本低；(3)管道基本为埋地管道，占地少，节约土地资源，且运输不受恶劣多变天气影响；(4)泄漏量小，环境污染小。但管道输送灵活性差，也不能轻易扩展管线，有时必须通过船舶与罐车运输协助才能完成全部运输；输送过程中必须控制好压力和温度，防止出现相态变化，从而导致输送瘫痪；输送前必须提纯CO2纯度，避免杂质对管道造成腐蚀破坏。
2 二氧化碳封存
按照封存地或封存形态的差异，CO2的封存主要包含地质封存、海洋封存、矿物碳化封存和用于工业封存等四种类型[10-12]。目前所采用的封存方式主要是地质封存和海洋封存。其中，CO2的地质封存主要包含废弃油气藏封存、深层咸水层封存和不可开采煤层等。图1表示CO2主要地质封存方式。
图1 CO2主要地质封存方式Fig.1 Major geological sequestration methods of carbon dioxide
漱口杯2.1 枯竭油气藏封存
油气藏经过一定时间的开发利用之后，在技术、设备、经济等条件的限制下，部分油气藏不能继续开采而废弃，因此，可以利用该部分废弃的油气藏封存CO2。CO2在油气藏中的封存量主要包括所占油气藏空间量、与岩石矿物反应量以及溶于原油和地层水量等几部分，即：
式中：M－CO2总封存量，m3；M1-CO2在油气藏所占空间封存量，m3；M2-CO2与岩石矿物反应封存量，m3；M3-CO2 溶于原油和地层水封存量，m3。
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