中國石化CO2捕集、管道輸送與驅油封存地面工程技術進展與實踐.pdf

1、中國石化CO2捕集、管道輸送與驅油封存地面工程技術進展與實踐Contents目 錄一、CCUS與雙碳目標二、CCUS工程技術進展三、CCUS工程應用四、下步工作思考3一、CCUS與雙碳目標（一）碳達峰與碳中和u 2020年9月22日習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上表示：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，爭取在2060年前實現碳中和?！眜 2021年3月15日習近平總書記在主持召開的中央財經委員會第九次會議提出“要把碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局”。u CO2減排已經成為我國國家重點發展戰略。4一、CCUS與雙碳目標（二）

2、習近平總書記考察勝利油田CCUS研發情況 2021年10月，習近平總書記視察勝利油田時，強調“集中資源攻克關鍵技術，加快清潔高效開發利用，提升能源供給質量、利用效率和減碳水平”，碳捕集與封存是實現“雙碳”目標的重要舉措。習近平總書記視察中國石化CCUS重點實驗室習近平總書記視察萊113塊CCUS項目現場5二、CCUS工程技術進展 中國石化是國內上下游一體化的大型能源化工公司，具有良好二氧化碳源匯匹配地理優勢，1990年以來，積極開展CO2捕集、管道輸送、驅油利用技術研究與工程實踐，目前捕集能力超過150萬噸/年，CO2驅封存規模達到100萬噸/年。（三）中國石化CCUSContents目 錄一

3、、CCUS與雙碳目標二、CCUS工程技術進展三、CCUS工程應用四、下步工作思考7（一）CO2捕集技術二、CCUS工程技術進展 針對不同CO2氣源，開發了系列捕集技術，并應用于勝利、川維等30多套碳捕集裝置。主要捕集技術低濃度CO2捕集技術鍋爐煙道氣各類尾氣高濃度CO2捕集技術天然氣LNG煉廠煤制氣合成氣（變換氣）催化熱鉀堿法脫碳技術煤制油循環氣8二、CCUS工程技術進展（一）CO2捕集技術-低濃度CO2捕集技術 我國電力、鋼鐵及水泥三類行業CO2排放量占比75%，是驅油封存CO2的主要來源之一，這部分排放煙氣具有CO2濃度低、CO2分壓低的特點，碳捕集難度較大?；瘜W吸收工藝是目前低濃度CO2

4、捕集的主要方法，其核心是降低能耗及成本。0%10%20%30%40%50%電力電力鋼鐵鋼鐵水泥水泥2020中國二氧化碳工業行業排放比例 化學吸收CO2捕集工藝9二、CCUS工程技術進展（一）CO2捕集技術-低濃度CO2捕集技術國家國家“十一五十一五”科技支撐：煙科技支撐：煙氣氣COCO2 2超重力法捕集純化技術超重力法捕集純化技術及應用示范及應用示范2008國家國家“十二五十二五”科技支撐：大規科技支撐：大規模燃煤電廠煙氣模燃煤電廠煙氣COCO2 2捕集、驅油捕集、驅油及封存技術開發及應用示范及封存技術開發及應用示范20122017國家國家“十三五十三五”重點研發計劃：重點研發計劃：化學吸收系

5、統熱能綜合利用與集化學吸收系統熱能綜合利用與集成優化研究成優化研究百萬噸級百萬噸級COCO2 2捕捕集技術開發，集技術開發，目目標標再生能耗降低再生能耗降低至至2.0GJ/tCO2.0GJ/tCO2 2 針對電廠等燃燒后低濃度煙氣CO2，依托多項國家及集團科研項目，集中優勢力量開展聯合攻關，形成了煙氣低能耗CO2捕集技術。2022開發出煙氣開發出煙氣COCO2 2捕集吸收劑、配套工捕集吸收劑、配套工藝及超重力吸收藝及超重力吸收/解吸機，建成勝利電解吸機，建成勝利電廠廠4 4萬噸萬噸/年年COCO2 2捕集裝置，再生能耗捕集裝置，再生能耗4.0GJ/tCO4.0GJ/tCO2 2開發出復合胺吸收

6、劑及開發出復合胺吸收劑及“MVR+MVR+吸收吸收式熱泵式熱泵”節能工藝，在勝利電廠節能工藝，在勝利電廠4 4萬萬噸噸/年年COCO2 2捕集工程上進行工業測試，捕集工程上進行工業測試，再生能耗再生能耗2.8GJ/tCO2.8GJ/tCO2 2進一步優化吸收劑性能，耦合節進一步優化吸收劑性能，耦合節能工藝，在錦界電廠能工藝，在錦界電廠1515萬噸萬噸/年年COCO2 2捕集工程上進行應用，再生捕集工程上進行應用，再生能耗能耗2.4GJ/tCO2.4GJ/tCO2 23 3項國家重點研發計劃項國家重點研發計劃3 3項集團重點科技攻關項集團重點科技攻關10二、CCUS工程技術進展 針對電廠等排放煙

7、氣低CO2分壓、低濃度、組分復雜等特點，開發了低能耗、大吸收容量多氨基CO2吸收劑。工業中試：工業中試：評價溶劑在工評價溶劑在工業條件下的吸收解吸性能，業條件下的吸收解吸性能，并優化配套工藝參數并優化配套工藝參數室內模試：室內模試：評價溶劑吸收評價溶劑吸收及解吸性能及解吸性能室內小試：室內小試：研發高效捕集研發高效捕集溶劑溶劑小試裝置小試裝置模試裝置模試裝置工業中試裝置工業中試裝置（一）CO2捕集技術-低濃度CO2捕集技術高效捕集溶劑11二、CCUS工程技術進展（一）CO2捕集技術-低濃度CO2捕集技術 開發了低壓降煙氣預處理技術、多梯級熱能利用捕集節能工藝、吸收劑損耗控制技術等高效捕集工藝，

8、大幅降低捕集能耗及成本。吸收劑損耗控制吸 收 劑 損 耗 從 1.0 kg/t CO2降 低 至0.6 kg/tCO2。高效捕集工藝堿洗塔煙氣預處理降低了煙氣中SO2、NOx等雜質酸性組分含量及游離水攜帶量。捕集節能工藝多種節能工藝組合應用，再生能耗降低至2.0GJ/tCO2。12二、CCUS工程技術進展（一）CO2捕集技術-低濃度CO2捕集技術高效捕集設備高效CO2捕集反應塔優化塔型、填料、氣液分布器等，開發大型 CO2 捕集反應塔。13二、CCUS工程技術進展形成了模塊化、集成化、緊湊化的CO2捕集設計與總包技術。勝利電廠200萬噸/年CO2捕集工程動力換熱單元三維模型國華15萬噸/年CO

9、2捕集工程三維效果圖模塊化CO2捕集設計技術（一）CO2捕集技術-低濃度CO2捕集技術14二、CCUS工程技術進展（一）CO2捕集技術-低濃度CO2捕集技術工藝包開發基于以上創新技術，集成優化了煙氣CO2捕集工藝，具備了CO2捕集工藝包開發能力，開發的勝利發電廠100萬噸/年CO2捕集工藝包已通過集團科技部組織的評審，工藝包設計再生能耗降低至2.0 GJ/tCO2以下，吸收劑損耗降至0.6 kg/tCO2。15二、CCUS工程技術進展在技術體系的建設上，主持編制了煙氣二氧化碳捕集純化工程設計標準（GBT 51316-2018），國內首部也是唯一一部針對煙氣CO2捕集的國家標準，目前在進行修訂，

10、將擴展到水泥建材化工煤炭鋼鐵等行業。目前，由我公司主編的行業標準石化行業 二氧化碳捕集技術規范 工程類正在編制中；煙氣二氧化碳捕集純化工程設計標準英文版已經編制完成。（一）CO2捕集技術-低濃度CO2捕集技術16二、CCUS工程技術進展（一）CO2捕集技術-NCMA法（改良MDEA）脫碳技術煉廠氣脫碳處理煉廠氣脫碳處理天然氣脫碳處理天然氣脫碳處理天然氣脫碳處理天然氣脫碳處理 針對煉廠氣、天然氣，在MDEA脫碳技術基礎上，對位阻胺凈化技術進行了大量的研究，開發了NCMA法脫碳技術，主要針對活化劑進行升級，采用位阻胺活化劑代替原有的活化劑，至今已有60多套裝置投入應用。17二、CCUS工程技術進展

11、（一）CO2捕集技術-催化熱鉀堿法脫碳技術16萬噸萬噸/年年煤制油循環氣脫碳工業裝置煤制油循環氣脫碳工業裝置神華煤制油費托合成循環氣脫碳神華煤制油費托合成循環氣脫碳 天津石化天津石化EO/EG循環氣脫碳裝置循環氣脫碳裝置 針對煤制油循環氣，開發了新型催化熱鉀堿法脫碳技術，其中開發的活化劑達到國外最先進催化劑的綜合效能，使吸收能力比苯菲爾溶液提高10%30%，再生熱耗降低30%以上，建成16萬噸/年200萬噸/年裝置規模的煤制油循環氣脫碳項目20多套.18二、CCUS工程技術進展（一）CO2捕集技術-高濃度CO2捕集技術針對煉化或煤化工裝置尾氣CO2含量高、雜質含量少的特點，開發形成了低溫液化碳

12、捕集專利技術，CO2捕集率達到95%，并通過增加塔頂氣回收流程等措施，降低了捕集能耗，達到國內領先水平。高89液化站低溫精餾裝置（齊魯石化）低溫液化分離工藝原理發明專利19二、CCUS工程技術進展（二）CO2管道輸送技術u 軟件開發，實現CO2多元組分體系物性與水熱力計算軟件國產化為實現核心技術自主可控，基于管道輸送機理模型，建立了CO2多元組分體系物性計算模型、CO2穩態水力熱力模型、CO2瞬態水力熱力模型，形成國產化工藝仿真計算軟件，填補國內空白。明確物性計算模型雜質對腐蝕、管材、HSE影響多元體系CO2物性特性明確管輸的雜質控制指標水熱力參數求解方程瞬態計算模型CO2物性計算模型CO2水

13、熱力計算模型20二、CCUS工程技術進展（二）CO2管道輸送技術u 流動保障，構建了基于溫壓管控的管輸相態控制關鍵技術以相態控制為核心，經軟件仿真及工程驗證，構建了基于溫壓管控的管輸相態控制關鍵技術，可準確對管道穩態、水擊、停輸、放空等過程進行分析，為二氧化碳管輸流動保障提供支撐。水擊過程管道流體壓力波動放空過程管內流體壓力波動管道事故水擊管道放空相態控制21二、CCUS工程技術進展（二）CO2管道輸送技術u 國際合作，突破長距離超臨界壓力二氧化碳管道投運技術攻克國內零投運技術經驗難點，開展國際交流與合作，軟件模擬與試驗驗證，突破長距離超臨界壓力二氧化碳管道投運技術，實現管道投運相態的穩定建立

14、，確保投運技術切實安全可靠。22二、CCUS工程技術進展（二）CO2管道輸送技術u關鍵裝備國產化，實現管輸增壓泵國產化和超臨界密相注入泵研制技術突破500kw管輸增壓泵研制葉輪及泵內流道結構設計技術研究軸封密封技術研究試驗性能性能評價管輸運行性能研究40MPa級超臨界注入泵研制增壓技術研究液力端結構研究高容積效率技術研究注入運行性能研究開展了百萬噸級500Kv/6000Kv管輸二氧化碳增壓泵與40兆帕級超臨界二氧化碳高效注入泵國產化聯合研制，實現了管輸關鍵設備國產化，填補國內空白。23二、CCUS工程技術進展（二）CO2管道輸送技術 投產與運維服務技術u技術升級，構建CO2管輸標準體系管道設計

15、與建設工程建設示范工程建設p 超臨界輸送管道投運技術p 上中下游一體化聯控平臺建設構建CO2管輸標準體系申報標準開展了管輸全流程技術研究，實現了CO2管道設計、施工、干燥與投運、運行與應急的標準體系構建(29項)與落地實施，助力后續管道的建設運維。24二、CCUS工程技術進展 結合管輸CO2失效機理和介質危害特性，通過理論研究+試驗驗證，開展管道腐蝕與泄漏攻關，掌握了CO2多元體系腐蝕與防護技術，形成了適用于CO2管道的定位精準、實時在線的泄漏監測與預警技術及裝備。CO2管道泄漏檢測技術通過CO2輸送管道泄漏試驗研究，驗證了感溫、感振、感聲對管道泄漏參數表征的適用性，明確了CO2管道泄漏檢測方

16、法和安裝敷設規定。CO2管道腐蝕防護技術以超臨界CO2腐蝕機理為基礎，由外及里、從局部微觀到整體宏觀地建立了管道內腐蝕規律與材料組織特性之間的構效關系。uCO2管道腐蝕防護與泄漏監測技術（二）CO2管道輸送技術 25二、CCUS工程技術進展（三）CO2驅油封存地面工程技術 為實現勝利油田百萬噸級CCUS示范區注入安全、綠色、高效，攻關液態CO2全密閉注入技術，研制了“首臺套”系列注入裝備，實現注入過程全密閉、凈零排放的技術突破。u低溫液態CO2全密閉注入技術可拆卸式低溫CO2儲存裝置50m3和100m3兩個系列2m3/h12.5m3/h七個系列低溫CO2增壓裝置多井式調壓計量裝置2井式、3井式

17、、6井式三個系列26二、CCUS工程技術進展 針對高壓下液態CO2計量精度低開展技術攻關，成功研發一套撬裝多井式計量調流裝置，配套開發的密度補償算法，計量誤差小于7%，在滿足開發計量精度要求的同時，大幅降低計量成本。u多井計量調流技術V錐流量計現場試驗裝置撬裝多井式調壓計量裝置（三）CO2驅油封存地面工程技術27二、CCUS工程技術進展 針對低溫CO2及氣水交替的注入體系，開展了氣水界面防凍堵、防腐蝕技術研究。成功研發了氣水交替閥組撬，實現氣水流程的快速切換，也可進行靈活搬遷。注入工藝配套加熱、阻隔劑及緩蝕劑加注等措施有效解決了氣水共存下凍堵及腐蝕問題。u氣水交替注入系統低能耗防凍及腐蝕控制技

18、術（三）CO2驅油封存地面工程技術28二、CCUS工程技術進展 開發了CO2采出液全程密閉集輸處理技術，確?！坝筒宦涞?、氣不上天、水不外排”，包括原油微正壓密閉脫碳技術、采出水負壓氣提脫碳技術、CO2驅采出液高效破乳分水技術等，助力勝利油田百萬噸CCUS示范工程。uCO2驅采出液集輸處理技術集中處理站撬裝設備三維模型采出液密閉脫碳技術（三）CO2驅油封存地面工程技術29二、CCUS工程技術進展uCO2驅采出氣回收處理技術（三）CO2驅油封存地面工程技術針對處理成本高、處理工藝復雜多樣等問題，形成低成本、規?；囊则層头獯鏋橹鞯牡厣系叵乱惑w化的產出液回收利用技術，開發了低溫液化精餾、變壓吸附脫碳

19、、直接增壓回注等技術，提高CO2利用率，實現規模效益的最大化。直接/摻混回注變壓吸附膜分離低溫精餾30二、CCUS工程技術進展uCO2驅采出液腐蝕控制 提出了強制乳化可完全抑制管道電化學腐蝕的理念，給出了油氣水混輸工藝防腐臨界條件；研發了CO2驅腐蝕控制單項技術，腐蝕速率0.076mm/a。采出液管道流動狀態采出液管道流動狀態高壓釜測試高壓釜測試2020號鋼在不同油水狀態下腐蝕速率號鋼在不同油水狀態下腐蝕速率主要內容已在線發表于Corrosion ScienceIF：10.652/JCR1區 TOP期刊澄清了低澄清了低Cr鋼與普通碳鋼鋼與普通碳鋼腐蝕機理差異。腐蝕機理差異。（三）CO2驅油封存

20、地面工程技術31二、CCUS工程技術進展 建立了CO2封存環境監測體系及方法，探索了高時效性環境風險識別預警方法，在空中、地面、地下開展了土壤氣、大氣、地下水、地面變形、植被遙感等系統的監測研究。（四）CO2驅油封存環境監測技術32二、CCUS工程技術進展光合儀植被采樣地表水取樣安裝氣象站淺層地下井注氣站CO2濃度監測CO2通量土壤氣取樣角反射器（四）CO2驅油封存環境監測技術Contents目 錄一、CCUS與雙碳目標二、CCUS工程技術進展三、CCUS工程應用四、下步工作思考34三、CCUS工程應用（一）4萬噸/年燃煤電廠煙氣CO2捕集與驅油封存示范工程 國家科技支撐項目示范工程，2010

21、年投產，捕集的CO2運送至勝利油田高89-1塊示范區用于驅油與封存，EPC模式，形成了捕集-注入-油藏-生產-采出氣回收一體化的工程，這是國內外首個燃煤電廠煙氣CO2捕集、輸送與驅油封存聯用的CCUS全流程示范工程。35（二）齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS示范工程國內首個百萬噸級CCUS全產業鏈示范工程，2022年8月29日全面建成投產，由齊魯石化捕集提供CO2，并將其運送至勝利油田進行驅油封存，實現了CO2捕集、驅油與封存一體化應用。預計15年可累計注入二氧化碳1068萬噸，同時可實現增油296.5萬噸。三、CCUS工程應用36u齊魯石化CO2回收提純裝置齊魯石化第二化肥廠煤氣化裝置排放

22、的二氧化碳尾氣屬于優質的二氧化碳資源，純度高達90%，通過液化提純技術回收二氧化碳，更加節能、成本更低，且碳捕集端全部裝置均實現國產化。同時，該CCUS項目采用多項綠色技術，降低裝置運行能耗，減少碳排放。CO2回收提純工藝裝置區CO2裝車區三、CCUS工程應用（二）齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS示范工程37u勝利油田高89樊142地區CO2驅油與封存工程高89-樊142示范工程CO2氣源為齊魯第二化肥廠低溫精餾裝置生產的液態CO2，前期通過汽車拉運至勝利油田進行驅油與封存，區塊位于高青縣境內，為我國最大的CCUS全鏈條示范基地。承擔了該項目注入、集輸、產出氣回注等地面工程設計，全鏈條采用全

23、密閉工藝流程。勝利油田與齊魯石化位置圖 博興洼陷油田分布圖三、CCUS工程應用（二）齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS示范工程38 CO2注入：為達到快速施工、靈活搬遷的目的，采用集中監控、無人值守、有人巡檢的管理模式，建設15座撬裝化注入站。采用零排放、低溫計量、分壓分注等關鍵技術，實現注入全密閉。三、CCUS工程應用u勝利油田高89樊142地區CO2驅油與封存工程（二）齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS示范工程39CO2采出液處理：全程密閉集輸與處理，確?！坝筒宦涞?、氣不上天、水不外排”。分質處理：原油分離出CO2后再輸至已建系統，采出水脫除CO2后回注，降低腐蝕影響。防腐選材：采用玻璃鋼

24、、連續復合管、不銹鋼管材、316L內襯等，提高抗腐蝕能力。余熱利用：采用余熱利用技術，提高管輸條件；采用電能、光熱等加熱能源，減少碳排放。三、CCUS工程應用u勝利油田高89樊142地區CO2驅油與封存工程（二）齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS示范工程40 含CO2伴生氣處理：直接增壓回注工藝。高89-樊142地區CO2驅油與封存實施后，高含CO2的產出氣直接回注地層進行二次驅油及封存，具有投資低、流程簡單、能耗低以及方便管理的特點，可實現全流程CO2零排放。三、CCUS工程應用u勝利油田高89樊142地區CO2驅油與封存工程（二）齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS示范工程41三、CCUS工

25、程應用（二）齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS示范工程 建設國內首條百萬噸、百公里齊魯石化-勝利油田CO2輸送管道示范工程，為國內CO2管道的設計、建設審批和運行監管提供了試點示范。國內首條超臨界CO2輸送管道全長114.5公里，輸送干線長80公里、管徑300毫米，支線長34.5公里，管徑80150毫米，設計壓力12兆帕，年設計輸量100萬噸。u 落地實踐，建設百萬噸百公里CO2管道示范工程運行監管42（三）勝利發電廠100萬噸/年CO2捕集與利用工程對勝利發電廠低濃度煙氣（CO2濃度11.5%）進行捕集、脫水、增壓后（濃度99.5%）通過管道輸送至周邊油區。目前已完成捕集工藝包開發和可研。三

26、、CCUS工程應用43（四）廣利油田萊113塊沙四上CCUS工程萊113區塊產出液集中進行油氣分離，采出液脫碳后輸至已有集輸系統，含碳伴生氣進行液化精餾，回收液態CO2進一步回注。該工程正在開展施工圖設計，計劃2023年6月底全面建成投產。三、CCUS工程應用Contents目 錄一、CCUS與雙碳目標二、CCUS工程技術進展三、CCUS工程應用四、下步工作思考45四、下步工作思考（一）加大新技術研發，降低CCUS全鏈條成本及能耗，提高經濟可行性及封存量 低濃度排放源化學吸收法捕集技術（排放量占比85%）驅油-埋存協同優化技術，最大化增加原油產量和封存量 高固碳比高附加值的CO2利用技術46四

27、、下步工作思考（二）部署BECCS、DACCS、CCUS+新能源等前瞻技術攻關CCUS與生物質能互補耦合利用技術路線CCUS與氫能互補耦合利用技術路線空氣碳捕集47四、下步工作思考（三）加快完善相關標準規范和激勵政策 完善CCUS行業規范、制度法規框架體系以及技術標準等，覆蓋建設、運營、監管、終止全生命周期；盡快形成CCUS方法學，出臺量化核證國家標準，將CCUS項目盡快納入我國自愿減排機制。48四、下步工作思考（四）推進 CCUS 示范工程及集群建設，推動CCUS產業化、規?；l展 選擇資源條件良好(如煤炭、水、生物質等)、源匯匹配、地方政府態度積極的地區，積極有序開展 CCUS 全鏈條工程示范，開展全生命周期評價。在源匯匹配條件較好的區域建設CCUS工業集群，通過對管網和封存基礎設施的共享使用，可降低成本、形成規模效應，提高CCUS技術應用的可行性。謝謝謝謝