蹲点深一度丨“碳捕手”成长记

2021-12-07 08:14 大众报业·大众日报阅读 (41208) 扫描到手机

◎“吃”进二氧化碳驱出石油

二氧化碳驱油既能提高石油产量,还减少了二氧化碳排放

“将生产过程中产生的二氧化碳尾气分离、提纯,再通过注气站注入油藏,可以增加原油流动性,驱替油藏微孔中的原油,大幅提高石油采收率。” 二氧化碳驱油效率比水驱高40%,采油成本比水低20%,封存率一次能到60%-70%。由此,既能提高石油产量,还减少了二氧化碳向空气中的排放,兼具生态效益与经济效益。

◎“三年注一口井”实现突破

胜利油田已在7个区块规模化推广CCUS项目,累计注入二氧化碳43万吨

当地层压力达到一定条件,二氧化碳密度和原油密度相当,就能像水和酒精一样融在一起,实现二氧化碳混相驱替,能达到开发效果。“接到二氧化碳混相驱试井通知是2013年2月,试井成功就到了2016年12月。” 目前,胜利油田已在7个区块规模化推广CCUS项目,累计注入二氧化碳43万吨,封存40万吨,增油达10万吨。

◎成本问题是关键

碳捕集成本能否随着技术进步逐渐下降,成为提高二氧化碳回收率的关键

油田CCUS所需要的是高纯度的二氧化碳,必须由特定装置捕集、提纯,运输或输送后才能注入井下。这样的二氧化碳在市场上还属于相对稀缺的资源。省内气源零散,价格波动大,每吨200元到1000多元的情况都有。

成本问题也困扰着二氧化碳捕集企业。因为成本问题,企业所捕集的二氧化碳占自身二氧化碳产生量的比例并不高。碳捕集成本能否随着技术进步逐渐下降,成为提高二氧化碳回收率的关键。

液态二氧化碳运输成本也高。长距离管道建设可能还会遇到一些难题。

◎“窗口期”期待更多政策

激发市场主体主动作为,政策引导很关键

今后的5-8年是CCUS发展的“窗口期”。应适当超前,布局CCUS示范与产业化集群建设。 “持续的节能降耗减排是企业一直要做的,碳捕集、利用、封存对环境肯定是好的。” 激发市场主体主动作为,政策引导很关键。近年来,当地超前布局,出台政策鼓励企业低碳发展,以争取主动。

■文章全文

二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS),将成为实现碳中和目标不可或缺的关键性技术之一

“碳捕手”成长记

□ 本报记者 赵丰

二氧化碳,最常见的温室气体。我国提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。“双碳”目标之下,看待二氧化碳应有更多视角。

二氧化碳捕集、利用与封存(简称CCUS),被认为是化石能源实现碳中和的重要途径。不久前出台的碳达峰碳中和顶层设计文件要求,推进规模化碳捕集利用与封存技术研发、示范和产业化应用。近年来,胜利油田通过二氧化碳驱提高石油采收率,兼具经济效益与生态效益。围绕CCUS发展现状、前景等问题,记者蹲点胜利油田及二氧化碳捕集企业,进行了调查采访。

“吃”进二氧化碳驱出石油

二氧化碳驱油既能提高石油产量,还减少了二氧化碳排放

12月1日,记者来到胜利油田莱113区块。湛蓝的天空之下,两个巨大的白色储罐密密连接着多条管线,管线上或上或下或左或右的红色箭头,格外引人注意。

胜利油田注气技术服务中心二氧化碳项目部1#站站长李刚,这些天一直在这里值守。“这两个储罐储存的是二氧化碳,每个储罐能存50吨。罐内高压低温,二氧化碳呈液体状态。”打开储罐旁控制面板,李刚读出了罐内实时数据:温度零下20℃、液体高度1.106m。

记者注意到,储罐下挨着一处阀门的管线上结了一圈1厘米多厚的冰,表面坚硬,且异常平滑。

管线向右延伸的箭头连接的是液态二氧化碳注入泵,通过增压向附近油井注入二氧化碳。10月1日起,正式向两口油井注二氧化碳。

二氧化碳注入油井,有什么用?

“将生产过程中产生的二氧化碳尾气分离、提纯,再通过注气站注入油藏,可以增加原油流动性,驱替油藏微孔中的原油,大幅提高石油采收率。”胜利油田高级专家吕广忠说,二氧化碳驱油效率比水驱高40%,采油成本比水低20%,封存率一次能到60%-70%。由此,既能提高石油产量,还减少了二氧化碳向空气中的排放,兼具生态效益与经济效益。

截至12月1日下午,两口油井已累计注入4200多立方米二氧化碳。

注入油藏的高纯度二氧化碳哪儿来的?“来自于东营市港城热力有限公司。”李刚指着储罐下方的一处阀门告诉记者,油田下属的一家运输企业每天派4到5个罐车从港城热力运回捕集提纯后的二氧化碳,每车装25立方米,约5小时来一车,以保证24小时持续注入。

距离莱113区块近百公里的港城热力有限公司,地处东营港经济开发区,是当地唯一一家热电联供企业。12月2日,记者来到港城热力有限公司。厂区内,两个巨大的球罐每个能存储500立方米液态二氧化碳,油田的罐车就是从这里装车。

图为港城热力有限公司储存液态二氧化碳的球罐。记者 赵丰 报道

“2019年,公司与大连理工大学合作,投资建设了锅炉烟气二氧化碳捕集及同步制氮项目,2019年年底建成试运行,2020年3月正式运行。”港城热力有限公司副总经理张健说,该项目二氧化碳年捕集能力达10万吨,正常每年捕集四五万吨。

这套二氧化碳捕集装置整体占地约20亩,成排高耸的柱状罐体和管道交叉连接。采访中,“扑哧扑哧”的声响不绝于耳。张健介绍,这是变压吸附过程中排出低纯度气体产生的声响。

液化二氧化碳属于危化品,装卸、运输有严格要求。“其危害在于如果泄露可能会因浓度突然增高,给人带来窒息危险。”李刚说,卸料管线两头专门装配了防脱链,并用吊带把软连接捆绑,防止脱落,并且管线使用两年就要强制更换。

胜利油田莱113区块,存储能力达50吨的二氧化碳储罐。记者 赵丰 报道

连接好管线后,所有工作人员都要撤到5米之外,拉上警戒线,放上“高压管线,禁止跨线”的警示牌。卸车时,工作人员将便携式二氧化碳报警仪放在工服裤口袋里,检查是否有泄露。区块监控室可远程监控,发现问题遥控关掉阀门。罐车上也有紧急切断阀,危化品安全员全程跟车,与司机实行双人监护。

“三年注一口井”实现突破

胜利油田已在7个区块规模化推广CCUS项目,累计注入二氧化碳43万吨

至今,回想起用三年多时间注一口井的日子,胜利油田勘探开发研究院气驱试验室主任高安邦仍然激动不已,“接到二氧化碳混相驱试井通知是2013年2月,试井成功就到了2016年12月。”

之所以要进行混相驱试验,勘探开发研究院专家兼气驱试验室经理张传宝解释说,室内试验发现,当地层压力达到一定条件,二氧化碳密度和原油密度相当,就能像水和酒精一样融在一起,实现二氧化碳混相驱替,能达到开发效果。这一研究需要进场试验确认。

2013年,高安邦所在的部门是原现代试井室,只有遇到“重点井”“难井”时,团队十几个人才整班人马拉出来。试井团队在高青县境内的樊142-7-斜4井组(6口油井、1口注气井)展开试验,油井始终处于关井状态,注气井源源不断地注入二氧化碳。

“我们要实时记录油井下每一分钟的压力情况,传回后方,以便跟踪分析矿场动态,掌握二氧化碳在油藏中的运移规律。”高安邦说,想到过会很难,但没想到会这么难,更没想到难题会出现得这么快:刚刚把高精度压力计送到井下几个小时,地面上就读不到数据了。

“调整了几次都不行,后来发现问题在于密封。井底30兆帕(大约300个大气压)的高压和150℃的高温,密封压力计的橡胶圈在井底像爆米花一样爆开,随后又恢复原状,但其实已不工作了。”高安邦说。

拆掉报废的橡胶圈,换上新的,来来回回开井、拆装很耗时间。随后,试井团队改进测试工艺,将压力计释放出来挂在油管的内壁上,解决了问题。

就这样,这个团队一直在井口24小时值守,吃住都在车上。

“之前团队试井最长纪录是42天。这次远远超过最长纪录,很辛苦。”气驱试验室党支部书记、院试井专家李友全说,并不是生活环境带来的问题,而是试井同时,其他工作也要干。

后来,经过技术改造,团队实现了远程读取数据。李友全调侃,这些技术进步都是“懒”出来的。

一直注气、监测了两年时间,终于实现了混相,但一混相就开井,也没有达到预期效果。

接着“闷”!不达到40兆帕,坚决不开井!

又过了一年半。2016年12月,注入1.9万吨二氧化碳后,油井地层压力终于升至40兆帕,油井自喷生产,单井日产油由原来的1吨升为6吨-9吨,以日均产油5吨的水平稳产了两年。

压力监测又延长了两年半时间。由此,坚定了胜利油田推广二氧化碳驱油的信心。

CCUS作为化石能源降碳减排的重要途径,越来越被重视。胜利油田也加快了CCUS的研发与布局。

图为胜利油田勘探研究院工作人员向记者展示模拟二氧化碳驱用到的岩心。它们从地下3000米取出,看似差不多,但渗透率情况差别很大。记者 赵丰 报道

“我们自主研发了气驱非均质长岩心物理模拟系统,利用从地下3000多米采的岩心样本进行模拟试验,包裹连接起来的岩心像个金箍棒一样,最长的有2米。”张传宝说。

今年7月以来,更是大动作频出。中国石化碳捕集、利用与封存(CCUS)重点实验室在胜利油田揭牌;齐鲁石化—胜利油田百万吨级CCUS项目,由齐鲁石化捕集提供二氧化碳运送至胜利油田进行驱油封存,实现二氧化碳捕集、驱油与封存一体化应用,可年减排二氧化碳100万吨,相当于近60万辆经济型轿车停开一年,预计年底将投产运行。

目前,胜利油田已在7个区块规模化推广CCUS项目,累计注入二氧化碳43万吨,封存40万吨,增油达10万吨。

成本问题是关键

碳捕集成本能否随着技术进步逐渐下降,成为提高二氧化碳回收率的关键

虽然胜利油田在CCUS技术层面越来越成熟,但也为二氧化碳气源问题苦恼。

可能会有人疑问,空气中、工业生产中二氧化碳不是很多吗,不正是二氧化碳排放量巨大,才有的“双碳”目标吗?

殊不知,油田CCUS所需要的是高纯度的二氧化碳,必须由特定装置捕集、提纯,运输或输送后才能注入井下。这样的二氧化碳在市场上还属于相对稀缺的资源。

胜利油田开发管理中心牵头二氧化碳气源开发的一位负责人表示,省内气源零散,价格波动大,每吨200元到1000多元的情况都有,而且一般具有相对稳定的客户。油田自有的胜利电厂烟气二氧化碳浓度低,现有技术条件下捕集成本每吨也要350元-450元。从2018年开始,油田找碳排放大户谈,但根据规定的盈亏平衡点倒推出来的205元/吨的价格太低,对方看不着利润,安全上又增加了要求,来来回回四五次没能谈拢。

成本问题也困扰着二氧化碳捕集企业。

“向油田提供捕集提纯后的二氧化碳,其实我们并不赚钱,最多是不赔不赚。”张健说,早在五六年前公司就调研过碳捕集,但按照当时的技术路线,成本太高。后来相关技术有所突破,公司很快就上马了碳捕集项目。2020年3月正式运行的锅炉烟气二氧化碳捕集并同步制氮项目(一期)投资达9000万元,目前捕集率达到80%,纯度达99.5%。半负荷运转下来,年营业额能达2000万元,盈利在两三百万元。

这个项目之所以还能持续,关键在于这套装置既能捕捉二氧化碳,又能同时或单独捕捉氮气。

“公司的锅炉烟气中二氧化碳浓度只有10%左右,浓度较低,捕集成本相对较高,而氮气占80%左右,按照热电企业一年运行在8000个小时以上来算,每年有上亿立方米的氮气产量,而开发区企业众多,0.4元/立方米的售价比企业自制氮气还要便宜。”张健说,每小时产生的氮气中公司自用2000多立方米,其他企业用6000多立方米,近期又与几家企业签订了每小时供3000多立方米的协议。

同样位于东营港经济开发区的海科瑞林化工有限公司有另外一个思路。2019年上半年开始碳捕集后,考虑到碳市场波动较大的情况,把二氧化碳一部分卖给油田,一部分卖给附近化工企业。

该公司总经理许胜军说:“公司二氧化碳回收装置投入了4000万元,碳捕集能力达到15万吨/年,回收率能到98%。通过进一步提纯,捕集的二氧化碳可以直接作为工业原料卖到园区化工企业,以生产高附加值的碳酸二甲酯等产品。碳价高的情况下,几年就能回本。”

记者注意到,因为成本问题,港城热力和海科瑞林两家企业所捕集的二氧化碳占自身二氧化碳产生量的比例并不高。其中港城热力最大捕集能力不到总量的二十分之一,海科瑞林回收的二氧化碳占排放量的12%到15%。因此,碳捕集成本能否随着技术进步逐渐下降,成为提高二氧化碳回收率的关键。

液态二氧化碳运输成本也高。吕广忠估算,目前通过罐车运输,1吨二氧化碳运送1公里需要0.8元-1元,而使用管道运输成本至少能降一半左右。但因为二氧化碳是危化品管理范畴,长距离管道建设可能还会遇到一些难题。

“窗口期”期待更多政策

激发市场主体主动作为,政策引导很关键

齐鲁工业大学(山东省科学院)二级研究员、山东省生态文明研究中心主任周勇,长期从事低碳发展与应对气候变化等领域研究。周勇认为,今后的5-8年是CCUS发展的“窗口期”。应适当超前,布局CCUS示范与产业化集群建设。从减碳量来说,未来直接封存(CCS)的潜力与作用同样大,应加大研究力度。

吕广忠也认为,按照胜利油田科研成果“推广一代、攻关一代、储备一代”的要求,目前CCUS需要推广示范,鉴于胜利油田地下封存潜能达20亿吨,CCS需要继续攻关,实现技术储备。

他分析,胜利油田周边石化企业特别多,二氧化碳气源丰富,封存需要打井,而油田开发已经打了好几万口井,可以说有很好的源汇匹配优势。CCUS需要跨行业,目前CCUS产业链还没有形成,因此虽然炼厂、化工厂多,烟气中二氧化碳浓度高,但现实中较少有捕集的。

港城热力有限公司作为首批纳入全国碳交易市场的电厂,在二氧化碳排放量配额核算时,并没有把今年捕集的二氧化碳量考虑在内。“如果核算,需要进行二氧化碳捕集、利用、封存整个链条的核算,对不同环节企业降碳减排量分类确定。”张健说。

“持续的节能降耗减排是企业一直要做的,碳捕集、利用、封存对环境肯定是好的。”许胜军注意到,今年7月开展重点行业建设项目碳排放环境影响评价试点,9月确定在产业园区规划环评中开展碳排放评价试点。

激发市场主体主动作为,政策引导很关键。石化行业是碳排放大户,东营港经济开发区拥有62家规上石油化工企业,碳减排任务重、空间大。近年来,当地超前布局,出台政策鼓励企业低碳发展,以争取主动。

“今年6月开发区对技改项目奖补评选方案进行了优化,重点节能减排、直接减碳的项目系数都提升了10%,让低碳企业在评比中更有优势。直接减碳的港城热力与海科瑞林两个碳捕集项目,按照每捕集1万吨奖补10万元的标准进行奖励。”东营港经济开发区经济发展局局长陈涛说,通过典型示范政策引导,辖区内个别电厂也计划上碳捕集装置。

近日,港城热力有限公司通过银企专向对接,以71万吨的碳排放权质押贷款2000万元,盘活了碳配额资产,解决了企业现金流问题。年捕集能力15万吨的二期项目也即将启动,还计划利用一家企业的光热技术与公司现有设备耦合,降碳减碳。

“目前,胜利油田正在循环注入进行科研攻关,筹备建设国家CCUS技术策源地,打造全流程标准体系。”吕广忠说,前景值得期待。

(□记者 徐永国 李明 参与采写)

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CCUS发展前景广阔

□ 本报记者 赵丰

每减排1万吨二氧化碳,相当于植树55万棵。CCUS技术对实现碳中和目标不可或缺。

二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)是指将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来,直接加以利用或注入地层以实现二氧化碳永久减排的过程。CCUS在二氧化碳捕集与封存(CCS)的基础上增加了“利用”,这一理念随着CCS技术的发展和对CCS技术认识的不断深化,目前已经获得了普遍认同。从国外碳捕集项目来看,地下封存、驱油和食品级利用,是较主要的方向。

国际上普遍对CCUS技术寄予厚望。国际能源署(IEA)发布的《2050年净零排放:全球能源行业路线图》预计,CCUS技术是唯一能够在发电和工业生产过程中大幅减少化石燃料碳排放的解决方案。全球碳捕集将从2020年的4000万吨/年,增长至2050年的76亿吨/年,市场前景广阔。

当前,我国的CCUS各技术环节均取得了显著进展,部分技术已经具备商业化应用潜力。已投运或建设中的CCUS示范项目约40个,捕集能力300万吨/年,多以石油、煤化工、电力行业小规模的示范为主。

项目整体规模较小,成本较高。成本主要包括经济成本和环境成本。经济成本首要构成是运行成本,主要涉及捕集、运输、封存、利用这四个主要环节。预计至2030年,二氧化碳捕集成本为90-390元/吨,2060年为20-130元/吨。

2021年7月,生态环境部环境规划院组织发布《中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)——中国CCUS路径研究》,报告建议,明确面向碳中和目标的CCUS发展路径。充分考虑碳中和目标下的产业格局和重点排放行业排放路径,重点从减排需求出发,研判重点排放行业以及生物质能的碳捕集与封存和直接空气捕集的技术减排贡献。

完善CCUS政策支持与标准规范体系。加速推动CCUS商业化步伐,将CCUS纳入产业和技术发展目录,打通金融融资渠道,为CCUS项目优先授信和优惠贷款;探索制定符合中国国情的CCUS税收优惠和补贴激励政策,形成投融资增加和成本降低的良性循环。

规划布局CCUS基础设施建设。加大二氧化碳输送与封存等基础设施投资力度与建设规模,优化技术设施管理水平,建立相关基础设施合作共享机制;注重已有资源优化整合,推动现有装置设备改良升级,逐步提高现有基础设施性能水平;充分利用相关基础设施共享机制,建设二氧化碳运输与封存共享网络,不断形成新的CCUS产业促进中心,推动CCUS技术与不同碳排放领域行业的耦合集成。

开展大规模CCUS示范与产业化集群建设。针对捕集、压缩、运输、注入、封存等全链条技术单元之间的兼容性与集成优化,突破大规模CCUS全流程工程相关技术瓶颈,在“十四五”期间建成3-5项百万吨级CCUS全链条示范项目;加速突破高性价比的二氧化碳吸收/吸附材料开发、大型反应器设计、长距离二氧化碳管道运输等核心技术,促进CCUS产业集群建设;把握2030―2035年燃煤电厂CCUS技术改造的“窗口期”,在电力行业超前部署新一代低成本、低能耗CCUS技术示范,推进CCUS技术代际更替,争取最大减排效益。