加快并优化碳的捕集、利用及封存-艾默生.pdf

加快并优化 碳的捕集、利用及 封 存 缓解气候变暖 随着全球能源需求的增加，为了缓解气候变化所 采取的脱碳与环境可持续战略，不仅需要更多地 使用可再生能源与清洁燃料、加快低碳电气化、 提 高 运营 性能 与能效、以及减少 废弃物 和优化排 放管理，还需要在碳捕集、利用和封存方面进行 更多的投资。 2 碳捕集、利用及 封 存 碳捕集、利用和 封 存 （ CCUS） 是直接从空气中或从生产 源头捕集二氧化碳，以防止其进入大气的工业流程。被 捕集后的二氧化碳，一方面通过进一步的提纯和液化， 被运输至适合的封存地点，以 使其与大气保持长期隔离； 另一方面则可应用于其它适销的工业与商业产品。 CCUS有可能在减少难以实现减排行业的排放方面发挥关 键作用，尤其是水泥、钢铁和化工行业。对于某些工业 和燃料转化过程而言， CCUS 是减少大规模温室气体 （ GHG）排放最具成本效益的解决方案之一， 尤其是对 那些本身会产生相当纯度二氧化碳气流排放的场景更是 如此。 几十年来，碳捕集的工艺一直用于天然气加工， 以去除 天然气中的二氧化碳，从而提高纯度。自 20 世纪 70 年 代以来，捕集的二氧化碳被输送到油田，并用于提高石 油采收率。现在，碳捕集技术也已成功地与地下注入和 二氧化碳封存相结合。 3 碳捕集方式 尽管 越来越多的项目专注于 验证 直接从空气中大规模捕集 二氧化碳的可行性，但最具成本效益的方法是从源头捕集 碳。根据工业过程和二氧化碳浓度的不同，从源头来看， 有三种主要的提取方法： 低浓度 燃烧后捕集 —— 化 石燃料燃烧后，从烟气中捕集二氧化碳 （尤其是在发电站， 但也包括其它源头）。 一般 浓度 燃烧前捕集 —— 燃烧前化石燃料的部分氧化会产生一氧化 碳。添加的蒸汽会产生被捕集的二氧化碳和可用作燃料的 氢气。 高浓度 氧燃料燃烧 —— 化石燃料在纯氧中燃烧，产生几乎完全由 二氧化碳组成的废气。 4 4 碳捕集、利用及 封 存 （ CCUS） 行业面临的挑战 碳捕集和 封 存被认为是一项经过验证的安全技术。然而，较高的运营成本是其面临的最大挑战。 实施及运营成本 用于捕集技术、运输管道和地质封存的前期资本投入可能会令人望而却步。 由于二氧化碳捕集和压缩本身所需大量 能耗，项目的运营成本也随之水涨船高 。捕集二氧化碳还会降低工厂的效率，增加水的使用。这些低效率和相关成 本最终可能导致 CCUS 项目从 经济 角度考虑不太可行。 运输挑战 由于 现有的石油和天然气管道不适用 ， 需要搭建新的设施将冷凝和液化的二氧化碳安全地输送到 封 存或利用场所， 运输二氧化碳 成本很高 。压缩二氧化碳和维持整个管道的高压需要大量能量。 二氧化碳流中存在的杂质（也包括杂 质水）会对管道造成损害并导致危险的泄漏；泄漏的压缩流体迅速膨胀成气体又进一步会引发爆炸。 对于长途运输 中使用的船舶，要求能够进行缓冲 封 存，且装卸具备贸易交接的能力。 封 存注意事项 尽管至少到下一个世纪，全球范围内有足够的封存潜力，但是 目前缺乏支持永久 封 存的法规和责任说明。 5 主要的运营挑战 CCUS 的成功取决于 捕集 过程的效率和成本效益，降低 运输成本并确保可靠的控制。在这些不同阶段中，有许 多关键挑战必须解决： 碳 捕集 • 能源效率 • 过程效率 • 设备可靠性 运输 • 压缩机和泵的可靠性 • 液化过程效率 • 液相不稳定性 • 泄漏 封 存 • 评估 封 存容量 • 注入过程效率 • 封存地地质耐久度 自动化技术对 CCUS 的可行性、安全性和有效性起着至 关重要的作用。 6 碳 捕集 效率 燃烧后胺基吸收是最成熟的碳 捕集 工艺。它由一个吸收器和一个汽提塔 组成，在吸收器中，化学溶剂从烟气中 捕集 二氧化碳，在汽提塔中，化 学溶剂被再生，二氧化碳被提取。二氧化碳 捕集 效率取决于溶剂循环速 率。增加循环速率会增加汽提塔再沸器所需的能量。因此，在捕集效率 和再生溶剂的能源成本之间存在权衡。以最有效的方式达到目标二氧化 碳 捕集 率是一项挑战。 自动化解决方案： • 在线分析允许通过多变量控制和分析进行流程优化 • 先进的控制和报警管理软件有助于优化 运行 性能，而数字双胞胎技术 可提高操作人员 效率 • 能源管理信息系统自动侦测高能耗与低能效，帮助现场减少能源消耗 可达 15% • 科里奥利密度计自动测量胺浓度，确定溶剂循环速率，以 更 低成本实 现理想的 捕集 效率 • 精确控制旋转设备可以减少能耗，而在线机械 设备 健康监测可以减少 意外 停机时间 • 压力安全阀具有更高的稳定性和密封性，可减少泄漏， 有效 减少排放 7 液化效率 液化是二氧化碳远距离输送的 必要 过程，由 一系列压缩和冷却组成。液化过程的效率取 决于可靠的测量和控制。提高流程每个阶段 的可视性至关重要，但支持传感器收集可操 作数据所需的基础设施成本可能很高。 自动化解决方案： • 智能无线网络可降低安装成本，并实现持 续监控，以 及时 响应现场 问题。 • 控制系统提供工厂可视化工具的无缝集成， 有助于保持完整的资产可视性。 • 先进的报警管理工具 可 提高操作 人 员效率。 8 压缩机可靠性 二氧化碳 一般需要经过 1500 至 2200 Psi 的压力 进行压缩 。压 缩机是 CCUS 所有阶段都会用 到 的关键 设备 ，意外故障会 造成 生产能力中断、设备损坏、 额外的 维护 工作 和成本 ， 以及 工作 计划 的 延迟。 在过去 ，在线监控 一直 被认为 是高成本且难以实 现的 。 自动化解决方案： • 通过 普适 传感器和数据分析，持续监控压缩机的健康和性 能，提供 数据 可视性， 从而 降低停机和 /或事故风险。 • 优化的数字阀 门 解决方案确保压缩机流量稳定，防止损坏， 延长压缩机寿命。 • 适当的压力安全阀使操作更接近最佳压力设定点，并减少 有害 排放。 9 泄漏 泄漏阻碍了二氧化碳 捕集 整体目标的实现 。 腐蚀和侵蚀 会造成泄漏，因此 在 CCUS 的 各个 阶段 都需要重视这些 问题。在胺碳 捕集 装置中， 当 水蒸气冷凝 后遇到二氧化 碳 ， 会生成 碳酸 造成腐蚀 危害 。汽提塔进料处的两相流 也会导致腐蚀问题。切 变 速率、湍流和蒸汽速度也是 有 效控制 腐蚀和侵蚀的关键。在液化过程中，二氧化碳中 的水分含量可能会导致泄漏，必须加以控制。 实时检测 和定位管道 的 泄漏 可帮助 您更快解决问题。 自动化解决方案： • 通过使用无线声波传感器连续监测管道壁厚，了解 腐蚀的影响，并保持无泄漏过程。 • 实时监控和报警解决方案，快速识别泄漏和破裂。 • 软件方案汇聚不同的管道和资产完整性相关数据， 帮助识别问题并执行更准确的风险建模。 • 高性能阀门具有优越的密封和填料监测，能及时发 现潜在泄漏点，可有效减少污染排放。 10 二氧化碳 完整性 将二氧化碳保持在液态是非常重要的，但实施 起来可能很困难。二氧化碳的纯度对于在不需 要额外能量的情况下保持 其 单相很重要。杂质 和潮湿条件会导致干冰的形成 ， 湿度也会带来 腐蚀和潜在泄漏的风险。 因此 对流 体 进行准确 的 分析对 于 运营和安全 也是 至关重要 的 。 自动化解决方案： • 连续分析技术可远程执行可靠的在线气体 分析。 • 采用 科 里奥利流量计 可 应对 二氧化碳处于 或接近超临界状态 时的 多相流和密度测量 挑战 。 11 封 存容量 地下碳 封 存项目的成功取决于对二氧 化碳 封 存能力的可靠估计。地质环境 和岩石特征的高度 多样 性使得 对于 封 存 容量的 评估具有挑战性。对来自多 个来源和学科的地下信息进行全面整 合，对于预测地质构造中可注入和 封 存的碳量可起到关键作用。 自动化解决方案： • 先进的地震处理和成像软件方案 能够准确显示地质特征和地下 封 存综合体的轮廓。 12 封 存 完整性 封 存过程的可靠性是非常关键的，因为二氧化碳泄漏会 破坏碳 封 存作为 脱碳 缓解方案的价值。 长期封存的封隔 完整性 的可靠评估对于选址和开发方面的商业决策至关 重要。为了将泄漏风险降至最低， 需要 验证注入的二氧 化碳 是否封隔在封存体内 ， 通过 有效 的 监控可 及时 响应 危及 封 存过程可靠性的事件。 自动化解决方案： • 井下仪表提供来自储层的连续实时数据，确保井 孔 完整性和工艺可靠性。 • 软件 方案可 分析和解 释 项目 全 生命周期内 的 地震数 据 ，从而了解 地下 的状态 变化。 13 选择合适的业务合作伙伴 与能够提供 较为 完整自动化解决方案组合及广泛项目专 业知识的供应商进行合作，有助于降低项目复杂性 、 提 高运营效率和 封隔可靠性 。 艾默生的 自动化技术专门用于监测和控制捕集过程、液 化、压缩、管道输送、装载和卸载、 中转 和地 下封存 ， 通过提供先进的控制、增强的过程可视性和可操作的信 息以 优化 决策， 并 确保 运营 确定性。 艾默生的项目确定性方法和技术，加上全球范围内广泛 的行业专业知识， 可有效 降低 项目风险，有助于确保在 预算内按时交付大型 投 资项目。 14 。 向低碳未来 进发 艾默生通过帮助 用 户 应对 技术挑战 和 扩大 方案规 模， 助力 其 实现脱碳 目标 。这包括优化低碳电力 和氢 能 等低碳燃料的生产，实现最终用途的电气 化，减少建筑物和工业企业的能源使用，最大限 度地减少废 弃 物 的 产生和材料 的 使用，防止排放 泄漏，以及捕集和 封 存二氧化碳 。 15 为了提高 CCUS 的 可行 性 并满足可扩展的需要， 艾默生将 不断 开发创新解决方案，以确保更高效 的 捕集 、安全 经 济 的运输 和 可靠的 封存 。 https://www.emerson.cn/zh-cn/esg/sustainability 艾默生官方微信