客观日本

在苫小牧验证试验中心,CO2回收、压入地下的项目重启

2017年02月28日 能源环境

日前,从工业废气中分离并回收产生温室效应的气体——二氧化碳(CO2)并将其压入到海底地层的项目重新启动。受经济产业省的委托而实施该项目的日本CCS调查株式会社于 2月4日起在该公司位于北海道苫小牧市的苫小牧验证试验中心重启了CO2压入项目。2月1日,环境省批准了由经济产业省提交的变更申请,其具体内容是变更监控排放的CO2是否按计划被保留在地层内的监控方法,上述项目也随之得以重启。作为亚洲地区唯一的CCS项目,此次重启也引发了其他国家的广泛关注。

对火力发电厂和工厂排放的CO2进行回收,将其压入符合储存条件的地层内的这项技术简称为CCS(Carbon dioxide Capture and Storage),在2013年发表的联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告中,其被列为削减CO2排放量的有效手段。在各成员国的共同努力之下,关于CCS国际标准(ISO体系)的制定工作也已于2012年启动。

日本于2008年成立了日本CCS调查株式会社,旨在对CCS相关技术进行研发。同年以温室效应对策为主要议题的北海道洞爷湖八国集团首脑会议召开。在会议上,聚集了来自电力、炼油、石油开发、设备工程等行业的35家企业的负责人。受经济产业省委托的日本CCS调查株式会社将最初的验证试验地点选在了北海道苫小牧市。这里的优势在于具有多年石油和天然气的开采历史,地下地质数据资料丰富详实。从2008年到2011年的三年间,根据对原有资料的分析结果、以及新近获得的弹性波探测和挖掘调查等的结果,确认这里存在适合储藏CO2的地层。

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苫小牧地区CCS验证项目整体示意图(日本CCS调查株式会社提供)

图片说明:毗邻苫小牧验证中心的炼油厂提供含有CO2的废气,验证中心利用分离回收装置将其中所含有的CO2提取出来,通过两座压入井将其压入近海海底的地层中。

被压入地下地层中的CO2来自毗邻于验证中心的出光兴产北海道炼油厂的制氢装置,其会排放出含有大量CO2的废气。废气经过输气管道被输送到验证中心,在分离回收装置中与胺液接触发生反应,通过减压、加热等手段回收纯度在99%以上的CO2。其中的一部分CO2经过压缩,加压到9.30MPaG(约100个大气压)后,压入海底1000至1200米的地层内,其余的CO2进一步加压到22.8MPaG(约240个大气压)后,压入海底2400至3000米的更深的地层内。由于压入井是从验证中心的地表开始挖掘,并从中段开始以一定的倾斜角度向海底延伸,因此在输送CO2的压入井的前端与陆地之间,存在3000至4000米的近海区域。压入CO2的两个地层都属于富含空隙的砂岩和火山岩地层,适合储藏CO2,在两种地层的上面都覆盖着泥岩,能够抑制CO2向地表泄漏。

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CO2分离回收装置(日本CCS调查株式会社提供)

图片说明:通常的做法,是在CO2分离回收装置中对吸收了CO2的胺液进行加热,从而实现CO2的回收。在苫小牧验证中心的装置中,在对吸收了CO2的胺液加热之前,使其在低压闪蒸塔(Low Pressure Flashing Tower)中进行减压,回收其中大部分的CO2,这样就能降低分离和回收过程中所需的能源消耗。

日本CCS调查株式会社在去年4、5月份开始实施最初的压入作业,将约7000吨CO2输送到了海底的地层中,然而,在后来中断期间实施的海洋调查中,发现监测地点附近的部分海水CO2浓度超出了国家标准。此后,尽管通过详细分析确认这不是由压入的CO2造成的,但是压入作业还是被果断叫停。因此,经济产业省修正了原来的监测计划,向环境省提交了变更申请。

苫小牧CCS验证项目的目标是,从2016年开始,在三年时间里,每年压入10万吨(相当于约2万辆小客车一年的排放量)以上的CO2,同时证明分离、回收、压入、储藏等一系列操作能够在安全稳定的状态下进行,不受自然地震的影响等。此外,在同时进行的、调研寻找适合的储藏地区的工作中,目标是截至2021年,在日本选定3处符合CCS实用标准(年度压入量达到100万吨规模)的储藏地区。

CCS基础技术的特点在于,应用了目前已经在石油、天然气开发相关的各个行业广泛应用的技术。据日本CCS调查株式会社介绍,在国外,从地上向已经枯竭的油层压入CO2,能够提高原油的回收率,这项被称为CO2EOR(Enhanced Oil Recovery)的技术已经开始了商业化的运作。作为增加原油产量的手段,CCS具备商业化的基础。此外,在挪威等征收碳税的国家,企业自己负担费用实施CCS会抵消缴纳碳税的负担。现在,在实施CCS的国家中,除挪威外,加拿大、美国、澳大利亚、巴西等国每年压入地下的CO2量总计约为3000万吨,其中的80%-90%出于CO2EOR等商业项目的目的。

目前,国际原子能机构(IAEA)提出,到2050年全世界范围内CO2的减排目标中,期待CCS能够承担其中的14%,也就是55亿吨。“CCS能否普及的关键在于,能够多大程度地降低其成本”,日本CCS调查株式会社的负责人如是说。

相关链接(日文)

经济产业省地球环境连携室,日本CCS调查株式会社新闻稿《关于重启CO2压入作业的通知》

环境省《特定CO2气体海底废弃许可(2016年3月31日)变更申请(2016年12月28日)的相关公告及纵览》