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佩特拉诺瓦项目全貌(图片来自网络)
2016年12月29日,在开工27个月后,佩特拉诺瓦CCS装置正式启动商业运行,开始捕集二氧化碳。
工艺流程
佩特拉诺瓦项目建设包括四个内容:一是建设CCS装置;二是新建7.8万kW的天然气机组,作为CCS装置的电力与蒸汽来源;三是建设一条长130公里、直径12英寸的二氧化碳输送管道;四是建设油田相关的基础设施。
佩特拉诺瓦项目的二氧化碳捕集装置采用KM-CDR(Kansai Mitsubishi Carbon Dioxide Removal)工艺和相应的“KS-1”溶剂。
KM-CDR捕集工艺(图片来自网络)
KM-CDR技术由日本三菱重工(Mitsubishi Heavy Industries)和关西电力公司(Kansai Electric Power Company)联合开发。
三菱重工拥有丰富的大型二氧化碳捕集工程经验。2011-2014年,KM-CDR工艺曾被用于阿拉巴马Plant Barry燃煤电厂10-15万吨/年CCS项目,测试时间超过12,000小时。
跟其它溶剂吸收法一样,烟气进入主吸收塔之前需要通过预处理降温并进一步脱除二氧化硫。KS-1溶剂可以脱除进入吸收塔的烟气中90%以上的二氧化碳,从解析塔释放出来的二氧化碳纯度高达99.9%。
捕集所得的二氧化碳产品气被压缩至13MPa后,通过管道运输至西部牧场油田,注入地下用于强化采油,返回地面的二氧化碳分离后被再次注入地下。
德州大学奥斯汀分校还针对该项目启动了一个二氧化碳监测项目,以充分掌握油田中封存的二氧化碳是否以及如何发生迁移。
技术经济
佩特拉诺瓦项目总体投资约10.4亿美元。其中,美国能源部通过清洁煤电计划(CCPI)项目经费提供了1.9亿美元,NRG Energy和JX Nippon各出资3.0亿美元,对外融资2.5亿美元。
项目新建的7.8万kW天然气机组,优先为CSS设施提供4.5万kW的电力,剩余电量则一并上网销售。按设计二氧化碳捕集量199吨/小时计算,单位捕集量的预留供电负荷为226kWh/tCO2。
2017年10月,佩特拉诺瓦CCS项目在启动运行10个月后,实现了累计捕集二氧化碳100万吨。从文献报道来看,佩特拉诺瓦项目捕集系统运行较边界大坝项目更为稳定,2019年更是达到了95%的在线运行率。
蒸汽消耗方面,根据文献中72小时连续测试的结果,该项目的单位捕集蒸汽消耗平均值为1.09吨蒸汽/吨二氧化碳。如果蒸汽潜热按2200kJ/kg(约120°C)计算,则单位捕集热耗约为2.4GJ/tCO2。
有专家估计,该项目的二氧化碳捕集综合成本为$55-60/tCO2。
遗憾的是,由于受到新冠病毒疫情和油价暴跌的影响,佩特拉诺瓦CCS项目于2020年5月起停运至今。有分析认为,如果油价回升到$75/桶以上,佩特拉诺瓦CCS项目就具备了重启条件。
重要经验
他山之石,可以攻玉。
佩特拉诺瓦项目在预算内按时完成了项目实施,这是一个巨大成功。它的主要经验包括:制定周祥的前期计划,采用交钥匙合同模式,选用实力雄厚的合作伙伴,预留充足的调试时间,以及提前准备关键长周期配件。
佩特拉诺瓦项目选用的捕集工艺较为成熟,建设方相关经验较为丰富。因此,项目建成后运行更为稳定,单位捕集蒸汽消耗等指标较为先进。
但佩特拉诺瓦项目在运行过程中,依然遇到了换热器渗漏、钙沉积导致设备结垢等边界大坝项目类似的问题,同样值得注意。
从运作模式看,佩特拉诺瓦项目更像一个EOR项目,因而不可避免地受到油价波动的影响,以至在油价持续低迷时不得不停运。但该项目设计的下游收益分享模式,对涉及多个关联方的CCS项目的推进具有启发意义。
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