Uvođenje ugljenika u postrojenja za proizvodnju prirodnog gasa

Problem ugljenika koji neće nestati

Prirodni gas je dugo bio na tržištu kao najčistije fosilno gorivo. I na bazi sagorevanja, to je tehnički tačno, proizvodi otprilike 30% do 50% manje CO2 po jedinici energije od uglja ili nafte. - Šta? Ali "čistiji" nije isto što i "čistiji". Sa globalnom potražnjom za gasom koja nastavlja da raste i trgovinom LNG-om koja čini oko 59% ukupne trgovine gasom , kumulativne emisije CO2 iz prerade i sagorevanja prirodnog gasa ostaju značajne.

Međunarodna agencija za energiju je napravila matematiku jasnom: bez značajnog primjene hvatanja ugljenika, prirodni gas se ne može smatrati izvorom energije sa niskim emisijama na duži rok. Agencija je takođe napomenula da bi se emisije LNG-a mogle smanjiti za više od 60% korišćenjem postojećih tehnologija ako se ulaganje izvrši. To je veliko "ako", ali stavlja priliku u perspektivu.

Za pogone za preradu prirodnog gasa, izazov za hvatanje ugljenika je drugačiji od proizvodnje energije ili industrijskih izvora. CO2 je često prisutan u samom ulaznom plinu, u koncentracijama koje se uveliko razlikuju u zavisnosti od rezervoara. Uklanjanje ga je već deo područja obrade gasa, pitanje je da li ga se sakupiti za sekvestraciju, a ne da se ispušta u atmosferu.

Tehnologije koje se zapravo koriste

Aminsko hemijsko apsorpciju ostaje dominantna tehnologija za hvatanje CO2 u primjenama prirodnog plina. Zrela je, dobro je poznata i sposobna za velike stope hvatanja. Osnovni princip je jednostavan: aminski rastvarač stupa u kontakt sa gasnim tokom u absorberskom stupcu, selektivno reagirajući sa CO2 i formirajući slabu hemijsku vezu. Bogati rastvarač zatim teče u regenerator, gdje toplota razbija vezu i oslobađa koncentrisani tok CO2.

Izazov je potrošnja energije. U slučaju da se proizvodnja ne može realizovati na nivou koji je potreban za proizvodnju, za proizvodnju električne energije, potrebno je da se u skladu sa propisima o proizvodnji električne energije, kao što je članak 4. Ova toplotna obaveza je primarni operativni trošak za sisteme aminnih gasova i glavni razlog zbog kojeg tehnologija ima energetsku kaznu koju neki operatori teško opravdavaju.

Membranska tehnologija postaje popularna kao alternativa ili dopuna aminu. Polimerne membrane mogu selektivno prodrijeti CO2 preko metana, pružajući uklanjanje na veliko uz nižu potrošnju energije. Pokazano je da kontaktori sa šupljom vlaknom membranom u kombinaciji sa aminskih rastvarača postižu otprilike 30% niže operativne troškove od konvencionalnih sistema, sa otiskom do 50% manjim .

Svaki pristup ima svoju slatku tačku. Aminski sistemi su odlični kada su potrebne visoke stope hvatanja i visoka čistoća proizvoda. Membrane su atraktivne za masovno uklanjanje CO2 gde je umerena čistoća prihvatljiva i energetske troškove su primarna briga. Hipridni sistemi koji kombinuju obje tehnologije takođe se pojavljuju, koristeći membrane za grubu separaciju i aminove za poliranje.

Gdje hvatanje ugljenika ima smisla u gasnoj elektrani

Ne može se koristiti svaki postrojenje za preradu prirodnog gasa za hvatanje ugljenika. Ekonomska situacija u velikoj meri zavisi od sadržaja CO2 u ulaznom plinu, dostupnosti putanja za sekvestraciju ili upotrebu i regulatornog ili podsticajnog okruženja.

Uređaji za preradu gasa iz rezervoara sa visokim sadržajem CO2ponekad 10% do 20% ili više imaju najprostiji slučaj. CO2 se već uklanja za specifikaciju cevovoda; njegovo hvatanje za sekvestraciju povećava troškove, ali može biti opravdano cijenom ugljenika ili poreskim povlačenjima. U Sjedinjenim Državama, na primjer, Ministarstvo energetike otvorilo je značajno finansiranje za projekte hvatanja ugljenika u postrojenjima za prirodni gas, ciljajući stopu hvatanja od 90%.

Za postrojenja sa niskim sadržajem CO2, ekonomija je izazovnija. U slučaju da se u skladu sa člankom 6. stavkom 1. ovog zakona primenjuje jedna od ovih metoda, za svaku upotrebu u skladu sa člankom 6. stavkom 1. ovog zakona, primjenjuje se jedna od ovih metoda. Ove ustanove će možda morati da se oslanjaju na podršku politike ili prihode od ugljen-dioksida da bi brojke funkcionisale.

Tu je i pitanje šta da se radi sa uhvaćenim CO2. Poboljšana iskorištavanje nafte je tradicionalni izlaz, sa CO2 ubrizgavanje u iscrpljene rezervoara za povećanje proizvodnje. Drugo rešenje je skladištenje u slane vodonosne slojeve, iako zahtijeva pažljivu karakteriziranje lokacije i praćenje. Putovi upotrebe konverzija CO2 u hemikalije, goriva ili građevinske materijale se pojavljuju, ali ostaju mali u obimu.

Prvi projekat u svojoj vrsti koji vrijedi pominjati

Nedavno je u jugozapadnoj Kini pokrenut projekat koji pruža poučan primer. Ovaj objekat je postrojenje za prečišćavanje prirodnog gasa koje obrađuje kisel gas sa obližnjeg polja. Jedinica za hvatanje ugljenika je dodata kao demonstracioni projekat kako bi se dokazala tehnička i ekonomska održivost hvatanja CO2 iz gasova iz istog postrojenja .

Projekat koristi hemijski proces apsorpcije sa vlasničkom aminsko formulom optimizovanom za nizokrugli tok CO2 niskog pritiska, srednje koncentracije karakterističan za gasove iz postrojenja - Šta? Dizajn uključuje vodeni odjeljak iznad apsorbera kako bi se minimizirao prenos aminova, u kombinaciji sa mikro ciklonom za odvajanje da bi se oporavio unesen rastvarač .

Uzimajući u obzir da je u skladu sa člankom 6. stavkom 1. - Šta? To stvara zatvoreni krug sistema gdje CO2 služi produktivnoj svrsi dok se drži van atmosfere. Godišnji kapacitet za ulov iznosi oko 26.500 tona, a za povećan učinak oporavka navodi se da će povećati proizvodnju za otprilike 10%.

Projekat je značajan ne zbog svog obima, već zato što pokazuje integraciju hvatanja ugljenika sa poboljšanom iskorištavanjem gasa u kontekstu prerade prirodnog gasa. Tehnički pristup, izbor rastvarača i strategija ubrizgavanja morali su se razviti posebno za ovu aplikaciju, a naučene lekcije se primjenjuju na naknadne projekte.

Pravi troškovi i kompromisi

Pošteno raspravljanje o hvatanju ugljenika zahteva priznavanje troškova i kompromisa. Energetska kazna je stvarna. Regeneracija aminova troši paru koja bi inače mogla da generiše energiju ili da služi drugim potrebama procesa. Ova parazitska opterećenja smanjuju neto proizvodnju objekta ili povećavaju njegovu potrošnju goriva.

Gore navedena tabela sažima ključne kompromise. Aminski sistemi daju najveće stope hvatanja, ali po najvećim troškovima energije. Membranski sistemi su efikasniji, ali obično ne mogu postići iste brzine hvatanja bez višestepenih konfiguracija. Hibridni pristupi pokušavaju da uhvate najbolje od oba, ali su manje dokazani u komercijalnom obimu.

Postoje i operativni razmatranji. Razgradnja aminova tokom vremena zahteva rekuperaciju i zamjenu rastvarača. Uprskavanje i starenje membrane utiču na performanse i zahtijevaju periodičnu zamenu. Integritet toka CO2 za transport i skladištenje mora biti održan kontaminanti kao što su voda, kisik i sumporni spojevi mogu uzrokovati koroziju ili uticati na injektivnost.

Ekonomija u velikoj meri zavisi od spoljnih faktora. Cene ugljenika, poreski krediti i regulatorni mandati mogu učiniti marginalni projekat održivim. Bez takve podrške, samo postrojenja sa najvećim udjelom CO2 ili oni sa povoljnim aranžmanima EOR mogu opravdati ulaganje.

Politički pejzaž i ono što to znači

Političko okruženje se mijenja. IEA je identifikovala CCUS kao ključnu tehnologiju za dekarbonizaciju lanca vrijednosti gasa. Programovi državnog finansiranja se pojavljuju u više jurisdikcija. Američko ministarstvo za zaštitu životne sredine je izdalo milijarde za demonstraciju hvatanja ugljenika i njegovo primenu. Slični inicijativi postoje u Evropi, Aziji i na Bliskom istoku.

Ali podrška politike nije samo po sebi. Finansije se mogu povući, poreski krediti mogu isteknuti, i regulatorni zahtjevi se mogu promijeniti. Projektni programeri moraju da procene ne samo tehničku i ekonomsku izvodljivost, već i politički rizik. Neki projekti su u procesu sa dizajnom "pripremljenim za hvatanje" koji omogućava buduće dodavanje opreme za hvatanje, odgađajući kapitalnu investiciju dok se politika i ekonomski slučaj ne budu jasniji.

Sama tehnologija se nastavlja razvijati. Nove formulacije rastvarača obećavaju nižu energiju regeneracije. Napredni membranski materijali nude veću selektivnost i izdržljivost. Strategije integracije procesaupotreba otpadne toplote za regeneraciju, optimizacija spoja hvatanja za specifičnu kompoziciju gasamože poboljšati ukupnu efikasnost.

Za operatere postrojenja za prirodni gas, odluka o dodavanju hvatanja ugljenika nije jednostavna. Zahtijeva pažljivu procenu sastava gasova za hranjenje, dostupnih komunalnih sredstava, mogućnosti sekvestracije, podrške politike i tržišnih uslova. Projekti koji su uspješni su oni koji prilagođavaju tehnologiju specifičnim uslovima lokacije i imaju jasan put do komercijalizacije.

GreenFir pruža opremu za tretman i separaciju gasa koja se može konfigurisati za podršku integraciji hvatanja ugljenika, uz podršku proizvodnih mogućnosti sa ASME i CE sertifikacijama - Šta? Lanac snabdevanja opremom postoji, inženjerska ekspertiza je dostupna. Ograničavajući faktor je često ekonomija na nivou projekta i okruženje politike, a ne sama tehnologija.