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碳捕獲與油藏封存CO2氣源途徑經濟性比較方法分析論文
0 引言
中國油田大多數處于三次采油階段，由于水驅采收率遞減及其他提高采收率方法的適用限制與效果有限，CO2驅油方法逐漸進入人們視野。使用CO2驅油始于1952 年whorton 等人申請的第一項CO2開采原油專利。經過二十世紀五六十年代美國與蘇聯嘗試，20 世紀70 年代CO2驅油項目開始商業化運作。20 世紀80 年代后該技術日趨成熟，并得到廣泛應用。2008 年CO2-EOR( CO2-Enhance Oil Recovery) 項目產量達到全球總提高采收率產量的15. 1%，2009 年CO2驅油項目數量占全球提高采收率項目數量的33. 79%。其中，美國是使用該技術最多、最成功的國家，其CO2驅油項目產量在2008 年是美國EOR 總產量的38%。中國CO2驅油研究起步較晚，至今仍處于礦場試驗和擴大試驗階段。
近年來，迫于國內能源需求與CO2減排的雙重壓力，CO2驅油逐漸受到國家及各大油田重視，開始積極開展國家層面的科學研究及企業層面的技術實踐。然而，由于我國沒有大型CO2氣田投入開發，只能依靠從工業副產物中捕獲取得，氣源受到嚴重限制[7]。而從工業副產物中捕獲CO2成本高昂，使CO2-EOR 項目經濟性受到公眾的廣泛質疑。因此，本文對CO2-EOR 項目中CO2獲得途徑進行了考察，對同一項目不同氣源途徑選擇時需考慮的因素進行了分析，研究了不同CO2獲取途徑的經濟性比較方法，構建了比較指標及其計算模型，對不同途徑公式中經濟要素的構成進行討論，然后采用上述方法對中國現運行的3 個CO2捕集項目進行了實例分析，最后給出結論及推動中國CO2-EOR 發展的規劃建議。
1 CO2氣源途徑
國內一直有小型CO2氣源供應，主要為制氫和化肥廠尾氣，以滿足我國生產碳酸飲料、焊接、化工和制冷等行業需求。制氫裝置與化肥廠尾氣CO2濃度高，提純工藝成熟且經濟，但規模不大，無法滿足油田注氣要求。因而，實施CO2驅油項目必須尋找更為龐大的CO2氣源。可能的CO2大型氣源主要有: CO2氣田、高含CO2天然氣處理裝置尾氣和大型高能耗企業廢氣。
1. 1 CO2氣藏
我國10 多個省市的30 多個地區發現了CO2氣田，多數純度達95% 以上，最高達99. 88%。戴金星院士認為氣藏中CO2含量達60% 以上，即可以稱為CO2氣藏。
1. 2 含CO2天然氣藏
中國存在大量高含CO2天然氣田，氣田產出的天然氣中含有大量CO2。CO2等雜質的存在會影響天然氣燃燒，在銷售天然氣之前，必須將CO2等雜質分離出來。由于CO2含量高，所以分離出的氣體雜質幾乎是純的CO2氣。這部分氣體沒有很好的用途，基本都被排放到大氣中，不僅造成對環境的污染，也是對CO2資源的浪費。如果這類氣田附近恰好有油田存在，可將分離出的CO2注入到附近油藏中，不僅可以驅動原油的流動，提高采收率，還可以減少CO2向大氣中的排放。
1. 3 工業廢氣中捕獲
工業廢氣是全球溫室氣體排放量增加的主導因素。對CO2驅油項目來說，它也是巨大的CO2氣源。2006 年，白冰等人對中國8 類企業CO2排放量進行了調查分析，發現中國CO2排放量最多的行業依次是火力發電( 63%) 、水泥制造業( 19%) 和鋼鐵制造業( 10%)。Hendriks C 等人建立了世界9 類企業的CO2排放源數據庫，這9 類企業的排放量構成。中國CO2排放構成與世界基本一致。對CO2捕獲應從火電、水泥、鋼鐵、合成氨和煉油等CO2排放比例較大行業入手，不僅可以減少大量CO2排放，也可以為CO2-EOR 項目提供充足的氣源。
2 不同氣源途徑經濟性比較方法
本部分構建了比較不同途徑經濟性的指標及其計算模型，對計算方法中不同途徑所涉及到的經濟要素構成進行了分析。
2. 1 經濟性比較方法
不同獲得途徑產出物均是CO2，不同的是為了獲取CO2發生的投入，所以對不同途徑的比較只需對不同途徑投入要素進行分析比較。其中，投入主要包括項目投資與運營成本。因此，本文提出了單位氣費用現值和單位氣費用年值兩個指標，作為衡量不同途徑經濟效果的判斷標準。通過這兩個指標可以比較不同壽命期、不同規模CO2捕獲項目的經濟可行性。
不同途徑投入要素進行分析比較。其中，投入主要包括項目投資與運營成本。因此，本文提出了單位氣費用現值和單位氣費用年值兩個指標，作為衡量不同途徑經濟效果的判斷標準。通過這兩個指標可以比較不同壽命期、不同規模CO2
3 結論與建議
1) 文中構建的CO2氣源途徑經濟性比較指標P1、P2和其經濟要素的計算方法，可以為計劃實施的CO2-EOR 項目氣源途徑選擇決策提供方法支持和指導。其中，P2指標可以與購買CO2市場價格直接進行比較，從而判斷捕獲項目開展與購買哪個更加經濟。
2) 對不同CO2氣源途徑投入要素分析發現，在CO2-EOR 項目各種氣源途徑中，從已開發天然氣藏天然氣處理尾氣中捕獲CO2最經濟。在CO2-EOR 技術發展尚不成熟，中國推廣CO2-EOR 技術初期，應首先從該種途徑氣源著手。其他氣源途徑經濟性無法通過簡單分析取得，需利用文中研究方法進行具體分析比較。
3) 通過對中國現行捕獲示范裝置采用上述方法進行分析比較發現，當假設項目壽命期為20 年，折現率為10%時，重慶合川電廠和上海石洞口第二電廠的單位氣費用年值分別為556 元/t 和573 元/t，比中國重慶地區600 元/t 的售價略低，有一定利潤空間。華能北京熱電廠CO2捕獲項目單位氣費用年值為1397 元/t，遠遠高于重慶CO2市場價格。但中國不同地區CO2售價有很大區別，所以捕獲項目與購買相比的經濟情況需要根據項目所在地區CO2市場價格確定。
4) 對三個捕集示范項目敏感性分析顯示，華能北京熱電廠項目對投資更加敏感，說明項目投資超出了正常范圍，這也是該項目不經濟的主要原因。重慶合川電廠和上海石洞口第二電廠CO2捕集示范工程投資與成本處于正常范圍，其對成本更為敏感。說明在CO2捕集項目中，成本是決定項目經濟效果的關鍵，技術條件限制和運營成本的居高不下是制約CO2捕集項目商業化推廣的重要因素。因此，中國應認識到CO2氣體減排迫切需要，加大CO2捕集技術研發投入，從而降低CO2捕集成本，為CO2捕獲與減排提供技術和經濟基礎。
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