T/CNCA 066-2024 地质封存二氧化碳杂质限值

　　ICS 13.020 CCS Z 00/09

　　T/CNCA 066—2024

　　地质封存二氧化碳杂质限值

　　Impurity limits for geological carbon dioxide storage

　　2024-06-12 发布 2024-10-01 实施

　　发 出

　　布 版

　　中国煤炭工业协会中国标准出版社

　　T/CNCA 066—2024

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 代表性杂质 2

　　5 注入流体杂质含量控制限值 2

　　6 检测方法 3

　　参考文献 4

　　Ⅰ

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　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国煤炭工业协会提出 。

　　本文件由中国煤炭工业协会科技发展部归口 。

　　本文件起草单位：中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司 、中国矿业大学(北京)、中国科学院武汉岩土力学研究所 、北京低碳清洁能源研究院 。

　　本 文 件 主 要 起 草 人 ：韩 来 喜 、张 立 为 、王 永 胜 、张 凯 、周 玲 妹 、王 燕 、魏 宁 、刘 胜 男 、付 小 娟 、熊 日 华 、马瑞 、赵英杰 。

　　Ⅲ

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　　引 言

　　碳捕获与封存(CCS)是通过捕集技术将工业生产排放的温室气体二氧化碳提纯后，注入到深部地层进行永久性封存，以实现温室气体负排放的目标 。 因其成本高无法直接带来经济效益，故 CCS 项目在运行和技术推广中困难重重 。开展含杂质的二氧化碳流地质封存可实现 CCS 技术的经济性 ，有利于推动CCS 项目的规模化实施，从而有效减排二氧化碳，缓解全球气候变暖问题 。提纯后的二氧化碳中一般含有不同程度的杂质 ，为保证注入速率并防止对地层造成伤害 ，需要对注入的二氧化碳流体中的杂质含量进行控制 。为保证注入速率 、封存容量并防止对地层造成伤害，同时尽量减少井筒腐蚀问题，需要规定注入的二氧化碳流体杂质含量 。

　　本文件旨在为二氧化碳地质封存项目注入流体杂质含量控制提供规范性的指导和借鉴 ，为 CCS 项目的安全运行提供支撑 。

　　Ⅳ

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　　地质封存二氧化碳杂质限值

　　1 范围

　　本文件规定了二氧化碳地质封存流体质量的组成及组分范围 、注入流体杂质含量控制限值以及检测方法 。

　　本文件适用于二氧化碳地质封存过程中注入井口和在管道输送的流体质量的控制要求 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 ，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 6052—2011 工业液体二氧化碳

　　GB/T 5832.2—2016 气体分析 微量水分的测定 第 2 部分：露点法

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　捕集纯化 capture and purification

　　利用化学方法和物理方法将烟气中的二氧化碳分离 、提纯使之达到一定性能指标要求的过程 。主要包括烟气预处理 、二氧化碳吸收和解吸 、二氧化碳压缩 、二氧化碳脱水 、二氧化碳液化等工序 。

　　[来源：GB/T 51316—2018，2.0.2] 3.2

　　露点 dew⁃point

　　多组分混合物在一定压力下，气态混合物达到饱和状态的温度 。

　　3.3

　　碳捕获与封存 carbon capture and storage;CCS

　　将二氧化碳从工业或相关排放源中分离出来，输送到封存地点，并长期与大气隔离的过程 。 3.4

　　临界温度 critical temperature

　　物质由气态变为液态，或由液态到超临界等相变的温度 。

　　3.5

　　最小混相压力 minimum miscible pressure

　　油和注入气实现混相(CO2-原油界面消除)所需达到的最小压力 。

　　3.6

　　风险 risk

　　不确定性对目标的影响，本文件特指含杂质的二氧化碳流注入地下发生泄漏的概率和泄漏造成的环

　　1

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　　境影响两者综合作用对二氧化碳地质利用与封存项目安全性的影响 。

　　4 代表性杂质

　　CCS 项目中不同的二氧化碳捕集方式产生的杂质气体种类不同，其代表性的杂质气体见表 1。

　　表 1 代表性杂质气体

　　化学式

　　名称

　　化学式

　　名称

　　H2O

　　水

　　CO

　　一氧化碳

　　H2

　　氢气

　　NOx

　　氮氧化物

　　N2

　　氮气

　　SOx

　　硫氧化物

　　H2S

　　硫化氢

　　CH4

　　甲烷

　　O2

　　氧气

　　Hg

　　汞

　　5 注入流体杂质含量控制限值

　　5.1 管路运输中杂质控制指标

　　在 CCS 过程中二氧化碳管路输送的气体杂质种类及浓度限值要求见表 2。

　　表 2 二氧化碳管道运输的气体杂质要求

　　目的

　　组分

　　浓度限制

　　备注

　　满足终端用户需求(最低混相压力)

　　CO2

　　≥95%(摩尔分数)

　　对于驱油项目，应满足驱油混相要求

　　N2、CH4、Ar 等

　　≤4%(摩尔分数)

　　—

　　腐蚀控制及安全性

　　O2

　　≤10×10-6

　　—

　　H2S

　　≤200×10-6

　　—

　　SOx

　　≤100×10-6

　　—

　　CO

　　≤200×10-6

　　—

　　H2O

　　水露点

　　交接压力下，比最低环境温度低 5 ℃

　　NOx

　　≤100×10-6

　　—

　　5.2 地下封存状态二氧化碳杂质控制指标

　　考虑地下储层中的矿物溶解和沉淀 、地下井筒腐蚀等因素，封存二氧化碳具体要求见表 3。

　　2

　　T/CNCA 066—2024

　　表 3 封存中二氧化碳气质与杂质浓度要求

　　目的

　　组分

　　浓度限制

　　备注

　　满足终端用户需求(最低混相压力)

　　CO2

　　≥95%(摩尔分数)

　　保证一定的封存容量与二氧化碳封存密度

　　N2、CH4、Ar 等

　　≤4%(摩尔分数)

　　腐蚀控制及安全性

　　O2

　　≤10×10-6

　　地下还原环境会降低 O2 含量，但需要考虑泄漏发生后

　　对地下水环境的影响

　　H2S

　　≤50×10-6

　　强毒性 、强腐蚀性，需严格控制其含量

　　SOx

　　≤100×10-6

　　—

　　CO

　　≤100×10-6

　　地下低溶解与慢反应特性，存在泄漏危害环境与生态

　　的问题，需严格控制其含量

　　H2O

　　≤50×10-6

　　—

　　NOx

　　≤100×10-6

　　—

　　6 检测方法

　　6.1 封存中二氧化碳气体杂质含量按 GB/T 6052—2011 的规定执行 。

　　6.2 气体中水分的测定按 GB/T 5832.2—2016 的规定执行 。

　　3

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 51316—2018 烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准

　　[2] ISO 27913：2016 Carbon dioxide capture，transportation and geological storage—Pipeline trans⁃ portation systems

　　[3] 黄晶，陈其针，仲平，等 . 中国碳捕集利用与封存技术评估报告[M] . 北京：科学出版社，2021.

　　[4] 何更生，唐海，等 . 油层物理[M] . 北京：石油工业出版社，2011.

　　[5] Wang J S，Ryan D，Anthony E J，et al.The effect of impurities in oxyfuel flue gas on CO2 storage capacity[J].International Journal of Greenhouse Gas Control，2012，11(6)：158⁃162 .

　　[6] Da ⁃ peng Li，Lei Zhang，et al. Effect of H2S concentration on the corrosion behavior of pipeline steel under the coexistence of H2S and CO2 [J]. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials， 2014，21(04)：158⁃162 .

　　[7] Hongwu Lei，Jun Li，Xiaochun Li，Zhenjiao Jiang. EOS7Cm：An improved TOUGH2 module for simulating non⁃isothermal multiphase and multicomponent flow in CO2 ⁃H2S⁃CH4 brine systems with high pressure，temperature and salinity[J].Computers & Geosciences，2016，94：150⁃161.

　　[8] Hongwu Lei，Jun Li，Xiaochun Li，Zhenjiao Jiang. Numerical modeling of co⁃injection of N2 and O2 with CO2 into aquifers at the Tongliao CCS site[J] . International Journal of Greenhouse Gas Control， 2016，54：228⁃241 .

　　[9] Ning Wei，XiaochunLi，Yan Wang，Qianlin Zhu，Shengnan Liu，Naizhong Liu，Xuebing Su . Geochemical impact of aquifer storage for impure CO2 containing O2 and N2：Tongliao field experiment[J] . Applied Energy，2015，145：198⁃210 .

　　[10] Wang J S，Ryan D，Anthony E J，Wigston A . Effects of impurities on geological storage of car⁃ bon dioxide[R].Report for IEA GHG，2011.

　　[11] 喻英 . 非纯净 CO2 地质封存中 CO2⁃N2⁃O2 的运移规律研究——以鄂尔多斯盆地为例[D].武汉：中国地质大学，2018.

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　　[14] 李 玉 星 ，刘 兴 豪 ，等 . 含 杂 质 气 态 CO2 输 送 管 道 腐 蚀 研 究 进 展 [J].金 属 学 报 ，2021，57(3)： 283⁃294.

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　　[16] 郭平 ，张万博 ，等 . 降低 CO2 ⁃原油最小混相压力的助混剂研究进展[J].华中科技大学学报( 自然科学版)，2022，12(5)：726⁃733 .

　　[17] 孙冲 ，王勇 ，等 . 含杂质超临界 CO2 输送管线腐蚀的研究进展[J] . 中国腐蚀与防护学报 ，2015， 35(5)：379⁃385 .

　　[18] 殷丹丹，赵东锋 .N2 对非纯 CO2 驱油效果的影响[J].断块油气田，2014，21(4)：520⁃523 .

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