Skoči na glavni sadržaj

Stručni rad

Termodinamička parametrizacija ugljikovog dioksida u procesu njegovog trajnog skladištenja u vodom zasićena ležišta pri potkritičnom tlaku

Luka Perković ; Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilišta u Zagrebu
Dario Zahatek ; Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilišta u Zagrebu


Puni tekst: hrvatski pdf 1.834 Kb

str. 68-78

preuzimanja: 64

citiraj

Preuzmi JATS datoteku


Sažetak

Ovaj rad prikazuje cjeloviti spregnuti model za termodinamičku parametrizaciju ugljikovog dioksida u procesu njegovog trajnog zbrinjavanja u vodom zasićena iscrpljena plinska ležišta pri potkritičnom tlaku. Utiskivanje u ležišta pri potkritičnom tlaku mogu zbog naglog pada tlaka u perforacijama i pribušotinskoj zoni dovesti do stvaranja hidrata ili smrzavanja ležišne vode uslijed Joule-Thomsonovog efekta. Zbog toga je potrebno provesti pripremu CO2 korištenjem površinske opreme u vidu povećanja tlaka radi ostvarivanja protoka i njegovog zagrijavanja. Proračun je proveden na jednom hipotetskom primjeru i rezultati pokazuju da model daje kvalitativno očekivana rješenja u smislu potrebne količine rada koja za transport CO2 cjevovodima iznosi iznad 150 kJ/kg, uz specifično odvedenu toplinu u iznosu od -200 kJ/kg, a za pumpanje CO2 prije utiskivanja oko 15 kJ/kg. S druge strane, zagrijavanje CO2 pri utiskivanju treba provesti sa specifičnom potrošnjom topline u iznosu od 250 kJ/kg.

Ključne riječi

trajno skladištenje ugljikovog dioksida u geološke formacije; specifična potrošnja energije; kompresija CO2; pumpanje CO2; predgrijavanje CO2

Hrčak ID:

319234

URI

https://hrcak.srce.hr/319234

Datum izdavanja:

11.7.2024.

Podaci na drugim jezicima: engleski

Posjeta: 303 *




Uvod

Kako bi se uhvatili u koštac s eksponencijalnim porastom globalnih emisija CO2, Međuvladin panel o klimatskim promjenama (IPCC) predložio je ugljični budžet od 2.900 Gt kako bi se ograničio porast prosječne globalne temperature na 2°C do kraja ovog stoljeća u odnosu na razine CO2 iz predindustrijskog razdoblja. Osim smanjenja antropogenih emisija, sekvestracija ugljika može igrati značajnu ulogu u postizanju ovih ambicioznih ciljeva. Više od 500 Gt CO2 morat će se pohraniti pod zemljom do kraja ovog stoljeća kako bi se postigao značajan utjecaj. Globalni kapacitet za pohranu CO2 daleko premašuje ovaj zahtjev, pri čemu većina kapaciteta leži u neistraženim dubokim akviferima. Kako bi se identificirala potencijalna mjesta za pohranu i kvantificirali njihovi kapaciteti za trajnu pohranu CO2, potencijalni akviferi ili iscrpljena naftno – plinska ležišta trebaju se provjeriti na temelju petrofizikalnih i termodinamičkih svojstava koji utječu na zadržavanje CO2 u poroznim stijenama. Ola Eiken et al. u svojoj studiji [1] navode da je poznavanje maksimalnog pornog tlaka koji se može podnijeti tijekom utiskivanja jedan je od, ako ne i najvažniji faktor za operacije skladištenja CO2. Poučavanje iz iskustava ranijih projekata skladištenja CO2, poput Snøhvita, ključno je za sigurno i ekonomično skladištenje CO2 velikog opsega. Yashvardhan Verma et al. u svojoj studiji [2] daje analizu učinka svojstava stijena (poroznost, propusnost, anizotropija propusnosti, kompresibilnost pora i salinitet formacijske vode) i brzine injektiranja na dinamiku utiskivanja CO2. Studija je otkrila da je najznačajnije svojstvo u analizi osjetljivosti permeabilnost, ali i poroznost je također značajno utjecala na migraciju plinovite mase CO2 pri čemu su veće poroznosti znatno usporavale horizontalnu i vertikalnu migraciju. Povećanje brzine injektiranja utječe na porast tlaka i migraciju plinovite mase CO2. Binglu Ruana et al. su izradili studiju [3] koja uzima u obzir učinke fluida prisutnih u prstenastom prostoru i prijenos topline s okolnim stijenama, kako bi se istražilo strujanje i toplinsko ponašanje CO2 u utisnoj bušotini tijekom njezine geološke sekvestracije. Utvrđeno je da rad učinjen kompresijom CO2, gubitak potencijalne energije i razmjena topline s okolnim stijenama predstavljaju tri glavna faktora koja dovode do povećanja temperature CO2 na dnu bušotine u usporedbi s temperaturom injektiranja. V.E. Onyebuchi et al. i Hongfang Lu et al. u svojim studijama [4] i [5] daju sustavan pregled transporta CO2 cjevovodima.. Zaključuje se da su studije o utjecaju nečistoća na ravnotežu faze i mehanizme korozije u cjevovodima za ugljični dioksid izazovi, a nove tehnologije izgradnje i detekcije također su ključne. Najveći izazovi pri prijevozu CO2 putem cjevovoda odnose se na integritet samog cjevovoda, osiguranje protoka, kapitalne i operativne troškove te čimbenike zdravlja, sigurnosti i okoliša. Cilj ovog rada je prezentirati metodu za sustavno procjenjivanje termodinamičkih parametara CO2 pri njegovom transportu i pripremi za trajno skladištenje (utiskivanje) u iscrpljeno plinsko ležište pri potkritičnom tlaku i koje je djelomično zasićeno vodom (akvifer). Procjenom termodinamičkih parametara CO2 moguće je procijeniti i energetske potrebe za specifičnim radom te specifičnom toplinskom i rashladnom energijom površinske opreme za ostvarivanje procesa utiskivanja. Prezentirana metoda se može koristiti i za procjenu parmaetara procesa utiskivanja CO2 koje bi inače bilo teško ili gotovo nemoguće procijeniti, a koji imaju presudni utjecaj na ostvarivanje procesa. Ovo se prije svega odnosi na prevenciju blokiranja strujanja uslijed stvaranja hidrata ili zamrzavanja ležišne vode.

Metode

Metode korištene u izradi rada.

Rezultati

Tekst rezultata

Rasprava

Tekst

Appendix/Dodatak -->

References

1. 

Eiken O.; , Ringrose P.; , Hermanrud C.; , Nazarian B.; , Tore A.; , Torp T.A.; , Høier L. , authors. 2013.Importance of Pressure Management in CO2 Storage. Energy procedia . 1(1):5541–5548

2. 

Verma Y.; , Vishal V.; , Ranjith PG. , authors. 2021.Sensitivity Analysis of Geomechanical Constraints in CO2 Storage to Screen Potential Sites in Deep Saline Aquifers. Front. Clim. https://doi.org/10.3389/fclim.2021.720959():

3. 

Ruana B.; , Xua R.; , Wei L.; , Ouyanga X.; ; Luoa F.; , Jianga P. , authors. 2013.Flow and thermal modeling of CO2 in injection well during geological sequestration. International Journal of Greenhouse Gas Control. (19):271–280

4. 

Onyebuchi V.E.; , Kolios A.; , Hanak D.P.; , Biliyok C.; ; Manovic V. , authors. 2017.A systematic review of key challenges of CO2 transport via pipelines. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2017.06.064():

5. 

Hongfang Lu, , Xin Ma, , Kun Huang, , Lingdi Fu, ; Mohammadamin Azimi , authors. 2020.Carbon dioxide transport via pipelines. A systematic review. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121994(10):171–181

6. 

, author. 2022. The Python Language Reference. https://docs.python.org/3/reference/(1):

7. 

Span R.; ; Wagner W. , authors. 2022.A New Equation of State for Carbon Dioxide Covering the Fluid Region from the Triple Point Temperature to 1100 K at Pressures up to 800 MPa. J. Phys. Chem. Ref. Data. https://doi.org/10.1063/1.555991():

8. 

Bell I.; ; Wronski J.; ; Quoilin S.; ; Lemort V. , authors. 2014.Pure and Pseudo-pure Fluid Thermophysical Property Evaluation and the Open-Source Thermophysical Property Library CoolProp. Ind. Eng. Chem. Res. https://www.europeanbiogas.eu/wp-content/uploads/2020/06/GIE_EBA_BIO_2020_A0_FULL_FINAL53(6):2498–2508

9. 

Čikeš Marin , author. 2015.Proizvodno inženjerstvo nafte i plina. sveučilišni udžbenik, nakladnik Rudarsko-geološko-naftni fakultet Sveučilišta u Zagrebu. ():

10. 

Firoozabadi A.; ; Katz D. , authors. 2020.An Analysis of High-Velocity Gas Flow Through Porous Media. J Pet Technol. https://doi.org/10.1063/1.55599131(2):211–216

11. 

Tan X.; ; Shi J.; ; Hui D.; ; Li Q.; ; Wu T. , authors. 2023.Material Balance Method and Dynamic Pressure Monitoring for Water-Bearing Gas Reservoirs with CO2 Injection. Energies. https://doi.org/110.3390/en16124592():

12. 

Khoshraftar Z.; ; Ghaemi A. , authors. 2023.Prediction of CO2 solubility in water at high pressure and temperature via deep learning and response surface methodology. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2023.1003387():


This display is generated from NISO JATS XML with jats-html.xsl. The XSLT engine is libxslt.