CCS（CO2捕获与封存）过程中的钢材腐蚀

2016-12-08 16:04:47 作者：本网整理来源：世界金属导报分享至：

    1、全球气候变化与CCS

    发电等使用的化石燃料燃烧产生的温室气体CO2排放到大气中，使其在大气中的浓度持续增加，被视为全球气候变化的主要原因。全球达成的共识是，如果将这部分CO2不向大气中排放，而是经过分离、回收、封存于地下，这是应对气候变化的现实性对策之一。这一过程就是CCS（Carbon Dioxide Capture and Storage：CO2捕获与封存），目前，世界各国都在进行CCS工艺的论证研究以及实用性研究。

    2015年末，在法国召开了《联合国气候变化框架公约》第21次缔约方大会（COP21），一致通过了2020年以后的气候变化框架公约《巴黎协定》。该协定的目的是将工业化后的全球平均气温升幅控制在2.0℃之内，并为将气温升幅限制在1.5℃之内而努力。从之前的国际共识目标2.0℃一步迈入目标1.5℃，这将促进各国积极采取措施。此外，为了达到上述目标，尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放，为实现这一目标，必须采用CCS技术。

    2、CCS过程的钢材腐蚀

    在CCS过程中，有许多处理高压CO2的工序，如果与水分共存，就会形成对钢材的腐蚀环境。CCS一般由以下四个工序组成。

    1）从燃烧废气、天然气和合成气体等中分离回收CO2；

    2）输送高压CO2；

    3）高压CO2压入深部盐水层和枯竭油气层；

    4）压入的CO2封存。

    在1）中，有机的碱性醇胺类水溶液吸收酸性气体CO2后，经过加热释放出CO2的工艺是有效的方法之一。但是，由于加热，CO2从水溶液中释放时对碳钢形成严酷的腐蚀环境。此外，该工艺成本高，所以降低CCS工艺整体的成本成为主要研究课题。

    在2）中，由于输送管内的压力和温度波动，会析出游离水，游离水的出现会导致CO2溶解生成H2CO3，对碳钢形成腐蚀。

    在3）中，压入层的深度大、温度高时，CO2溶解的盐分浓度高的地层水浸润到井底部位，对钢材形成严重的腐蚀。

    在4）中，压入层为枯竭的油气层时，压入的CO2向地层内扩散，与废弃井的碳钢井壁管接触。与3）的情况一样，在高温、高盐分浓度时，形成严酷的腐蚀环境。

    3、高压CO2输送过程的钢材腐蚀

    在高压CO2的输送中，由于压力变化，游离水析出，各种杂质溶解并富化，腐蚀性增加。主要的杂质是SOx、NOx、O2、CO、H2S、H2O等。但是，目前对这些杂质的允许浓度还没有一个共识。虽然有许多这方面的论文，但都是单独处理各个杂质，对这些杂质的协同效应尚不明确。

    NETL（National Energy Technology Laboratory：国家能源技术实验室）通过研讨43篇论文，给出了杂质的允许浓度。但是，由于排气、能量转换工艺或CO2回收工艺的不同，这些值差异很大。

    关于腐蚀性的评价方法，各研究机构实施了不同方法。例如，以安装在微振动/旋转型压热器底部的（假设水蒸汽冷凝）圆形轮为试样，降低了10MPa的初始CO2压力，调查了作为杂质的水、SO2、NO2的影响。调查结果显示，在室温下，获得0.9mm/a的高腐蚀速度。

    在存在微量SO2、NO2、O2以及H2O环境的试验中，由于硫酸、硝酸以及元素硫的生成，通过热压器内的水分呈现出一种特殊的颜色，来推测其腐蚀性的高低。

    此外，也有将输送的高浓度CO2状态表现为密相的方法，意味着CO2是超临界或液体的状态。该状态CO2的比重接近液体的水，黏度与气体状的CO2基本相等，所以适合输送。

    还调查了在CO2分离回收工艺使用的胺溶液混入的影响，获得了由于乙醇胺（MEA）浓度的增加，对碳钢腐蚀影响的认知。但是，目前获得的实验室数据与实际的高压CO2输送过程的腐蚀如何对应尚不清楚。

    作为今后的方法，确立了重复性（同一机构内的再现性）和再现性（不同机构间的再现性）的优越评价方法，在超临界CO2条件下，对O2、N2、SO2、NOx、H2S、乙二醇、胺类以及铵等杂质影响的评价是不可缺少的。