Wybrane aspekty techniczne rurociągowego transportu dwutlenku węgla

Pozyskiwanie energii z węgla wiąże się z coraz większymi wyzwaniami w świetle światowych trendów związanych z ograniczeniem emisji dwutlenku węgla jako jednego z tzw. gazów cieplarnianych. Jednym ze sposobów redukcji emisji CO2 jest wdrożenie technologii jego wychwytywania i geologicznego składowania. Podstawowym i integralnym etapem całego łańcucha technologii CCS łączącym wychwyt i składowanie jest transport dwutlenku węgla. Transport dużych ilości CO2 (rzędu 2-10 MtCO2/rok) na dużą odległość jest ekonomicznie uzasadniony tylko za pomocą rurociągów. Technicznie dwutlenek węgla może być transportowany w stanie nadkrytycznym oraz jako ciecz w warunkach ciśnienia nadkrytycznego. Położenie punktu krytycznego CO2 (Pc = 7,38 MPa, Tc = 31,1 stopni Celsjusza) sugeruje przesył w zakresie bardzo wysokich ciśnień (8-15 MPa). Dodatkowo w przypadku utrzymywania stanu nadkrytycznego na całej długości rurociągu wymagane jest utrzymanie wysokiej temperatury, co jest bardzo energochłonne, wskazane jest także zastosowanie izolacji termicznej rurociągu, co dodatkowo zwiększa nakłady inwestycyjne. Natomiast opory przepływu transportowanego CO2 w fazie ciekłej są znacznie mniejsze. W artykule przedstawione zostaną podstawowe założenia projektowe rurociągowego transportu CO2, takich jak: wybór trasy, dobór średnicy rurociągu, wymagania materiałowe oraz koncepcje układów technologicznych. Przedstawione zostaną także wyniki symulacji przepływu strumienia dwutlenku węgla dla kilku odrębnych przypadków: stałego wydatku masowego, stałej średnicy rurociągu, zmiennego składu strumienia CO2 oraz analizy zmian temperatury transportowanego dwutlenku węgla.

The most of world energy industry is based on coal. Energy production from coal can significantly contribute to climate change known as global warming because carbon dioxide generated during combustion of coal or hydrocarbons is counted among the so-called greenhouse gases. International agreements increasingly dictate or at least provide direction for reducing carbon dioxide emissions into the atmosphere, so in many countries in many areas (mainly in power) new technologies are developed to achieve the intended target of carbon dioxide emission reduction (Carbon Capture and Storage). The paper presents the stage of transportation from the place of carbon dioxide capture to the place of storage. Technically, it is possible to transport carbon dioxide as liquid or as a supercritical fluid. In both cases, the key factor is to keep high pressure of transported carbon dioxide (above the critical pressure of 7.38 MPa). Additionally in the case of the supercritical fluid, it is essential to maintain the temperature over the entire length of the pipeline above the critical temperature, ie 31.1 degrees Celsius (88 degrees F.). Maintaining high temperature creates technical difficulties and consumes large amounts of energy, so the transport process becomes unprofitable, in this case also a special thermal insulation of the pipeline is required. An additional advantage of the transport of carbon dioxide as liquid is low pipe friction, so it is possible to transport carbon dioxide over long distances. This paper will present the basic design requirements of CO2 pipeline transport, such as: route selection, selection and determining of pipe diameter, material requirements and concepts of technological systems. The results of the simulation flow of carbon dioxide are presented in this paper for some different cases: constant mass flow rate, constant pipe diameter, changing the composition of the CO2 stream, the analysis of temperature changes of transported carbon dioxide.