Главная > Проекты

ИРН BR21882241 Исследование и разработка комплексной системы улавливания и хранения СО2 на промышленных объектах Республики Казахстан для сокращения выбросов парниковых газов

ИРН BR21882241 Исследование и разработка комплексной системы улавливания и хранения СО2 на промышленных объектах Республики Казахстан для сокращения выбросов парниковых газов

  • Заказчик
  • Сайт
  • Категория
  • Геология

Процесс работы

Цель проекта:

Изучение потенциала по улавливанию СО2, оценка эффективного и рационального хранения СО2 с целью снижения его воздействия на окружающую среду в промышленных регионах Республики Казахстан.

Актуальность:

Улавливание и хранение углекислого газа (УХУ) представляет собой многообещающий подход, особенно в контексте возможного обладания Казахстаном значительного потенциала в хранении уловленного СО2 согласно данным Европейской экономической комиссии ООН.

Внедрение УХУ в Казахстане способствует не только снижению выбросов СО2, но и способствует созданию новых технологий, развитию экологически ответственных отраслей и привлечению инвестиций в экологически устойчивые проекты. Это дает стране возможность совместить экономический рост с соблюдением международных климатических обязательств, что является важным шагом на пути к устойчивому развитию и зеленой экономике.

Отсутствие детальных расчетов и исследований касательно рентабельности внедрения УХУ в Казахстане затрудняет оценку его экономической целесообразности и возможности практической реализации. Без полного понимания стоимости и эффективности данной технологии, сложно принимать обоснованные решения и разрабатывать конкретные стратегии для ее внедрения.

Для успешного применения УХУ необходимо провести комплексные исследования, включающие анализ технических и экономических аспектов. Это позволит определить наилучшие способы интеграции данной технологии в существующую промышленность и энергетический сектор Казахстана.

Исследовательская группа:

  1. Хусаин Болатбек, кандидат технических наук, профессор НАН РК, научный руководитель, https://orcid.org/0000-0001-9588-1012, Scopus Author ID: 57189662379, h-index: 4, Web of Science Researcher ID: N-4918-2017, h-index: 9.
  2. Бродский Александр Рафаэлевич, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник, https://orcid.org/0000-0001-6216-4738, Scopus Author ID: 7005293963, h-index: 4, Web of Science ResearcherID: N-7894-2017, h-index: 7.
  3. Сасс Александр Сергеевич, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник, https://orcid.org/0000-0003-4049-6314, Scopus Author ID: 7004103761, h-index: 6, Web of Science ResearcherID: AAQ-4518-2020, h-index: 7.
  4. Нарбекова Гульзат Карабековна, кандидат филологических наук, старший научный сотрудник.
  5. Исмаилова Джамилям Абдулахатовна, PhD, ведущий научный сотрудник, https://orcid.org/0000-0002-7680-7084, Scopus Author ID: 57203898802, h-index: 4, Web of Science ResearcherID: CVU-4461-2022.
  6. Жұматай Нұрсұлтан, ведущий технолог, https://orcid.org/0000-0003-0480-8130 Scopus Author ID: 7005293963, h-index: 3, Web of Science ResearcherID: HGC-1219-2022.
  7. Деликешева Динара Насипуловна, магистр технических наук, ведущий научный сотрудник, https://orcid.org/0000-0001-5442-4763 Scopus Author ID: 57204049436, h-index: 3, Web of Science: AAG-7861-2019.
  8. Абишев Данияр Бахытович, магистр технических наук,         начальник отдела геологии.
  9. Гайнуллин Ернар Замирович, магистр технических наук,        старший инженер-геофизик.
  10. Ашимханова Айман, cтарший научный сотрудник.
  11. Кенесова Аружан Кенесовна, докторант PhD, Менеджер по документообороту, http://orcid.org/0000-0001-5452-7543, Scopus Author ID: 57220024671, h-index: 1.
  12. Нариманов Ернар Нуржанович, магистрант, старший инженер-разработчик.
  13. Самигатова Саида Айбеккызы, инженер-геофизик, https://orcid.org/0009-0003-4237-1096.
  14. Тюлебаева Ранида Абзаловна, магистр технических наук,    главный геофизик, ORCID https://orcid.org/0000-0003-1354-7155, Scopus Author ID: 57322426300, H-index: 1.
  15. Логвиненко Александр Валерьевич, магистр технических наук, старший научный сотрудник, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6621-101X, Scopus Author ID: 57117549000 H-index: 2, Researcher ID: AAC-2855-2020.

Полученные результаты:

Задача 1.

Изучены 6 кейсов и передовых зарубежных практик по хранению и улавливанию СО2: проект IBDP (США), проект Слейпнер (Норвегия), проект Пионер (Канада), проект Яньчан (Китай), проект Boundary Dam 3 (Канада) и проект Petro Nova (США).

 

Проект Яньчан (Китай):

Выделены параметры пласта, подходящие для смешивающегося или несмешивающегося заводнения СО2. Проведен анализ прибыли в зависимости от стоимости закачки диоксида углерода. Получены следующие стоимостные параметры:

1) Стоимость полноценной системы УХУ – 169,3668 млн CNY.

2) Стоимость закачки СО2 – 200-1000 CNY/т.

3) Внутренняя норма прибыли – 4,27-24,99 %.

4) Чистая приведенная стоимость закачки СО2 – 123,48-92,04 млн. CNY.

5) Стоимость чистого захваченного СО2 для EOR - 18 USD/т.

6) Стоимость чистого захваченного СО2 на угольной станции – 30-40 USD/т.

Определено, что при цене на нефть 70 долларов за баррель финансовая внутренняя норма доходности проекта составляет 24,99 %. Однако анализ чувствительности показывает, что если цена на нефть снизится на 20 %, то норма прибыли уменьшится до 18,30 %.

 

Проект Boundary Dam 3 (Канада):

Общая сумма первоначальных инвестиций в модернизацию энергоблока и установку по УХУ составила около 1,5 млрд канадских долларов, из которых 50 % пришлось на саму установку по улавливанию, 30 % - на реконструкцию электростанции и 20 % - на контроль выбросов и повышение эффективности. Проект состоял из двух частей: 1) модернизации и модификации третьего энергоблока электростанции; 2) строительства и интеграции установки УХУ.

- Стоимость выработки электроэнергии на угольной станции с системой улавливания – 100 USD/МВт.

- Стоимость выбросов СО2 - 20 USD/т (2019 г.), 65 USD/т  (2023 г.). Ожидается увеличение до 170 USD/т  (2030 г.).

- Стоимость улавливания CO2 - 27–48 CAD/т для процессов с концентрированными потоками CO2 и 50–150 CAD/т для потоков разбавленного газа.

- Увеличение себестоимость производства электроэнергии при интеграции УХУ - 0,01–0,05 USD/кВтч.

- Стоимость хранения СО2 – 20-110 USD/т.

- Стоимость утилизации СО2 посредством EOR/EGR – 52-62 USD/т.

 

Проект Petra Nova (США):

Определено наличие зависимости экономической эффективности УХУ от внешних экономических факторов, таких как цены на нефть. В Казахстане, где экономика тесно связана с добычей нефти и газа, разработка подходящих финансовых моделей, возможно, с учётом государственных стимулов или углеродных налогов, может помочь в реализации подобных проектов. При этом важным аспектом является использование захваченного CO2 для увеличенной добычи нефти. В Казахстане, где значительные территории имеют потенциал для EOR, это может служить дополнительным стимулом для развития проектов УХУ.

- Стоимость транспортировки СО2 посредством наземного трубопровода – 4,4–11,1 USD/т/250км (объем – 3 Мт/год), 2,2–3,8 USD/т/250км (объем – 10 Мт/год), 1,3–2,2 USD/т/250км (объем – 30 Мт/год).

- Стоимость транспортировки СО2 посредством морского трубопровода – 7,3–15,1 USD/т/250км (объем – 3 Мт/год), 3,5–4,9 USD/т/250км (объем – 10 Мт/год), 1,9–2,4 USD/т/250км (объем – 30 Мт/год).

- Стоимость хранения СО2 для истощенных нефтегазовых пластов - повторное использование скважин на суше – 1,6–11 USD/т.

- Стоимость хранения СО2 для истощенных нефтегазовых пластов – без повторного использования скважин на суше – 1,6–15,7 USD/т.

- Стоимость хранения СО2 для глубоких водоносных горизонтов на суше – 3,1–18,8 USD/т.

- Стоимость хранения СО2 для истощенных нефтегазовых пластов - повторное использование скважин на море – 3,1–14,1 USD/т.

- Стоимость хранения СО2 для истощенных нефтегазовых пластов – без повторного использования скважин на море – 4,7–22 USD/т.

- Стоимость хранения СО2 для глубоких водоносных горизонтов на море– 9,4–31,4 USD/т.

 

Параметры по системе улавливания:

- Объем ежедневного улавливания СО2 (Petra Nova) – 120 т/сут.

- Мощность улавливания СО2 (Petra Nova) - более 1,6 млн т/год.

- Давление CO2 на выходе из системы улавливания (Boundary Dam 3) - 17,244 кПa.

- Процентная доля сокращения СО2 (Boundary Dam 3) – 90%.

- Процентная доля сокращения SО2 (Boundary Dam 3) – 100%.

- Процентная доля сокращения NO (Boundary Dam 3) – 27%.

 

Параметры по транспортировке:

- Объем транспортировки уловленного СО2 автоцистернами (Яньчан) – 50,000 т/г. Транспортировка автоцистернами выбрана ввиду требований в области охраны окружающей среды.

- Расстояние между источником СО2 и местом подземного хранения (Яньчан) – 140 км.

- Расстояние между источником СО2 и местом подземного хранения (Boundary Dam 3) – 2 км.

- Расстояние между источником СО2 и нефтяным месторождением (Boundary Dam 3) – 50 км.

- Расстояние между источником СО2 и нефтяным месторождением (Petra Nova) – 132 км.

 

Параметры по подземному хранению СО2:

- Количество скважин для скважин для проекта EOR CO2 (Яньчан) - 5 нагнетательных и 34 добывающих скважин.

- Накопленное количество закачанного СО2 (Яньчан) - 59,400 т.

- Средний расход закачки СО2 (Яньчан) - 18,76 т/сут/скв.

- Общий потенциальный объем хранения СО2 (Яньчан) – 10,5 млрд т.

- Глубина залегания водоносного горизонта (Boundary Dam 3) – 3,4 км.

- Увеличение дебита благодаря СО2 EOR (Boundary Dam 3) – 20,000 барр/сут.

- Накопленный объем закачки СО2 (Boundary Dam 3) – 20 млн т.

- Мощность породы-покрышки (Petra Nova) – 36,5 м.

- Проницаемость породы-покрышки (Petra Nova) – 0,0006-0,0026 мД.

 

Для Казахстана опыт данных проектов  примечателен тем, что все перечисленные сценарии хранения СО2 применимы для условий Казахстана. По результатам проведенных исследований выявлено, что основная финансовая нагрузка придется на установку системы улавливания. При этом менее 20% всех капитальных затрат приходится на транспортировку и хранение.  Транспортировка СО2 до месторождений для EOR может быть рассмотрена в случае создания единого трубопровода для нескольких источников выбросов СО2. При этом чем больше источников, тем привлекательнее с экономической точки зрения будет проект УХУ.

 

Задача 2.

Осуществляется подбор носителя для щелочного сорбента CO2 на основе природных и синтетических материалов, таких как цеолиты, алюмосиликаты, силикагели, глины, в том числе, с применением золы тепловых устройств как способе её частичной утилизации.

Определены технические характеристики, основного функционала, сценариев работы, созданы блок-схема и компьютерная модель статической схемы.

Созданы 3D-модели всех устройств технологической схемы.

Проводятся испытания на стенде оптимального сорбента (система щелочная компонента-носитель) для улавливания диоксида углерода, используя реальные дымовые газы (Продолжение работ в 2025 году).

Создана пилотная установка для улавливания диоксида углерода из дымовых газов тепловых устройств на ископаемом органическом топливе.

Создан цифровой двойник процесса декарбонизации для оптимизации функционирования всех систем.

Разработана технология приготовления щелочных компонентов сорбента на основе гидроксидов и карбонатов щелочных металлов для улавливания CO2.

Установлено, что внесение активного компонента в состав сорбента предпочтительно в карбонатной (бикарбонатной) форме, а разработанные технологии как формованного, так и полусухого сорбентов позволяют получать активные поглотители CO2.

Осуществляется подбор носителя для щелочного сорбента CO2 на основе природных и синтетических материалов, таких как цеолиты, алюмосиликаты, силикагели, глины, в том числе, с применением золы тепловых устройств как способе её частичной утилизации.

Исследован следующий ряд соединений на предмет использования их в качестве носителей: оксид алюминия   γ-модификации; каолин; асбест хризотиловый; зола уноса ТЭЦ; магния оксид; кальция оксид. На их основе получен ряд нижеперечисленных сорбентов: 

Na2CO3/γ-Al2O3; Na2CO3/MgO; Na2CO3/CaO; Na2CO3/асбест; Na2CO3/зола уноса ТЭЦ; K2CO3/зола уноса ТЭЦ; NaKCO3/зола уноса ТЭЦ; Na2CO3/каолин.

Создана пилотная установка путем адаптации испытательного стенда (на базе лабораторной установки) к конкретным условиям процесса улавливания (адсорбции) CO2.

По результатам выполненных работ получен патент:

Патент на полезную модель № 9127 от 17.05 2024 «Узел крепежа для установки каталитического нейтрализатора».

 

Проводится сравнение эффективности различных комбинаций щелочная компонента сорбента – носитель.

Полученные данные позволяют заключить, что наиболее эффективными сорбентами из изученных к настоящему времени, являются Na2CO3/зола уноса ТЭЦ; Na2CO3/Al2O3; Na2CO3/асбест и NaKCO3/зола уноса ТЭЦ.

Опубликована статья в журнале из списка КОКНВО:

Б.Х. Хусаин, А.Р. Бродский, А.С. Сасс, И.И. Торлопов, К.Р. Рахметова. Предварительная очистка газов тепловых устройств в технологии декарбонизации // Доклады НАН РК. – 2024. – № 1. – С. 271-282. https://doi.org/10.32014/2024.2518-1483.272.

Опубликована 1 статья в журнале Catalysts. Издательство: MDPI. Рейтинг журнала в Scopus Q1, Percentile 77. Bolatbek Khussain, Alexandr Sass, Alexandr Brodskiy, Kenzhegul Rakhmetova, Ivan Torlopov, Magira Zhylkybek, Tolkyn Baizhumanova, Svetlana Tungatarova, Atabek Khussain, Murat Zhurinov, Abzal Kenessary, Ranida Tyulebayeva, Alexandr Logvinenko, Yernar Narimanov. Patterns of Formation of Binary Cobalt–Magnesium Oxide Combustion Catalysts of Various Composition // Catalysts. – 2024. - № 14, 425. https://doi.org/10.3390/catal14070425.

Определены технические характеристики, основного функционала, сценариев работы, созданы блок-схема и компьютерная модель статической схемы.

Созданы 3D-модели всех устройств технологической схемы.

По результатам выполненных работ получены два охранных документа Республики Казахстан:

1. Свидетельство о внесении сведений в Государственный реестр прав на объекты охраняемые авторским правом      № 45469 от 04.05.2024 г. Программа для ЭВМ «Цифровой двойник СКО газообразных выбросов источников на твёрдом топливе с модулем сбора углекислого газа СО2 ЦД-СКО-01-24». Дата создания объекта 30.04.2024 г.

2. Свидетельство о внесении сведений в Государственный реестр прав на объекты охраняемые авторским правом      № 47618 от 18.06.2024 г. Программа для ЭВМ «Цифровой двойник СКО газообразных выбросов источников на твёрдом топливе с модулем сбора углекислого газа СО2 ЦД-СКО-02-24». Дата создания объекта 15.06.2024 г.

 

Задача 3.

Получены геолого-геофизические данные по 7-ми направлениям: геология и геофизика, гидрогеология, разработка, геохимия, геомеханика, сейсмика, наличие скважин. Исследованы не менее 3-х промышленных регионов (осадочных бассейнов) вблизи крупных промышленных объектов.

Был выбран участок для закачки СО2 в районе скважины П-1 размером 21 х 15 км. Мощность коллектора песчаников тарской свиты (нижний валанжин) IIt, куда будет закачиваться СО2 – 15 м.

Построена геологическая модель участка с размерами сетки 200 х 200 м по латерали. Общее количество ячеек 1,77 млн. Размер ячейки коллектора по вертикали 0,5 м. Каротажи литологии и пористости были усреднены на сетку, и далее были построены кубы пористости и литологии стохастическим методом.

Проводится эксперимент «The Eclipse Slim Tube Simulation». Выбраны 5 различных по составу газов: 1) CO2; 2) N2; 3) 30% метана и 70% этана; 4) комбинация 40% метана и 60% пропана; 5) смесь 50% метана, 25% этана и 25% пропана.

Собрана база данных по скважинам по 5-ти осадочным бассейнам: Чу-Сарысу, Северный Тургай, Зайсан, Прииртыш, Южный Тургай. Всего собраны данные по 629 скважинам.

Построены хроностратиграфические колонки по 5-ти осадочным бассейнам.

Опубликована статья в журнале из списка КОКНВО:

B. Khusain, A. Kenessary, Y. Narimanov, J. Ismailova, D. Delikesheva. Analysis of carbon dioxide disposal methods to reduce greenhouse gases // Нефть и Газ. – 2024. – № 2 (140). – С. 211-221. https://doi.org/10.37878/2708-0080/2024-2.16.

Подана 1 статья в журнал ACS Omega. Рейтинг журнала в Scopus - Percentile 76. Статья находиться на стадии рецензирования. Название статьи: «Assessment of miscible injection process into X basin be comparison between HC gases, N2 and CO2 in terms of environmental point of view».

Подготовлена 1 статья в журнал ACS Omega. Рейтинг журнала в Scopus - Percentile 76. Название статьи: «Python-Based Evaluation of Kazakhstan Fields for CCUS Projects».

Срок реализации: 2023-2025 гг.

Если возникли вопросы свяжитесь с нами
СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ
закрыть

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

Комплексные инженерные изыскания,
проектирование, разработка и обустройство
месторождений , промышленная
безопасность, разработка экологических проектов

СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ

Республика Казахстан,
г. Алматы пр. Абылай хана д. 77

Республика Казахстан,

г. Алматы пр. Сейфуллина д. 506/99, н.п. 6, 3 этаж