CO2 aus einem Kohlekraftwerk hilft bei der Ölgewinnung

Beim Verbrennen von Kohle entsteht fast ausschließlich Energie aus Kohlenstoff. Verbrenne Kohlenstoff und es entsteht Wärme und Kohlendioxid (CO2).

Seit Anfang 2017 hat ein ehrgeiziges Projekt zur Kohlenstoffbindung im Kraftwerk von W. A. ​​Parish in der Nähe von Houston verhindert, dass 5.500 Tonnen (5.000 Tonnen) CO2 pro Tag in die Atmosphäre gelangen - das entspricht den CO2-Emissionen von 350.000 Autos. Dieses Projekt ist Petra Nova, ein Joint Venture von NRG Energy und JX Nippon, einem globalen Öl- und Gasunternehmen.

Geplant war die Installation einer Nachverbrennungstechnologie zur Kohlenstoffabscheidung, die Bereitstellung des abgeschiedenen CO2 für ein Ölfeld zur verbesserten Ölrückgewinnung und die Nutzung der erhöhten Ölproduktion zur Finanzierung des Petra Nova-Projekts.

Petra Nova gründete ein Joint Venture mit Hilcorp Energy, dem Eigentümer des Ölfeldes West Ranch, einem reifen Ölfeld in ungefähr 130 Kilometern Entfernung, das seine Produktion durch verbesserte Ölgewinnung steigern könnte.

Rohre mit überkritischem Kohlendioxid werden in den Boden geleitet und auf das 80 Meilen entfernte Ölfeld West Ranch geleitet. (Foto mit freundlicher Genehmigung von NRG Energy)

CO2 AUS DEM ABGAS ENTFERNEN

Das Petra Nova-Projekt ist darauf ausgelegt, das CO2 aus dem Rauchgas zu entfernen, das durch 240 Megawatt (MW) Kohlekraft aus Block 8 des Kraftwerks in der Gemeinde W. A. ​​erzeugt wird. In Block 8 können ca. 610 MW erzeugt werden, so dass bei der Kohlenstoffabscheidung ca. 40% der Emissionen aus Block 8 eingespart werden. Die Gesamtleistung der WA-Parish-Anlage liegt bei über 3 Gigawatt.

Das Rauchgas aus Block 8 wird zuerst in einen Quencher geleitet, um es abzukühlen. Schwefeldioxid, das die CO2-Abscheidung stören würde, wird durch Entschwefelungsprozesse entfernt. Das abgekühlte Rauchgas strömt in den Absorptionsturm. Innerhalb dieser 300-Fuß-Struktur steigt das Rauchgas an, während ein Aminlösungsmittel „abfällt“, sagte David Knox, Senior Director für externe Kommunikation bei NRG Energy. Dadurch werden ca. 90% des im Rauchgas enthaltenen CO2 aufgefangen.

Das Lösungsmittel wird dann erhitzt und gelangt zum Regeneratorturm, wo es das CO2 freisetzt. Von dort wird das CO2 getrocknet und an den 27.000 PS (ca. 20.000 kW) starken Kompressor der Anlage weitergeleitet, der laut Knox einer der größten der Welt ist.

Beim Komprimieren auf 117 bis 131 bar (1700 bis 1900 psi) und Abkühlen auf 38 ° C (100 ° F) geht das ursprünglich gasförmige CO2 in einen überkritischen Zustand über, der weder flüssig noch gasförmig ist, jedoch einige Eigenschaften von beidem aufweist. Seine Dichte ähnelt der einer Flüssigkeit, während seine Viskosität eher der eines Gases ähnelt. Ein Material mit einer Temperatur und einem Druck über seinem kritischen Punkt verhält sich so. Der kritische Punkt für CO2 liegt bei 89,8 ° F (32,1 ° C) und 1070 psi (73,8 bar).

"Es wird im Grunde genommen zu einer Flüssigkeit", sagte Knox, "und wird in das 82 Meilen entfernte Ölfeld gepumpt." Entlang der Pipeline sind weder Pumpen noch zusätzlicher Druck erforderlich, und der Druckverlust über die 82 Meilen beträgt etwa 200 psi (14 bar).

Bei der Frage nach speziellen Überlegungen zu Rohrleitungen oder Ventilen im Prozess sind laut Knox Edelstahl oder andere korrosionsbeständige Materialien für das Abgas erforderlich und überall dort, wo CO2 in Gegenwart von Wasser vorhanden ist. Nach dem CO2-Trocknungsprozess seien die Durchflusskomponenten Kohlenstoffstahl.

NEUES LEBEN AUF EINEM ÄLTEREN ÖLFELD

Laut einer Veröffentlichung des National Energy Technology Laboratory wird die CO2-Einlagerung seit vielen Jahren als Mittel zur verbesserten Ölrückgewinnung in reifen Ölfeldern eingesetzt, in denen die Produktion im Laufe der Zeit zurückgegangen ist.

Unterirdisch gepumptes CO2 löst sich im Rohöl, wodurch das Öl weniger dicht und weniger viskos wird. Dies ermöglicht es, dass etwas zuvor unzugängliches Öl die Bohrung erreicht und die Produktion erhöht. Beim Projekt Petra Nova wird das im Kohlekraftwerk gewonnene CO2 in das Ölfeld West Ranch geleitet. Dort wird es tief in den Boden gesteckt. Dadurch steht mehr Öl zur Verfügung. Im ersten Jahr der CO2-verstärkten Ölgewinnung stieg der Ausstoß laut einer NRG-Fallstudie des Projekts von 300 Barrel pro Tag auf 4000 Barrel. Das Potenzial des Feldes wird nach dieser verbesserten Methode auf 60 Millionen verwertbare Barrel geschätzt, wobei die tägliche Produktion laut einer Pressemitteilung des Energieministeriums 15.000 Barrel pro Tag erreicht.

Wie sich herausstellt, wird durch diesen Einfügungsprozess auch ein Teil des CO2 in der Gesteinsformation des Ölfelds gespeichert. Von dem gesamten in den Boden eingebrachten CO2 verbleiben ca. 20% im Gestein.

Wenn das Öl und das CO2 an die Oberfläche gelangen, wird das CO2 zusammen mit neuem CO2 aus dem Kohlekraftwerk aufgefangen und wiederverwendet.

Um sicherzustellen, dass das CO2 im Boden verbleibt und nicht in die Atmosphäre gelangt, überwacht Petra Nova die Ausrüstung, die Brunnen und die Luft in der Umgebung. Darüber hinaus überwacht ein unabhängiger Dienst des Bureau of Economic Geology der University of Texas in Austin die CO2-Werte.

FINANZIERUNG UND GEBÄUDE PETRA NOVA

Die Entfernung von CO2, das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wird, ist eine kostspielige Angelegenheit, sowohl in Bezug auf die Ausrüstung als auch auf die Energie und Chemikalien, die zur Abscheidung von CO2 aus dem Abgas benötigt werden.

Die Gesamtbaukosten für das Petra Nova-Projekt beliefen sich auf rund 1 Milliarde US-Dollar. Die Finanzierung erfolgte durch einen Zuschuss des US-amerikanischen Ministeriums für Energie, saubere Kohle (190 Mio. USD), eine Investition von 250 Mio. USD von japanischen Banken und Kapitaleinzahlungen von 300 Mio. USD von NRG und Partner JX Nippon.

Auf der Einnahmenseite erhält Petra Nova als Mitinhaberin des Ölfeldes West Ranch Einnahmen aus der Hälfte des produzierten Öls.

Die Bauarbeiten begannen im Juli 2014 und wurden Ende 2016 termingerecht und im Rahmen des Budgets abgeschlossen.

Die Kohlendioxid-Extraktionsanlage Petra Nova. Die höhere Struktur ist der Absorptionsturm. Der kleinere Turm enthält den Regenerationsprozess. (Foto mit freundlicher Genehmigung von NRG Energy)

ZUKÜNFTIGE KOHLENSTOFFAUFNAHME

"Obwohl die Technologie solide ist, ist die derzeitige Anwendung von CCUS [Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung] in jeder kommerziellen Umgebung begrenzt", so Todd Williams, Partner, und Jonathan Aronoff, Senior Associate von ScottMadden, Inc., einem nordamerikanischen Management Beratungsunternehmen, spezialisiert auf Energie. Williams und Aronoff boten ihre Kommentare in einem E-Mail-Interview an.

"Der derzeit beste Geschäftsfall liegt in der verbesserten Ölgewinnung", ähnlich wie im Petra Nova-Projekt, hieß es. Ohne einen Markt, der für das aufgefangene Kohlendioxid zahlen muss, um die Bau- und Betriebskosten auszugleichen, seien solche Projekte derzeit unerschwinglich.

Es gibt neue Steuergutschriften des Bundes, die solche Projekte unterstützen können. Projekte zur Kohlenstoffbindung dürften jedoch in den meisten Situationen ohne weitere Änderungen wirtschaftlich nicht umsetzbar bleiben, sagten Williams und Aronoff. Verbesserte Technologie könnte die Implementierungskosten senken. Verstärkte finanzielle Anreize zur Reduzierung der CO2-Emissionen würden die Wirtschaftlichkeit verbessern. Andere neue Märkte für CO2 als eine verbesserte Ölgewinnung könnten die erforderlichen Finanzmittel in geografischen Gebieten abseits der Ölfelder bereitstellen.