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一种二氧化碳管道输送方法、系统、设备及终端
申请号	CN202311848622.5	申请日	2023-12-29	公开(公告)号	CN117847428A	公开(公告)日	2024-04-09
申请人	山东石油化工学院;			发明人	李洪言; 李青青; 刘坤; 代晓东; 张帅龙; 郑一鸣; 于淼;
摘要	本发明属于管道输送技术领域，尤其涉及一种二氧化碳管道输送方法、系统、设备及终端，研究二氧化碳气体杂质的来源，分析杂质的种类及含量；分析纯二氧化碳相特性及纯二氧化碳管道输送特性；对含不同杂质及含量二氧化碳的相图特征及物性进行分析；研究不同管长、管径、高程、温度、输量不同状态下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳在超临界二氧化碳管道输送压降和温度的影响。本发明分析研究了多杂质组分及含量对二氧化碳相态和物性的影响，以期得出定性与定量的关系，为建立关于管道输送二氧化碳组分含量的标准提供参考。本发明对含杂质二氧化碳不同相态特征下，不同因素对二氧化碳管输的影响进行了分析，为二氧化碳管道设计提供参考依据。
权利要求	1.一种二氧化碳管道输送方法，其特征在于，包括： S1，根据二氧化碳气体杂质的来源，分析杂质的种类及含量； S2，分析纯二氧化碳相特性及纯二氧化碳管道输送特性； S3，对含不同杂质及含量二氧化碳的相图特征及物性进行分析； S4，利用HYSYS、pipephase 软件，获取不同管长、管径、高程、温度、输量不同状态下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳在超临界二氧化碳管道输送压降和温度的影响。 2.根据权利要求1所述的二氧化碳管道输送方法，其特征在于，在步骤S1中，该二氧化碳气体来自于燃煤发电厂、天然气处理厂、水泥厂或其他工业过程。 3.根据权利要求1所述的二氧化碳管道输送方法，其特征在于，在步骤S4中，该模拟可以包括不同的管道长度、管径、高程、温度和输送量件，并可用于优化管道设计和运行条件，以提高二氧化碳输送的效率和安全性。 4.一种应用如权利要求1所述二氧化碳管道输送方法的二氧化碳管道输送系统，其特征在于，包括：杂质分析模块，用于研究二氧化碳气体杂质的来源，分析杂质的种类及含量；纯二氧化碳特性分析模块，用于分析纯二氧化碳相特性及纯二氧化碳管道输送特性；含杂二氧化碳分析模块，用于对含不同杂质及含量二氧化碳的相图特征及物性进行分析；输送压降及温度分析模块，用于利用HYSYS、pipephase软件，研究不同管长、管径、高程、温度、输量不同状态下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳在超临界二氧化碳管道输送压降和温度的影响。 5.一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的二氧化碳管道输送方法的步骤。 6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的二氧化碳管道输送方法的步骤。 7.一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的二氧化碳管道输送系统。
说明书全文	一种二氧化碳管道输送方法、系统、设备及终端技术领域 [0001] 本发明属于管道输送技术领域，尤其涉及一种二氧化碳管道输送方法、系统、设备及终端。背景技术 [0002] 二氧化碳输送是CCS产业链中的重要一环，也是实现二氧化碳大规模减排的必要条件。在未来几十年，管道输送将是最主要的二氧化碳运输方式，目前，我国尚无商业运营的二氧化碳超临界长距离管道。超临界二氧化碳管道输送方式从经济性和技术性两方面都明显优于气态和液态二氧化碳管道输送，但二氧化碳中含有各种气体杂质会对物性及相态平衡产生影响，研究二氧化碳的杂质来源、种类及含杂质二氧化碳物性参数变化规律，分析杂质对超临界二氧化碳管道输送压降和温降特性的影响，为超临界二氧化碳管道设计和安全高效运行提供参考依据。 [0003] 二氧化碳管道运输是最具经济效益、最安全和可行的方式。国外在二氧化碳管道上已有40多年的经验，目前，全球二氧化碳管线主要分布在美国、加拿大、挪威和土耳其。从上世纪70年代开始，为提高原油采油率，美国一些公司开始采用管道输送纯二氧化碳。在1972年，为了把二氧化碳输送到美国得克萨斯州的SACROC油田，Canyon ReefCarriers(CRC)公司建造了世界上第一条二氧化碳管道。全球最长的二氧化碳管线是美国的Cortez管线，全长808公里，由科罗拉多州至克萨斯州丹佛市，其输送容量为20Mt/y。现在中石化公司正在开展两项CCUS工程的研究开发与施工建设，预计建成后将形成152Km的二氧化碳管道，这两项工程分别是：华电‑长庆油田管道与齐鲁石化100万吨/年煤制气尾气二氧化碳捕集、输送及驱油封存示范工程。 [0004] 在二氧化碳管道输送标准中，国外对运行的二氧化碳管道中二氧化碳的质量有三个标准，分别为：KM二氧化碳(金德摩根)制定的二氧化碳质量标准、Canyon ReefCarriers(CRC)制定的质量标准与Denbury二氧化碳公司制定的质量标准。国内二氧化碳规范标准有三种：气相输送管道采用GB50251《输气管道工程设计规范》；超临界输送管道参照ASME B31.4《液态烃和其他液体管线输送系统》和中国石油化工行业制定的标准SH/T 3202‑2018《二氧化碳输送管道工程设计标准》。 [0005] 从矿物燃料发电厂收集二氧化碳时，采取不同的二氧化碳捕获技术，会产生各种杂质。二氧化碳中杂质的种类和质量会对管道的流动安全性和设计方式产生较大影响，这是因为当二氧化碳中含有杂质以后，其物理性质如相平衡点、临界点、密度、黏度和压缩性都会产生较大变化，对二氧化碳管道输送的压降和温降特性也会产生影响，因此了解这些杂质对二氧化碳管道运输的影响就显得格外重要。 [0006] 近年来，国内外多位学者对含气体杂质超临界二氧化碳相特性和管道输送特性也展开了研究，但只局限于部分杂质及设定杂质含量对二氧化碳相特性和管输特性的影响。而二氧化碳含杂质种类和含量与捕集工艺、捕集技术及电厂使用能源有关，应当研究掌握杂质种类与含量对管道输送二氧化碳物性及压降等的影响，对逐步建立二氧化碳管道输送标准提供参考依据。 [0007] 在二氧化碳管道输送过程中，对二氧化碳的质量进行控制是非常重要的。因为二氧化碳含有的杂质种类和含量不同，会对其物性参数和管道输送特性产生影响。同时，由于二氧化碳的来源和捕集技术的不同，其含有的杂质种类和含量也会有所不同。因此，如何更好地理解和控制这些因素，成为了当前技术面临的主要挑战。以下是具体的问题分析： [0008] 1)二氧化碳气体杂质的来源、种类及含量分析：目前的技术还无法准确地预测和测量二氧化碳的杂质来源、种类和含量。这是因为，二氧化碳的来源，如煤炭燃烧、天然气加工等，会导致其含有的杂质种类和含量有所不同。此外，捕集工艺和技术的差异也会影响二氧化碳的杂质种类和含量。因此，我们需要更精确和全面的技术来分析二氧化碳的杂质来源、种类和含量。 [0009] 2)含杂质二氧化碳相平衡及物性参数的变化规律：当二氧化碳含有杂质时，其相平衡点、临界点、密度、黏度和压缩性都会发生改变。这些变化会影响二氧化碳在管道中的流动性能，包括压降和温降特性。目前的研究还无法完全理解和预测这些变化。因此，需要进一步研究含杂质二氧化碳的物性参数变化规律。 [0010] 3)不同影响因素下二氧化碳管道压降及温降的变化规律：二氧化碳在管道中的压降和温降会受到多种因素的影响，包括输送压力、温度、流速、管道直径和长度等。目前的技术还无法准确地评估和预测这些影响因素对二氧化碳压降和温降的影响。因此，我们需要更深入的研究和理解这些影响因素的效应和相互关系。 [0011] 通过进一步研究和解决上述问题，我们可以逐步建立更准确和实用的二氧化碳管道输送标准，为二氧化碳捕集和储存技术的发展提供更可靠的技术支持。发明内容 [0012] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种二氧化碳管道输送方法、系统、设备及终端，主要研究二氧化碳中杂质来源、种类及含杂质二氧化碳对其物性、相态平衡产生的影响和杂质对二氧化碳管道输送压降和温降特性的影响，为超临界二氧化碳管道设计和安全高效运行提供科学依据。 [0013] 本发明是这样实现的，一种二氧化碳管道输送方法，包括： [0014] S1，研究二氧化碳气体杂质的来源，分析杂质的种类及含量； [0015] S2，分析纯二氧化碳相特性及纯二氧化碳管道输送特性； [0016] S3，对含不同杂质及含量二氧化碳的相图特征及物性进行分析； [0017] S4，利用HYSYS、pipephase 软件，研究不同管长、管径、高程、温度、输量不同状态下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳在超临界二氧化碳管道输送压降和温度的影响。 [0018] 本发明的另一目的在于提供一种应用所述二氧化碳管道输送方法的二氧化碳管道输送系统，包括： [0019] 杂质分析模块，用于研究二氧化碳气体杂质的来源，分析杂质的种类及含量； [0020] 纯二氧化碳特性分析模块，用于分析纯二氧化碳相特性及纯二氧化碳管道输送特性； [0021] 含杂二氧化碳分析模块，用于对含不同杂质及含量二氧化碳的相图特征及物性进行分析； [0022] 输送压降及温度分析模块，用于利用HYSYS、pipephase软件，研究不同管长、管径、高程、温度、输量不同状态下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳在超临界二氧化碳管道输送压降和温度的影响。 [0023] 本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的二氧化碳管道输送方法的步骤。 [0024] 本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的二氧化碳管道输送方法的步骤。 [0025] 本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的二氧化碳管道输送系统。 [0026] 结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为： [0027] 第一，针对上述现有技术存在的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下： [0028] (1)本发明分析研究了多杂质组分及含量对二氧化碳相态和物性的影响，以期得出定性与定量的关系，为建立关于管道输送二氧化碳组分含量的标准提供参考。 [0029] (2)本发明对含杂质二氧化碳不同相态特征下，在超临界状态时，不同因素对二氧化碳管输的影响进行了分析，为二氧化碳管道设计提供参考依据。 [0030] 第二，本发明提供的二氧化碳管道输送方法带来以下显著的技术进步： [0031] 1.优化二氧化碳输送效率：通过对二氧化碳气体杂质的来源进行研究和分析，以及对纯二氧化碳和含杂质二氧化碳的相图特征及物性进行分析，可以提高二氧化碳输送的效率。这可以优化输送过程，降低能源消耗，提高经济效益。 [0032] 2.提升输送安全性：通过利用HYSYS、pipephase等软件，研究不同管长、管径、高程、温度、输量不同状态下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳在超临界二氧化碳管道输送压降和温度的影响，可以提高管道输送过程中的安全性。例如，可以预测和避免发生的压力突变或温度升高，从而避免管道破裂或其他安全问题。 [0033] 3.增强环保性能：管道输送是二氧化碳捕获和存储(CCS)技术的一个重要环节。CCS技术是当前减少温室气体排放、缓解全球气候变暖的重要手段。通过优化二氧化碳的管道输送，可以提高CCS技术的整体效率，从而更有效地减少二氧化碳的排放，对环保有积极意义。 [0034] 4.提供设计和运行参考：这种方法可以为实际的二氧化碳输送管道的设计和运行提供重要的参考信息。比如，可以根据研究结果来选择合适的管道材料、决定合理的管道尺寸和运行条件，从而最大限度地提高二氧化碳的输送效率。 [0035] 5.广泛的应用潜力：这种方法不仅可以应用于二氧化碳输送，理论上也可以用于其他气体的管道输送，具有广泛的应用潜力。附图说明 [0036] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0037] 图1是本发明实施例提供的二氧化碳管道输送方法流程图； [0038] 图2是本发明实施例提供的二氧化碳管道输送系统结构图； [0039] 图3是本发明实施例提供的研究技术路线示意图。具体实施方式 [0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0041] 本发明涉及到气态、液态和超临界CO2在管道输送过程中的特性，以及杂质对这些物性参数的影响。以下是对这些内容的详细丰富细化： [0042] 1、超临界CO2的特性及其输送优势 [0043] 1)超临界CO2的物性： [0044] 超临界CO2具有独特的物性，其密度接近于液体，而粘度接近于气体。 [0045] 这种特性使得超临界CO2在输送过程中具有低粘度和高密度的优点，有利于提高输送效率。 [0046] 2)沿程摩阻的减小： [0047] 由于低粘度的特性，超临界CO2在管道中的沿程摩阻较小。 [0048] 这意味着相比于气态或液态CO2，超临界状态下的输送需要较低的能量支出。 [0049] 3)控制超临界状态： [0050] 控制CO2的温度和压力，使其保持在稳定的超临界状态是关键。 [0051] 确保在整个输送过程中CO2不发生相态变化，避免输送效率下降和能耗增加。 [0052] 2、杂质对CO2管道输送特性的影响 [0053] 1)多组分流体的特性： [0054] 管道输送的CO2通常包含杂质，使其成为含杂质的多组分流体。 [0055] 这些杂质包括但不限于水蒸气、氮气、硫化氢等，它们会影响CO2的相态平衡规律及物性。 [0056] 2)杂质对相态平衡的影响： [0057] 杂质的存在导致CO2的相特性发生变化，例如从超临界状态转变为气态或液态。 [0058] 这种变化会进一步影响管内介质的沿程压降和温降规律。 [0059] 3)研究的重要性： [0060] 研究杂质对超临界CO2的相平衡及物性影响对于优化管道输送系统至关重要。 [0061] 通过模拟不同杂质含量及比例对CO2物性参数的影响，可以得出关键的结论。 [0062] 4)为输送标准提供参考数据： [0063] 通过建立杂质对超临界CO2物性影响的数据库，为制定CO2管道输送标准提供科学依据。 [0064] 有助于制定CO2管道输送过程中杂质含量要求的标准，确保输送系统的高效和安全。 [0065] 本发明提供的超临界CO2的输送因其物性优势在能效上表现出色，但杂质的影响需要深入研究以确保输送过程的稳定性和效率。通过模拟和数据分析，可以为超临界CO2的管道输送提供更精准的操作指南和标准。 [0066] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种二氧化碳管道输送方法、系统、设备及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。 [0067] 本发明提供的二氧化碳管道输送方法的实施例可以如下所示： [0068] 实施例1 [0069] 步骤S1：首先，考察二氧化碳气体的来源，例如，从燃煤发电厂捕获的二氧化碳。分析其杂质，这包括氮气、氧气、氢气和水蒸气等，以及这些杂质的浓度。 [0070] 步骤S2：使用标准的热力学数据和物性模型，分析纯二氧化碳在不同温度和压力下的相态特性，以及根据管道尺寸、材料和运行条件，分析纯二氧化碳的管道输送特性。 [0071] 步骤S3：对比步骤S1中捕获的含杂质二氧化碳和步骤S2中的纯二氧化碳，在相同的温度和压力条件下，分析它们的相态特性和物性。例如，可以分析杂质对二氧化碳的密度、粘度和溶解性等物性的影响。 [0072] 步骤S4：使用HYSYS和pipephase等流体流动模拟软件，模拟不同的输送条件，例如管道长度从10公里到500公里，管径从4英寸到36英寸，高程从平地到2000米，温度从0℃到50℃，输量从1万吨/年到1000万吨/年，分析这些条件下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳的压降和温度变化。 [0073] 实施例2 [0074] 步骤S1：考察二氧化碳气体的来源，例如，来自天然气处理厂的二氧化碳。分析其杂质，这包括氧气、氮气、硫化氢和甲烷等，以及这些杂质的浓度。 [0075] 步骤S2：使用标准的热力学数据和物性模型，分析纯二氧化碳在不同温度和压力下的相态特性，以及根据管道尺寸、材料和运行条件，分析纯二氧化碳的管道输送特性。 [0076] 步骤S3：对比步骤S1中捕获的含杂质二氧化碳和步骤S2中的纯二氧化碳，在相同的温度和压力条件下，分析它们的相态特性和物性。例如，可以分析杂质对二氧化碳的密度、粘度和溶解性等物性的影响。 [0077] 步骤S4：使用HYSYS和pipephase等流体流动模拟软件，模拟不同的输送条件，例如管道长度从10公里到500公里，管径从4英寸到36英寸，高程从平地到2000米，温度从0℃到50℃，输量从1万吨/年到1000万吨/年，分析这些条件下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳的压降和温度变化。 [0078] 这两个实施例的主要区别在于考察的二氧化碳气体来源和杂质类型，您可以根据实际情况进行选择和调整。 [0079] 如图1所示，本发明实施例提供的二氧化碳管道输送方法，包括： [0080] S1，研究二氧化碳气体杂质的来源，分析杂质的种类及含量； [0081] S2，分析纯二氧化碳相特性及纯二氧化碳管道输送特性； [0082] S3，对含不同杂质及含量二氧化碳的相图特征及物性进行分析； [0083] S4，利用HYSYS、pipephase软件，研究不同管长、管径、高程、温度、输量不同状态下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳在超临界二氧化碳管道输送压降和温度的影响。 [0084] 该二氧化碳管道输送方法的详细工作原理如下： [0085] 步骤S1：在此步骤中，将确定二氧化碳气体的来源，这来自各种工业过程，如燃煤发电、天然气处理或水泥生产。然后，根据二氧化碳气体的来源，分析存在的杂质种类及其含量。杂质包括氮气、氧气、硫化氢、水蒸气、氢气、甲烷等。杂质的种类和含量对二氧化碳的物性以及其在管道中的输送特性有重要影响。 [0086] 步骤S2：在这一步中，将分析纯二氧化碳的相特性，包括在不同温度和压力下的密度、粘度、溶解性等。此外，也将分析纯二氧化碳的管道输送特性，这涉及流速、压降、流动稳定性等因素。 [0087] 步骤S3：在此步骤中，将继续对含有不同杂质和含量的二氧化碳进行分析。杂质会改变二氧化碳的相特性和物性，从而影响其在管道中的输送。例如，某些杂质会增加二氧化碳的密度或粘度，从而改变其流动行为。 [0088] 步骤S4：在这一步中，将使用HYSYS和pipephase等流体流动模拟软件，获取在不同条件下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳的输送压降和温度变化。这些条件包括管道长度、管径、高程、温度和输送量等。这些模拟结果可以用来优化管道设计和运行条件，以提高二氧化碳输送的效率和安全性。 [0089] 总的来说，这种二氧化碳管道输送方法是通过深入理解二氧化碳及其杂质的物性，以及这些物性如何影响二氧化碳在管道中的输送，从而提供更有效、安全的二氧化碳输送解决方案。 [0090] 如图2所示，本发明实施例提供的二氧化碳管道输送系统，包括： [0091] 杂质分析模块，用于研究二氧化碳气体杂质的来源，分析杂质的种类及含量； [0092] 纯二氧化碳特性分析模块，用于分析纯二氧化碳相特性及纯二氧化碳管道输送特性； [0093] 含杂二氧化碳分析模块，用于对含不同杂质及含量二氧化碳的相图特征及物性进行分析； [0094] 输送压降及温度分析模块，用于利用HYSYS、pipephase软件，研究不同管长、管径、高程、温度、输量不同状态下纯二氧化碳和含杂质二氧化碳在超临界二氧化碳管道输送压降和温度的影响。 [0095] 如图3所示，本发明主要通过文献研究法了解国内外二氧化碳相特性、管输特性及管道输送的研究进展；定量研究法分析二氧化碳含杂质的种类及含量，定量对含不同杂质及含量二氧化碳的相图特征及物性进行分析；比较分析法比较纯二氧化碳相特性、管输特性与含杂二氧化碳相特性、管输特性；HYSYS、pipephase等软件模拟。 [0096] 本发明的应用实施例提供了一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行二氧化碳管道输送方法的步骤。 [0097] 本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行二氧化碳管道输送方法的步骤。 [0098] 本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现二氧化碳管道输送系统。 [0099] 应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD‑ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。 [0100] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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