ISO/TR 27921:2020
(Main)Carbon dioxide capture, transportation, and geological storage — Cross Cutting Issues — CO2 stream composition
Carbon dioxide capture, transportation, and geological storage — Cross Cutting Issues — CO2 stream composition
The primary aim of this document is to describe the main compositional characteristics of the CO2 stream downstream of the capture unit, taking into account common purification options. Accordingly, this document will characterize the different types of impurities and present examples of concentrations determined in recent capture pilot projects as well as through literature review. It identifies ranges of concentrations, giving priority to in situ measurements when available. The second aim of this document is to identify potential impacts of impurities on all components of the CCS chain, from surface installations (including transport) to the storage complex. For example, impurities can have a significant effect on the phase behaviour of CO2 streams in relation to their concentration. Chemical effects also include the corrosion of metals. The composition of the CO2 stream can also influence the injectivity and the storage capacity, due to physical effects (such as density or viscosity changes) and geochemical reactions in the reservoir. In case of a leakage, toxic and ecotoxic effects of impurities contained in the leaking CO2 stream could also impact the environment surrounding the storage complex. In order to ensure energy efficiency, proper operation of the whole CCS chain and not to affect its surrounding environment, operators usually limit the concentrations of some impurities, which can, in-turn, influence the design of the capture equipment and purification steps. Such limits are case specific and cannot be described in this report; however, some examples of CO2 stream specifications discussed in the literature are presented in Annex A. The required purity of the CO2 stream delivered from the capture plant will to a large degree depend on the impurity levels that can be accepted and managed by the transport, injection and storage operations. The capture plant operators will therefore most probably need to purify the CO2 stream to comply with the required transport, injection, storage specifications or with legal requirements. Monitoring of the CO2 stream composition plays an important role in the management of the entire CCS process. Methods of measuring the composition of the CO2 stream and in particular the concentrations of impurities are described and other parameters relevant for monitoring at the various steps of the CCS chain are described. The interplay between the set CO2 stream specifications and the efficiency of the entire CCS process is also explained. Finally, the mixing of CO2 streams coming from different sources before transport or storage is addressed, and the main benefits, risks and operational constraints are presented.
Captage, transport et stockage géologique du dioxyde de carbone — Questions transversales— Composition du flux de CO2
L'objectif premier du présent document est de décrire les principales caractéristiques de la composition du flux de CO2 en aval de l'unité de captage, en tenant compte des options de purification courantes. Par conséquent, le présent document caractérisera les différents types d'impuretés et présentera des exemples de concentrations déterminées au cours des récents projets pilotes de captage et en analysant la littérature. Il identifie les gammes de concentrations, en donnant la priorité aux mesurages réalisés in situ, lorsque cela est possible. Le deuxième objectif du présent document est d'identifier les impacts potentiels des impuretés sur tous les composants de la chaîne CSC, des installations en surface (notamment le transport) jusqu'au complexe de stockage. Par exemple, les impuretés peuvent avoir un effet significatif sur le comportement des phases des flux de CO2 en fonction de leur concentration. Les effets chimiques incluent également la corrosion des métaux. La composition du flux de CO2 peut également influencer l'injectivité et la capacité de stockage, en raison des effets physiques (tels que les changements de masse volumique ou de viscosité) et des réactions géochimiques dans le réservoir. En cas de fuite, les effets toxiques et écotoxiques des impuretés contenues dans le flux de CO2 sortant peuvent également avoir un impact sur l'environnement du complexe de stockage. Pour un rendement énergétique efficient, le bon fonctionnement de toute la chaîne CSC et pour ne pas perturber l'environnement immédiat, les opérateurs ont pour habitude de limiter les concentrations de certaines impuretés qui peuvent, à leur tour, influencer la conception des équipements de captage et les étapes de purification. Ces limites sont spécifiques à chaque cas et ne peuvent pas être décrites dans le présent rapport; cependant, des exemples de spécifications de flux de CO2 donnés dans la littérature sont présentés à l'Annexe A. La pureté requise du flux de CO2 délivré par l'installation de captage dépendra en grande partie des taux d'impuretés autorisés et traités par les opérations de transport, d'injection et de stockage. Par conséquent, les opérateurs de l'installation de captage devront vraisemblablement purifier le flux de CO2 pour satisfaire aux spécifications de transport, d'injection, de stockage ou aux exigences réglementaires requises. La surveillance de la composition du flux de CO2 joue un rôle important dans la gestion de l'ensemble du procédé CSC. Les méthodes de mesure de la composition du flux de CO2 et, en particulier, des concentrations en impuretés, sont décrites, et d'autres paramètres pertinents pour la surveillance à différentes étapes de la chaîne CSC sont spécifiés. L'interaction entre les spécifications définies du flux de CO2 et l'efficacité de l'ensemble du procédé CSC est également expliquée. Enfin, le mélange de flux de CO2 provenant de différentes sources entre le transport et le stockage est abordé, et les principaux avantages, risques et contraintes opérationnelles sont présentés.
General Information
Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 27921
First edition
2020-05
Carbon dioxide capture,
transportation, and geological
storage — Cross Cutting Issues — CO2
stream composition
Captage, transport et stockage géologique du dioxyde de carbone —
Questions transversales— Composition du flux de CO2
Reference number
©
ISO 2020
© ISO 2020
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 2
5 Overview of chemical composition of CO streams . 4
5.1 Overview . 4
5.1.1 Types of impurities . 4
5.1.2 Measurements and estimates . 4
5.1.3 Data sources . 5
5.2 Ranges of impurity concentrations for coal fired power plants . 5
5.2.1 Gaseous components . 5
5.2.2 Trace elements. 8
5.2.3 Particulate matter . 9
5.3 Ranges of impurity concentrations from industrial emitters .10
5.3.1 Cement industry .10
5.3.2 Iron and Steel industry .11
5.3.3 H production .11
5.4 Discussion and interpretation .11
5.4.1 Variability among processes and industries .11
5.4.2 Compositional stability and potential chemical reactions within CO streams .12
6 Impacts of impurities .12
6.1 Physical impacts .13
6.1.1 Overview .13
6.1.2 Effect on transportation (pipeline and ship transportation) .13
6.1.3 Effect on geological storage .15
6.2 Chemical impacts .18
6.2.1 Corrosion of metallic materials .18
6.2.2 Impacts on geological storage system .20
6.3 Impacts on microbial communities in the storage complex .23
6.4 Toxic and ecotoxic effects of impurities in case of leakage .24
6.4.1 General statement .24
6.4.2 Acute toxic effects .24
6.4.3 Chronic effects.25
7 Parameters to monitor and measurement methods .26
7.1 Monitoring and thresholds .26
7.2 Relevant parameters to monitor and measurement methods .26
7.2.1 Sampling of the CO stream .27
7.2.2 Determining the physical properties and phase .27
7.2.3 Flow measurement .27
7.2.4 Impurity concentration measurements .28
8 Relationship of CO stream emissions and quantification .28
9 Integration issues .29
9.1 Constraints on CO stream composition .29
9.2 Optimisation of CO stream composition based on techno-economic assessments .30
9.3 Mixing CO streams before injection: Challenges in larger CCS infrastructures .30
10 Conclusions .31
Annex A (informative) Dense phase CO corrosion .33
Annex B (informative) Composition of CO streams (Source ISO 27913:2016) .36
Bibliography .39
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Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 265, Carbon dioxide capture,
transportation, and geological storage.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
Introduction
ISO Technical Committee (TC) 265 is developing standards and technical reports related to carbon
dioxide (CO ) capture, transportation and geological storage (CCS). This technology is a technically
viable solution to reduce CO emissions of large stationary point sources and therefore to limit
future global temperature increases. A special report by the International Panel on Climate Change
(IPCC, 2005) extensively described the fundamental technical, scientific, environmental, economic and
societal dimensions of CCS and its potential role in the portfolio of climate change mitigation measures.
Depending among other things on the feedstock and the CO generating and capture processes, CO
2 2
streams captured from industrial sources or power generation contain various impurities (that is,
stream components other than CO ). The impurities differ in their concentrations but also in their
physical and chemical properties. Therefore, the composition of the originally captured CO stream is
a key starting point in ensuring the safety and reliability of the transport and geological storage of CO
2.
Compositional information may assist operators in evaluating the need for treating a CO stream, based
on the intended transportation options (including mixing with other CO streams), usage options (EOR
or other), or dedicated storage in geologic formations.
Understanding CO stream composition is also important for the commerciality of CCS activities
because additional purification of the CO stream increases CO capture costs. In addition, CO stream
2 2 2
composition is an important input factor in quantifying the amount of CO stored, for the purpose
of greenhouse gas emissions reporting and crediting. Because capture and purification processes
are continuously evolving, it is relevant to expose the range of impurities in CO streams and their
concentrations, including recent publications.
This document provides up-to-date consideration of CO stream quality issues for operators, regulators
and stakeholders based on research results and the experience of various pilot and industrial scale
CCS projects. The first part of this report summarises existing information related to CO stream
composition that generally results from particular capture processes. Then this report describes
possible impacts and effects of the various impurities that may occur
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 27921
Première édition
2020-05
Captage, transport et stockage
géologique du dioxyde de carbone —
Questions transversales—
Composition du flux de CO2
Carbon dioxide capture, transportation, and geological storage —
Cross Cutting Issues — CO2 stream composition
Numéro de référence
©
ISO 2020
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Tél.: +41 22 749 01 11
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et termes abrégés . 2
5 État de l’art de la composition chimique des flux de CO . 4
5.1 État de l’art . 4
5.1.1 Types d’impuretés . 4
5.1.2 Mesures et estimations . 5
5.1.3 Sources de données . 5
5.2 Gammes de concentrations en impuretés pour des centrales thermiques au charbon . 6
5.2.1 Composants gazeux . 6
5.2.2 Éléments traces . 9
5.2.3 Matière particulaire .10
5.3 Gammes de concentrations en impuretés des émetteurs industriels .11
5.3.1 Industrie du ciment .11
5.3.2 Industrie sidérurgique .12
5.3.3 Production de H .
2 12
5.4 Discussion et interprétation .13
5.4.1 Variabilité entre les procédés et les secteurs .13
5.4.2 Stabilité de la composition et réactions chimiques potentielles dans les
flux de CO .
2 13
6 Impacts des impuretés .14
6.1 Impacts physiques .14
6.1.1 État de l’art .14
6.1.2 Effet sur le transport (transport par conduite et par bateau) .15
6.1.3 Effet sur le stockage géologique .17
6.2 Impacts chimiques .20
6.2.1 Corrosion des matériaux métalliques .20
6.2.2 Impacts sur le système de stockage géologique .22
6.3 Impacts sur les communautés microbiennes dans le complexe de stockage .25
6.4 Effets toxiques et écotoxiques des impuretés en cas de fuite .27
6.4.1 Constat général . . .27
6.4.2 Effets toxiques aigus .27
6.4.3 Effets chroniques .28
7 Paramètres à surveiller et méthodes de mesure .29
7.1 Surveillance et seuils .29
7.2 Paramètres pertinents à surveiller et méthodes de mesure .29
7.2.1 Échantillonnage du flux de CO .
2 30
7.2.2 Détermination des propriétés physiques et de la phase .30
7.2.3 Mesurage du débit .30
7.2.4 Mesurages des concentrations en impuretés .31
8 Relation entre émissions du flux de CO et quantification .31
9 Problématiques liées à l’intégration.32
9.1 Contraintes concernant la composition du flux de CO .
2 32
9.2 Optimisation de la composition du flux de CO d’après des évaluations technico-
économiques .33
9.3 Mélange de flux de CO avant injection: Défis pour les plus grandes infrastructures CSC .34
10 Conclusions .35
Annexe A (informative) Corrosion par le CO en phase dense.36
Annexe B (informative) Composition des flux de CO (Source ISO 27913:2016).39
Bibliographie .42
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 265, Captage du dioxyde de carbone,
transport et stockage géologique.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
Introduction
Le comité technique (TC) 265 de l’ISO élabore des normes et des rapports techniques en lien avec le
captage, le transport et le stockage géologique (CSC) du dioxyde de carbone. Cette technologie est une
solution techniquement viable pour réduire les émissions de CO des importantes sources ponctuelles
fixes et ainsi limiter les futures hausses de température de la planète. Un rapport spécial effectué par
le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC, 2005) a décrit en détail les
principales dimensions techniques, scientifiques, environnementales, économiques et sociétales du CSC
ainsi que son rôle potentiel dans le choix des mesures d’atténuation des changements climatiques.
En fonction, notamment, des matières premières et des procédés de génération et de captage du CO ,
les flux de CO captés en provenance de sources industrielles ou de centrales électriques contiennent
différentes impuretés (c’est-à-dire, des composants du flux autres que le CO ). Les impuretés varient en
termes de concentrations mais aussi en termes de propriétés physiques et chimiques. Par conséquent, la
composition du flux de CO initialement capté est un point de départ crucial pour assurer la sécurité et
la fiabilité du transport et du stockage géologique du CO Les informations sur la composition peuvent
2.
aider les opérateurs à évaluer la nécessité de traiter un flux de CO , d’après les options de transport
prévues (notamment en mélange avec d’autres flux de CO ), les options d’utilisation (RAH ou autres) ou
le stockage dédié dans les formations géologiques.
Il est également important de connaître la composition du flux de CO pour la viabilité commerciale
des activités CSC car la purification supplémentaire du flux de CO augmente les coûts
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.