1.1液化CO2运输的温度和压力条件

在日本，二氧化碳封存潜力最大的地区分布在日本海一侧，而排放源则集中在太平洋一侧。因此，大容量、长距离运输是实施CCS的必要条件。管道短途运输成本较低，而船舶运输估计在200-300km以上的长距离运输时成本较低。然而，目前还没有建立起能够大量运输液化二氧化碳（LCO2）的船舶运输技术，建立这种技术是一项挑战。

液化气运输船的储罐包括用于大中型LPG运输船的独立A型储罐、用于大型LPG运输船的独立B型储罐、用于小型LPG和LNG运输船的独立C型储罐以及用于大型LNG运输船的膜式储罐。与LPG相比，二氧化碳在常温下的应力更大，三相点的压力高达0.52MPa，因此，在现有技术和法规范围内，除了独立的C型储罐外，暂时没有其他密封设施可用于运输液化二氧化碳。

LCO2运输船在日本和欧洲有交付食品和C型储罐的记录，但只是1000m3左右的小型货物。大型LCO2运载船有两种运输条件可供选择：中温中压和低温低压。

1.2中温中压储罐

中温中压储罐的设计压力约为2MPa，设计温度为-30℃（液相范围），这意味着由于温度和压力远离二氧化碳的三相点，形成干冰的风险很低。由于压力较高，所使用的钢材往往强度高、壁厚，但其优点是，这种钢材在食品工业中有着良好的使用记录。Northern Lights项目中的LCO2运输船就采用了这种方法。由Equinor、SHELL和Total等国际石油巨头组成的财团正在开发Northern Lights项目，该项目通过船舶将客户提供的二氧化碳运输到挪威西部的一个接收站，然后通过管道将其注入海平面以下2600m的一个储存层。该项目已于2025年投入运营，计划每年运输和储存150万吨二氧化碳。Northern Lights的LCO2运载船的储罐容量为7500m3，钢材选用50mm厚的P690QL2材料（EN20028-6，YS≥690N/mm2，TS≥770N/mm2，夏比试验温度-60℃）。这是因为S690QL曾用于C型储罐（18bar，-10℃），用于同为7500m3级的液化石油气运输船。这样做的目的是使其类似于既有的LPG运输船，以便用于现有的造船市场，并尽量减少与标准设计的偏差，且不打算在LPG和LCO2之间定期切换。当C型储罐用于冷藏和运输时，焊后热处理（PWHT）是一个问题。NK级钢质船舶规则（N编6.6）规定，如果设计温度低于-10℃，碳钢和碳锰成分的C型独立系统储罐必须在焊接后进行热处理。一般来说，PWHT是在大型热处理炉中进行的，该热处理炉能够在罐体建成后对整个罐体进行退火处理，从而限制了罐体尺寸的扩大。众所周知，HT780级钢进行PWHT后会导致韧性下降，这被认为是由磷（P）的晶界偏析和碳化物的粗化引起的。此外，PWHT导致的韧性下降也是焊接金属的一个问题。焊接金属在柱状组织和低于Ac1温度的再加热部位观察到PWHT导致的韧性降低，表明针状铁素体组织的脆化程度更高。图1显示了焊接金属强度对PWHT导致的脆化程度的影响。脆化程度与强度成正比，对任何强度下具有相同强度水平的金属进行比较后发现，Mn-Ni-Mo、Mn-Mo和Mn-Ni系的脆化程度比仅由Mn强化的焊接金属要小。上述研究结果证实，C、Mn和P值降低而Ni值增加的焊接件具有良好的热处理后韧性。

1.3低温低压储罐

低温低压罐是针对液相区设计的，其压力约为0.7MPa，设计温度约50℃。由于它接近二氧化碳的三相点，迄今为止尚未进行实际应用，但因其液体密度高，可以实现较大的LCO2装载量，适用于LCO2储罐的大型化。同时，它还具有能够通过减小储气罐钢板的厚度来减轻储气罐重量的优点。不过，对于较大型的储罐来说，存在实施PWHT的问题。对于由碳钢或碳锰钢制成的独立C型储罐来说，可以采用加压消除机械应力的方法来代替热处理应力消除。不过，机械应力消除原则上不应适用于极限抗拉强度与屈服强度之比超过0.8的钢材，因此很难适用于高强度钢材。因此，镍钢可用作低温、低压储罐的候选钢材。NK级钢质船舶规则（N编，6.6）要求对碳钢和碳锰钢制成的独立C型储罐进行PWHT，但没有规定镍钢是否需要进行PWHT。因此，通过使用用于乙烯罐的5%Ni钢（TS540N/mm2，vE-110℃）或用于LNG罐的7%Ni钢或9%Ni钢（TS690N/mm2，vE-196℃），可以确保低温韧性并省去PWHT。有学者在CCS验证试验中的LCO２运输船设计为低温低压型（650m3×2个储罐），目的是能够运输低温低压和中温中压LCO2，以便将来扩大储罐尺寸。由于储罐设计用于同时装载LCO2和LPG，-50℃和2MPaG是先决条件，而9%Ni钢是应用的候选材料。在CCS验证试验中还考虑了接收站的地上储罐，将储罐设计温度定为-50℃，使其既能处理低温低压（-50℃，1MPaG），又能处理中温中压（-20℃，2MPaG），同时作为地面储罐，板厚上限为38mm，无需PWHT，因此候选方案定为SLA365（YS≥365N/mm2，TS=490-610N/mm2，vE-60℃）。

LCO2运输船的高效运输和长途运输需要更大的储罐，取代碳钢所需PWHT的办法极为重要。此外，根据二氧化碳的特性，特别是H2S等杂质含量的不同，可能会出现应力腐蚀开裂的问题，因此在选择材料时必须小心谨慎。

2 用于胺吸收塔的钢板

二氧化碳的分离和回收技术通常利用化学吸收法。该技术包括在吸收塔中将胺类等碱性水溶液（吸收液）与含CO2的气体接触，将CO2吸收到吸收液中，然后在再生塔中加热吸收液，以分离和回收高纯度的CO2。一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）和二异丙醇胺（DIPA）等胺类溶液长期以来一直被用作炼油厂和石化厂去除酸性气体（H2S、CO2）的吸收液，然而，胺类设备中出现应力腐蚀裂纹（SCC）的案例屡见不鲜。关于胺引起的SCC，主要是晶间裂纹（IGSCC），无论胺的类型和设备的类型如何，均会发生裂纹，且在未进行去应力热处理退火的区域，不仅发生在高操作温度下，而且在接近常温的低温区域也会产生裂纹，大多数裂纹发生在酸性气体较少的贫胺系中。晶界断裂（或晶界+晶内断裂）发生在仅添加CO2气体的溶液中，而不发生在仅添加H2S气体的溶液中。另外，在同时加入CO2和H2S气体的溶液中，当H2S浓度远远低于CO2浓度时会发生晶界断裂，而当H2S浓度较高时则不会发生。由于SCC发生在钝化膜不稳定的时候，因此会产生特定电势。

与其他碱性环境中的SCC类似，胺导致的碳钢SCC也只发生在膜不稳定的特定的电位范围内。图2显示了在各种MEA溶液中进行SCC测试时观察到晶界断裂的电势与pH值之间的关系。随着pH值的降低，发生IGSCC的电势范围向惰性方向移动，这与阳极极化曲线中活性/钝化转换电势范围的移动相一致。图3显示了平均IGSCC深度与各合金元素含量之间的关系。随着C和N含量的增加，IGSCC深度减小，认为是由于晶界偏析强化了晶界。IGSCC深度随P含量的增加而增加，考虑与晶界强度的降低有关。S含量对IGSCC的影响并不明显。随着Si含量的增加，IGSCC深度略有增加。目前几乎没有关于金属组织对胺引起的IGSCC的影响研究。去应力热处理被认为是防止胺引起碳钢SCC的最有效的方法，NACE SP0472“Methods and Controls to Prevent In-Service Environmental Cracking of Carbon Steel Weldments in Corrosive Petroleum Refining Environments（防止腐蚀性石油精炼环境中碳钢焊件在役环境开裂的方法和控制）”中规定了PWHT在635±15℃范围内操作。