碳交易網——全球領先的碳市場中文門戶網站首頁 ›CCUS碳捕獲、利用與封存 › 查看內容

中國科學院武漢巖土力學研究所李琦老師介紹中國CCUS工程項目和研究項目進展

2019-6-20 10:27 來源: 城市溫室氣體

CCUS培訓班的第七堂課，中國科學院武漢巖土力學研究所李琦老師介紹中國CCUS工程項目和研究項目進展。

前一天各位都在討論CCUS，這個片子主要就是告訴大家CCUS是一項復雜的技術，包括二氧化碳的捕集、運輸、利用、封存，早期法國人的縮略詞用法比較直接，加一個T，就是CCTS。CCS也好CCUS也好，其學科和工業部門跨度非常大，技術鏈復雜。這是為什么CCS技術推廣的時候，常常遇到的最大問題，不是一項單一的技術，而是一個復雜的鏈式技術，可供選擇的技術路線多，導致整個工業部署實施的時候有點復雜。

捕集分燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒，這是三種主要的代表性技術，每種捕集技術里又分出一系列的子技術選項，包括燃燒前捕集也有很多種，吸收法、化學/物理溶劑法、低溫液化等等很多選項，非常復雜。

這個圖首先給大家一個全局的認識。在二氧化碳捕集方面，我們國家還是部署了相當多的（示范）工程項目，從CCS一開始引入中國以后，首先考慮就是捕集和封存問題。大家可以看到捕集量最高的是吉林油田EOR項目，數字當然在變動，最高時可達26萬噸/年，也有非常小的，一年小于1萬噸的。可以看到示范項目主要部署在中國東部的華北、華東和東北地區。根據三步走的戰略，新疆這幾年示范也陸續上來，最典型的就是敦華公司在克拉瑪依的捕集。

三種捕集技術，首先看一下廣為采用的燃燒后捕集，應用最多就是電廠，最常采用化學吸收法來進行煙道氣中的二氧化碳捕集。本圖列出了幾個比較典型的燃燒后捕集示范項目。圖中的MEA也好、MSA也好，都是二氧化碳化學吸收劑英文縮寫，上網一查可以查出來。需要指出的是，除了北京高碑店和上海石洞口項目，在國際上很有名氣外，華潤電力海豐（圖中風是錯別字）測試平臺項目已于2018年1月15日正式開工，預計年二氧化碳捕集能力達到2萬噸水平，這將是亞洲首個多線程碳捕集測試平臺，標志著中國二氧化碳捕集示范工程步入重要的里程碑。

正如昨天CCUS科普中提到的，工業分離過程也是二氧化碳的主要排放源之一，從煤制氣到煤制油，本圖展示了幾個典型的工業分離項目。目前，大多數捕集示范主要來自燃煤電廠，然后就是天然氣處理或煤化工，煙氣濃度的高低常常與成本息息相關。海螺集團水泥廠年十萬噸捕集項目，其示范類型具有里程碑意義。

富氧燃燒，從全球的角度來說，相對燃燒前捕集和燃燒后捕集，大多數還處于研發當中，從全球規模來看也是這樣。在國家資金支持下，我們國內華中科技大學一直在做這個方面的工作，在湖北應城這個地方已經進行了一些示范。

這個表總結了燃燒前捕集在國內有哪些主要的項目，以及哪些單位經營或主導的。第一個項目就是天津的IGCC，規模是十萬噸，具有代表性，IGCC是Integrated Gasification Combined Cycle的縮寫，中文全稱：整體煤氣化聯合循環發電系統，它是一種將煤氣化技術和高效的聯合循環相結合的先進動力系統，由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃氣-蒸汽聯合循環發電部分。

這是天津IGCC項目的一些技術參數。

接下來進入二氧化碳利用方面的工程項目介紹，首先介紹化工利用、生物利用部分，化工利用大家如果感興趣可以看一下科技部ACCA21中英文正式出版的一個報告，就是《第三次氣候變化國家評估報告》特別評估——中國二氧化碳利用技術評估報告。二氧化碳利用技術按學科領域（原理）分類，化工利用有14種，包括有機/無機化學品制備、能源生產和材料生產等。生物利用4種，包括氣肥、生物燃料和生物藥品制備等。

這是一張全局圖，展示了國內化工、生物利用的典型工程項目，但并不全，尤其是化工利用部分。二氧化碳化工利用的主要產品是某種材料、燃料或某種化學制品。二氧化碳生物利用的主要產品有氣肥、生物飼料、燃料、食品或化學制品。

典型二氧化碳化工利用示范工程介紹，山西潞安集團的甲烷二氧化碳自熱重整合成氣制備項目，甲烷+二氧化碳可以產生氫，氫是工業當中非常重要的一種氣體，大量的化工過程都需要氫氣。

另一個典型的二氧化碳化工利用示范工程項目，二氧化碳加氫制甲醇，甲醇工業用途廣泛，從而實現了所謂的二氧化碳資源化利用。2018年7月，蘭州新區石化產業投資集團有限公司、蘇州高邁新能源有限公司、中科院大連化物所在第24屆中國蘭州投資貿易洽談會上，共同簽署了千噸級二氧化碳加氫制甲醇技術開發項目合作協議。該項目旨在建立千噸級二氧化碳加氫制甲醇工業化示范工程。

一個利用二氧化碳合成碳酸二甲酯的化工利用項目，這是利用二氧化碳制備有機化學品的典型代表。

一個利用二氧化碳合成可降解聚合物的化工利用項目，這是利用二氧化碳實現材料制備的典型代表。

這是一個百噸中試的二氧化碳化工利用，感興趣的可以參考，不做贅述。

接下來簡單介紹幾個二氧化碳生物利用的工程項目。

利用二氧化碳生產螺旋藻。螺旋藻是一類低等原核生物，由單細胞或多細胞組成的絲狀體，呈疏松或緊密的有規則的螺旋旋形彎曲，形如鐘表發條，故而得名。螺旋藻具有減輕癌癥放療、化療的毒副反應，提高免疫功能，降低血脂等功效。產業鏈的經濟效益和二氧化碳的凈減排潛力值得關注。03

二氧化碳的地質利用與封存部分。

這是全國二氧化碳地質利用和封存工程項目總體分布圖，EOR/ECBM驅油驅煤層氣工程主要圍繞中國幾個油氣盆地展開，例如：東北的松遼，華北渤海灣盆地，西北鄂爾多斯盆地，非常多項目在計劃和部署中。總體動態或靜態封存規模從不到一萬噸到接近35萬噸不等。

本圖整理了我國二氧化碳驅替煤層氣工程項目的發展歷程。ECBM的基本原理，考慮二氧化碳和甲烷對于煤基質的競爭性吸附，二氧化碳吸附能力比甲烷強，通過這個吸附原理，把煤里面的甲烷用二氧化碳置換出來，當然這是一個很復雜的過程，很多科學技術問題需要解決。

二氧化碳咸水層封存，區別于前面提到的利用二氧化碳驅油、驅煤層氣和天然氣等利用過程中的動態封存，而咸水層封存是真正意義上的我們說的二氧化碳地質封存。神華集團“二氧化碳捕集封存(CCS)工業化示范項目”位于鄂爾多斯，這是中國第一個，也是亞洲最大規模把二氧化碳封存在咸水層的全流程CCS項目。神華CCS示范項目是從煤制油生產線中捕集二氧化碳，經液化處理后罐車運送到距捕集地約8公里的一個封存場地，用注入井筒灌注到地下2495米的咸水地層中封存起來。該項目封存部分一共有3口井，一口是注入封存井，還有兩口分別被神華集團和國土資源部作為監測井。目前，該項目已經完成總共30萬噸二氧化碳的封存量，且已經關井。

EWR是指二氧化碳地質封存聯合深部咸水開采利用技術，簡稱二氧化碳驅水技術，它是指將二氧化碳封存于深部咸水層，同時開采咸水并進行淡化處理的新型的CCUS技術。相較于傳統的CCS技術，一方面可通過合理的抽水井位控制和采水量控制釋放儲層壓力，達到安全穩定大規模封存的目的，另一方面采收的低礦化度咸水經過處理后可用于中國西部缺水嚴重地區或東部地面沉降較嚴重地區的生活飲用或工農業發展，而采收的高礦化度咸水或鹵水可以提取各種戰略液體礦產資源。更多的背景介紹和技術分析，可以參見我們發表在國際清潔生產雜志上的綜述文章。新疆準東盆地的這個EWR測試項目是中國第一個二氧化碳驅水技術先導性試驗項目，值得關注。04

下面介紹一下CCUS全流程項目，需要指出：在此我們沒有區分技術全鏈條工程項目和技術綜合性工程項目。

全流程項目全國分布情況一覽。EOR是二氧化碳強化采油項目，ECBM二氧化碳強化煤層氣采收項目，DSF二氧化碳深部咸水層封存項目，目前中國二氧化碳深部咸水層封存項目只有一個，就是神華在鄂爾多斯的示范工程項目，這是亞洲第一個全流程的CCS項目。05

CCUS研究項目是指科技部資助的，原來的973、863、科技支撐，現在的科技部重點研發計劃、國際合作等，還包括中國科學院的專項，國家自然科學基金等。大家注意到，前面CCUS工程項目的部署，因為要工程示范，牽頭單位主要是大企業為主。

接下來這張大表統計分析了2005-2016年中國CCUS方面的一些主要研究項目。由于投影效果文字太小，大家會后感興趣，可以參見我們2017年發表在Geofluids上的那篇綜述文章，后面的參考文獻部分我也會列出來，便于大家溯源追蹤。

在統計過程中，我們對CCUS項目的類型也進行了相應的梳理。

這2張圖就是針對前面統計表的另外一種數據展現方式。我們可以看左邊這個圖4，這里把CCS和CCUS分開描述，但一起統計。數據只統計到2016年，從2005年-2016年，可以看到項目類型，支持項目數，主要支持傳統CCS、ECBM和EOR三駕馬車，他們三個支持數量最高。圖中：MOST是科技部的縮寫，NSFC國家自然科學基金委的縮寫，Others就是其他國家資助項目。右邊這個圖5，把這些支持的CCUS研究項目進一步分類統計，到底支持純捕集，還是純封存，還是不同類型的二氧化碳利用，這里只列了五類利用，分別是EOR、ECBM、EGS、ESGR，EWR和EUL兩類沒列，可以看到二氧化碳封存方面的研究從2008年以來一直非常高的熱度，在2011-2012年達到頂峰。

這個表簡單羅列了中國CCUS方面的國際合作情況。從中國和歐盟的近零排放NZEC項目開始，以及與澳大利亞地球科學局合作的CAGS項目，前后十多年，對中國CCUS研究產生了深遠的影響。特別是，跟澳大利亞的CAGS項目，在國際上也有著深遠的影響。

整個報告里面的數據，都可以在這四篇參考文獻中找到蹤跡。工程項目和CCUS觀點，可以參考第一篇綜述文章；中國二氧化碳驅水技術看第二篇綜述；中國CCUS科研項目詳細分析可以看第三篇文章，一個非常全面系統地綜述。

學術組織。中國環境科學學會氣候變化分會，大家感興趣的可以多關注，偏環境工程學方面；我本人正在積極申請成立CSRME一級學會下面的CCUS分會，將關注二氧化碳的巖石力學和地質工程發明。大家可以檢索我的Google學術賬號，追蹤我2002年以來所有針對二氧化碳研究的方方面面，歡迎交流與合作。

AOGS亞太地球科學的著名學術團體，由我和日本科學家主持的CCS分會場每年都有，每隔一年回到新加坡，CCS研究者每年定期見面，分會場氣氛熱烈，各色人種，各種音調的英文，值得你去交流。IGC每四年一次的全球地質學盛會，明年在印度德里召開，我和印度科學家發起了一個CCS分會，想去恒河邊打坐思考的，歡迎積極注冊報名，也可以直接跟我聯系。EGU歐盟地學一級盛會，目前我正在和德國科學家準備發起一個新的CCS分會，歡迎大家關注和參加，維也納歡迎你。ISO，我一直在參與WG3和WG5的工作。這是個國際角力與智慧溝通的舞臺，不單純是學術碰撞。