CCUS流程
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-06-02
CCUS流程的實例教程
目前，國內大規模（規模不小于 100×104 t/a）示范工程工業運行案例少，中國石化建成的齊魯石化—勝利油田100×104 t/a 的 CCUS 示范工程是中國目前已建成中交的唯一一項百萬噸級全流程CCUS項目。
2） 工程化CCUS全流程技術的應用基礎研究尚未達到CCUS集群化規模部署的水平。CCUS源匯匹配、CCUS技術集成與匹配、CCUS系統優化、CCUS安全風險監測評估與預警等集群化規模部署的技術科學基礎亟待創新發展。
3） 工程化CCUS全流程技術的關鍵性技術環節和瓶頸尚未取得實質性突破，阻礙了CCUS技術推廣和產業化應用。當前，工程化CCUS全流程技術面臨CO2捕集效率低、能耗高、系統龐大，不同應用場景下 CO2經濟輸送模式選擇和風險控制不清晰，CO2轉化利用規模小、效率低、能耗高、條件苛刻，CO2地質封存與地質利用有效性、安全性、經濟性仍待提升等技術瓶頸。
4.2 技術展望
基于工程化CCUS全流程技術所面臨的挑戰，結合中國CCUS技術發展與產業化實施需求，提出對中國工程化CCUS全流程技術展望。
1） 加快大規模CCUS全流程技術與集群部署的工程示范。在強化 CCUS 全流程技術單元之間兼容性與集成優化基礎上，配套 CO2捕集、輸送與封存等基礎設施建設，推進中國百萬噸級以上規模CCUS全流程技術與全鏈條產業示范項目，并前瞻部署區域性 CCUS 產業化集群，形成大規模 CCUS 全流程技術與集群部署的工程技術積累。
2） 強化CCUS集群化規模部署技術科學基礎研究。
展開 隨著我國錨定“雙碳”目標，國內CCUS技術呈現出快速發展態勢，當前CCUS項目數量超過80個，CO2處理能力約400萬噸/年，但項目仍以工業示范和小型試驗為主，全流程一體化的大規模項目僅有中國石化齊魯石化—勝利油田百萬噸級示范工程。CCUS產業的整體發展規模與發展目標之間還存在一定差距，亟需通過探究CCUS業務的技術成熟度和經濟可行性等，提出適宜當前和未來各時段的CCUS業務路徑，為我國工業領域規模化開展CCUS業務、助力達成“雙碳”目標提供思路。
2CCUS全流程技術經濟評價體系的構建
在對CCUS全流程產業鏈充分調研和剖析的基礎上，將研究分為技術成熟度和經濟可行性兩個模塊先后推進，全面囊括CCUS各個環節的技術經濟變量因素，選取符合我國CCUS產業實際情況的變量范圍，構建出CCUS全流程技術經濟評價體系（見圖1）。
2.1技術成熟度模塊
技術成熟度模塊分別選取了捕集、運輸、利用或封存環節中受到廣泛關注的CCUS相關技術，這些技術均有CO2直接參與，且在原理上能夠實現或協助實現碳減排。通過提出成熟度劃分標準，對CCUS相關技術進行分級和展望。
1）技術成熟度劃分標準
參照《新材料技術成熟度等級劃分及定義》國家標準，結合國內CCUS相關技術的研發和應用實際情況，設計了由5個階段及下設的10個等級構成的技術成熟度劃分標準（見表1）。
展開 隨著我國錨定“雙碳”目標，國內CCUS技術呈現出快速發展態勢，當前CCUS項目數量超過80個，CO?處理能力約400萬噸/年，但項目仍以工業示范和小型試驗為主，全流程一體化的大規模項目僅有中國石化齊魯石化—勝利油田百萬噸級示范工程。CCUS產業的整體發展規模與發展目標之間還存在一定差距，亟需通過探究CCUS業務的技術成熟度和經濟可行性等，提出適宜當前和未來各時段的CCUS業務路徑，為我國工業領域規模化開展CCUS業務、助力達成“雙碳”目標提供思路。
二、 CCUS全流程技術經濟評價體系的構建
在對CCUS全流程產業鏈充分調研和剖析的基礎上，將研究分為技術成熟度和經濟可行性兩個模塊先后推進，全面囊括CCUS各個環節的技術經濟變量因素，選取符合我國CCUS產業實際情況的變量范圍，構建出CCUS全流程技術經濟評價體系（見圖1）。
2.1技術成熟度模塊
技術成熟度模塊分別選取了捕集、運輸、利用或封存環節中受到廣泛關注的CCUS相關技術，
這些技術均有CO?直接參與，且在原理上能夠實現或協助實現碳減排。
通過提出成熟度劃分標準，對CCUS相關技術進行分級和展望。
1）技術成熟度劃分標準
參照《新材料技術成熟度等級劃分及定義》國家標準，結合國內CCUS相關技術的研發和應用實際情況，設計了由5個階段及下設的10個等級構成的技術成熟度劃分標準（見表1）。
展開 03
研究結果
3.1 煤制氫（耦合 CCUS技術）全流程碳足跡
由于煤制氫耦合CCUS技術各環節的部分參數具有不確定性，故煤制氫耦合CCUS技術的碳足跡也具有不確定性。如圖3所示，從全流程來看，若不考慮CCUS技術，煤制氫技術的碳足跡為 17.47～29.78 kg CO2/kg H2。若在煤制氫過程基礎上結合 CCUS技術，其全流程的碳足跡約為 2.17～8.91 kg CO2/kg H2，具有較大的波動范圍。煤制氫能源轉換效率對于煤制氫碳足跡的影響較大，當應用CCUS技術時，CO2運輸距離也會在一定程度上影響整體的碳足跡。
圖3 煤制氫及煤制氫耦合CCUS技術全流程碳足跡
為便于分析煤制氫（耦合CCUS 技術）各環節的碳足跡構成，本文對部分不確定性參數進行了處理。煤制氫能源轉化效率取均值，即59. 5%，這與當前主流煤制氫工藝（冷煤氣制氫）的產氫效率（不到60%）是基本吻合的。參考中國已建成投產的CCUS示范項目，CO2運輸距離基本未超過100 km，故此處假定CO2運輸距離為100 km。基于上述假設，煤制氫（耦合CCUS技術）的碳足跡構成如圖4所示。
展開 技術環境：我國CCUS研發能力不斷突破，但部分關鍵技術與國際先進水平仍存在一定差距
隨著國家科技重大專項、國家重點研發計劃等支持不斷，我國在CCUS各環節的關鍵技術不斷突破，其中，碳捕集環節的燃燒前物理吸收法、碳利用環節的鈾礦地浸開采技術等已處于商業應用階段。與此同時，我國仍存在CCUS相關設施數量較少、項目規模較小等短板，部分關鍵技術落后于國際先進水平。根據《二氧化碳捕集、封存與利用技術應用狀況》數據，中國已建成投產、在建及擬建的碳捕集與封存設施數量占全球總量的7.7%，占比遠低于美國的50.8%。賽迪顧問數據顯示，2021年我國捕集規模在30萬噸/年以下的CCUS項目數量占比達88.9%，捕集規模超過60萬噸/年的項目僅占3.7%，而美國CCUS單項年均碳捕集規模約241.4萬噸/年。
發展現狀
生態結構：按照產業流程，CCUS主要由碳排放、碳捕集、碳運輸、碳利用與封存等環節組成
碳排放主要分為煤化工、制氫等高濃度排放和石油化工、煉鋼、燃煤、燃氣等中低濃度排放。碳捕集、碳利用與封存是CCUS三大重點環節，下文將詳細闡述。碳運輸主要分為罐車運輸、船舶運輸和管道運輸等。其中，罐車運輸和船舶運輸已達到商業應用階段，海底管道運輸則仍處于研究階段。
（1）碳捕集：既是CCUS的首要環節，也是CCUS流程中成本主要來源。碳捕集主要從工業廢氣和大氣中捕獲，CO2濃度越高，捕集成本越低。按碳捕集與燃燒的先后順序可將碳捕集技術分為燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集。燃燒前捕集成本相對較低、效率較高，但適用性不高；燃燒后捕集雖應用較廣，但相對能耗和成本更高；富氧燃燒對操作環境要求高，目前仍處于示范階段。
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圖1 煤制氫耦合CCUS技術全流程能源相關
碳足跡評價系統邊界
鑒于煤氣化可能成為我國煤制氫工藝的重要途徑，故本文假設制氫技術路線為煤氣化制氫。
碳捕集是CCUS流程中成本主要來源，占整個CCS運營成本的70%以上。碳捕集主要從工業廢氣和大氣中捕獲CO2。根據已投運CCUS示范項目凈減排成本統計顯示，碳捕集技術的能耗及成本因排放源類型及CO2濃度不同有明顯差異，通常CO2濃度越高，捕集能耗和成本越低，CCUS減排技術的CO2避免成本越低，這是因為CO2濃度越高，越利于高效捕集和后續分離，進而帶來單位捕集成本的下降。
2014年，吉林油田建成10萬噸級CCUS-EOR全流程示范工程。
2018年，中國石油巴西里貝拉項目10萬噸級CCUS項目投產。
2019年，新疆準噶爾OGCI-CCUS產業促進中心成為OGCI全球首批5個產業促進中心之一。
產業化階段（2021年至今）
2021年，設立中國石油重大科技專項《二氧化碳規模化捕集、驅油與埋存全產業鏈關鍵技術研究及示范》。
4、中石油吉林油田EOR項目
坐標：吉林 捕碳規模：35萬噸/年
吉林油田建成了國內首個CCUS-EOR全流程示范項目，該項目包括5個二氧化碳驅油與埋存示范區，年產油能力10萬噸，年埋存能力35萬噸，年埋存能力相當于每年植樹280萬棵。
按照技術流程，CCUS主要分為碳捕集、碳運輸、碳利用、碳封存等環節。
CCUS主要工藝流程
碳捕獲：碳捕獲是指將二氧化碳從工業生產、能源利用和大氣中分離出來的過程。在電力行業，傳統的碳捕獲方式包括燃燒前捕獲、燃燒后捕獲、富氧燃燒等；在煤化工、鋼鐵、水泥等行業中二氧化碳的工業分離過程屬于燃燒前捕獲。
2014年，吉林油田建成10萬噸級CCUS-EOR全流程示范工程。
2018年，中國石油巴西里貝拉項目10萬噸級CCUS項目投產。
2019年，新疆準噶爾OGCI-CCUS產業促進中心成為OGCI全球首批5個產業促進中心之一。
目前，國內多數項目都是針對 CCUS 單一技術環節，與擁有多個全流程 CCUS 技術示范項目經驗的發達國家相比差距明顯。
此外，開展 CCUS 技術實際減排量的量化、核 算與驗證，建立 CCUS 全流程碳核查方法體系，是 檢驗減排效果、開展碳市場交易、兌現政府激勵及 懲戒違規排放的基礎。
（3）監測方面：制定全流程CCUS項目CO2泄露監測標準，包括碳捕集設施泄露監測標準、管道輸送泄露監測標準、罐車和船舶運輸泄露標準、CO2地質封存泄露環境監測標準、封存區地下水CO2泄露環境監測標準、土壤CO2泄露監測標準。
