碳捕集利用與封存
關(guān)注創(chuàng)建者：環(huán)保達(dá)人 創(chuàng)建時(shí)間：2023-06-02
碳捕集利用與封存的實(shí)例教程
本文選自中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2021年第6期
作者：張賢，李陽，馬喬，劉玲娜
來源：我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究[J].中國工程科學(xué),2021,23(6):70-80.
編者按
碳捕集利用與封存是將二氧化碳從能源利用、工業(yè)過程等排放源或空氣中捕集分離，通過罐車、管道、船舶等輸送到適宜的場地加以利用或封存。碳捕集利用與封存技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)化石能源利用近零排放，促進(jìn)鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)的深度減排，而且在碳約束條件下，可以增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性、保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)不可或缺的重要技術(shù)選擇。
中國工程院李陽院士研究團(tuán)隊(duì)在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》2021年第6期發(fā)表《我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究》一文，對我國碳捕集利用與封存技術(shù)水平、示范進(jìn)展、成本效益、潛力需求等進(jìn)行了全面評估。文章指出，我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展迅速，與國際整體發(fā)展水平相當(dāng)，目前處于工業(yè)化示范階段，但部分關(guān)鍵技術(shù)落后于國際先進(jìn)水平。在工業(yè)示范方面，我國具備了大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力，但在項(xiàng)目規(guī)模、技術(shù)集成、海底封存、工業(yè)應(yīng)用等方面與國際先進(jìn)水平還存在差距。在減排潛力與需求方面，我國理論封存容量和行業(yè)減排需求極大，考慮源匯匹配之后不同地區(qū)陸上封存潛力差異較大。
展開 01
前言
減碳不僅是國家政策規(guī)劃承諾的問題，也是關(guān)系到我們?nèi)祟愘囈陨娴沫h(huán)境問題。IPCC（政府間氣候變化專門委員會(huì)）關(guān)于全球變暖1.5℃的特別報(bào)告指出，CCUS（碳捕集利用與封存）技術(shù)可以有效改善全球氣候變化，并明確指出CCUS技術(shù)對于在2050年實(shí)現(xiàn)零碳排放具有重要意義。
根據(jù)2015的巴黎氣候大會(huì)披露的減碳圖表，可以看出CCUS技術(shù)主要是在2030年之后全球?qū)⒅饾u發(fā)力于二氧化碳的移除，而這與中國2030碳達(dá)峰的目標(biāo)不謀而合。
來源：Rhodes CJ. The 2015 Paris Climate Change Conference: Cop21. Science Progress 2016;99(1):97-104.
02
主流減碳技術(shù)總結(jié)
碳減排首先第一步是將二氧化碳捕集，后續(xù)可將捕集的二氧化碳直接封存也就是CCS，或是把二氧化碳能源化或資源化也就是CCU。在這些步驟中，二氧化碳捕獲是最關(guān)鍵的技術(shù)，因?yàn)樗颊麄€(gè)CCS運(yùn)營成本的70%以上。
展開 CCUS是溫室氣體減排的關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展對于促進(jìn)化石能源的高效利用、如期實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)愿景具有重要意義。目前，我國CCUS仍處于發(fā)展早期，部分先進(jìn)技術(shù)尚處于研究階段。未來，隨著政策支持不斷、關(guān)鍵技術(shù)逐步成熟以及各行業(yè)巨大減排需求拉動(dòng)，我國CCUS將向著低成本、商業(yè)化、集群化方向發(fā)展，產(chǎn)值規(guī)模有望在2050年突破3,000億元。
發(fā)展概況
CCUS定義
碳捕集、利用與封存（Carbon Capture, Utilization and Storage，簡稱 CCUS）是指將CO2從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層以實(shí)現(xiàn)CO2永久減排的過程[1]。按照技術(shù)流程，CCUS主要分為碳捕集、碳運(yùn)輸、碳利用、碳封存等環(huán)節(jié)。其中，碳捕集主要方式包括燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒等；碳運(yùn)輸是將捕集的CO2通過管道、船舶等方式運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)；碳利用是指通過工程技術(shù)手段將捕集的CO2實(shí)現(xiàn)資源化利用的過程，利用方式包括礦物碳化、物理利用、化學(xué)利用和生物利用等；碳封存是通過一定技術(shù)手段將捕集的CO2注入深部地質(zhì)儲(chǔ)層，使其與大氣長期隔絕，封存方式主要包括地質(zhì)封存和海洋封存。
政策環(huán)境：政策助力CCUS技術(shù)推廣和示范工程建設(shè)
CCUS是目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模溫室氣體減排的重要技術(shù)手段。短期內(nèi)，我國以石油、煤炭等化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)難以改變，發(fā)展CCUS可促進(jìn)化石能源的高效利用，加快傳統(tǒng)高排放行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，對我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。近年來，我國出臺(tái)了一系列政策促進(jìn)CCUS發(fā)展，具體內(nèi)容包括推動(dòng)CCUS示范工程建設(shè)、加強(qiáng)CCUS技術(shù)推廣示范、將CCUS納入綠色債券目錄等。
展開 圖6 Porthos項(xiàng)目:全范圍二氧化碳管理 圖源/MAN Energy Solutions
2.碳利用
CO2利用是指在工業(yè)或化工流程中直接或間接使用CO2生產(chǎn)有價(jià)值的含碳產(chǎn)品。并非所有的利用方案都能永久去除CO2，多數(shù)方案仍需要大量的可再生能源。
圖7 二氧化碳利用路徑 圖源/MAN Energy Solutions
碳封存
碳封存是將CO2儲(chǔ)存在油氣田或鹽堿含水層等地表下，該技術(shù)可追溯到20世紀(jì)70年代。
CO2的封存需要將其注入地下深層孔隙巖地質(zhì)儲(chǔ)層，如鹽堿含水層、枯竭油氣儲(chǔ)層，或含有高濃度活性鈣鎂離子的巖層并已形成穩(wěn)定的碳酸鹽。據(jù)國際能源署2020年一項(xiàng)詳細(xì)分析顯示，工業(yè)國家70%的排放量是在距離潛在儲(chǔ)存地點(diǎn)100至300公里的范圍內(nèi)釋放的。目前，至少有8000Gt的空間可用于碳封存。
圖8 MAN Energy Solutions碳捕集、利用與封存解決方案 圖源/MAN Energy Solutions
地質(zhì)封存的深度必須大于800米，以保持CO2處于稠密液體狀態(tài)。這就要求注入壓力通常保持在130至250 bar之間。氣候與能源方案中心列出了超過20處，在各種地質(zhì)背景已經(jīng)累計(jì)數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)的封存現(xiàn)場。
壓縮技術(shù)
壓縮技術(shù)是實(shí)現(xiàn)CO2管道輸送或以液相注入的前提。壓縮和脫水過程在CO2捕集價(jià)值鏈的成本中占比約15%，在總能量消耗中占比約25%。
1.高效整體齒輪式壓縮機(jī)
隨著能源成本不斷增加，降低壓縮成本顯得尤為重要。壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的選擇會(huì)有影響。整體齒輪式壓縮機(jī)在效率、中冷、葉輪總數(shù)、工藝抽氣/旁路的靈活性，以及入口導(dǎo)葉流量控制等方面優(yōu)于單軸壓縮機(jī)設(shè)計(jì)。
展開 碳捕集、利用與封存（CCUS）是指將工業(yè)和有關(guān)能源產(chǎn)業(yè)所生產(chǎn)的CO?分離、利用，輸送至封存地點(diǎn)并長期與大氣隔絕的過程。
碳捕集、利用與封存（CCUS）流程
國際能源署(IEA)、聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)、國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)等均指出CCUS是最具潛力、最具實(shí)效的碳處理技術(shù)。作為我國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)技術(shù)組合的重要組成部分，不僅是我國化石能源低碳利用的唯一技術(shù)選擇，保持電力系統(tǒng)靈活性的主要技術(shù)手段，而且是鋼鐵水泥等難減排行業(yè)的可行技術(shù)方案。
CO?捕集
CO?捕集技術(shù)是指將電力、化工等行業(yè)利用化石能源時(shí)產(chǎn)生的CO?進(jìn)行收集和分離的過程，該環(huán)節(jié)是CCUS系統(tǒng)耗能和成本產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)。按照分離流程，捕集技術(shù)可劃分為3個(gè)方向:燃燒前捕集、富氧燃燒捕集、燃燒后捕集。
傳統(tǒng)碳捕集技術(shù)（來源：DeepTech）
燃燒前捕集技術(shù)包括整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）和工業(yè)分離兩大類。IGCC是將煤炭、生物質(zhì)、石油焦等燃料進(jìn)行氣化，凈化后的氣體用于燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的技術(shù)；工業(yè)分離是指煤制油、煤制氣、天然氣處理、水泥、甲醇、化肥等產(chǎn)業(yè)中進(jìn)行CO?分離。
燃燒后捕集技術(shù)主要是在燃煤發(fā)電廠采用物理化學(xué)方法對燃燒后煙道氣中的CO?進(jìn)行捕集。
展開 
碳捕集利用與封存的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
碳捕集利用與封存的最新內(nèi)容
<p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(34, 34, 34);">2026第四屆上海國際碳捕集技術(shù)展覽會(huì)暨中國CCUS技術(shù)發(fā)展論壇</span></p><p class="ql-align-justify">時(shí)間：2026年4月13-15日</p><p>地點(diǎn)：上海新國際博覽中心</p><p class="ql-align-justify
由于其他制氫工藝在技術(shù)和成本方面仍受制約，煤制氫將是中國初期及中期階段的主要?dú)湓矗?em>碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)低碳煤制氫的關(guān)鍵技術(shù)選擇。考慮到CCUS技術(shù)的額外能耗和碳捕集的不完全性等特點(diǎn)，煤制氫耦合CCUS技術(shù)全流程仍將產(chǎn)生不同程度的碳排放，但相關(guān)評估較少。
IPCC（政府間氣候變化專門委員會(huì)）關(guān)于全球變暖1.5℃的特別報(bào)告指出，CCUS（碳捕集利用與封存）技術(shù)可以有效改善全球氣候變化，并明確指出CCUS技術(shù)對于在2050年實(shí)現(xiàn)零碳排放具有重要意義。
碳捕集、利用與封存技術(shù)（CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage）是將二氧化碳從化石燃料電廠或工業(yè)設(shè)施中捕集提純，然后通過運(yùn)輸投入新的生產(chǎn)過程加以利用，最終實(shí)現(xiàn)有效封存二氧化碳的目的。它在捕集、運(yùn)輸、長期封存三個(gè)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上增加了對二氧化碳利用的環(huán)節(jié)，目前主要利用方式包括提高采收率、食品級二氧化碳精制，以及其他工業(yè)利用方式。
根據(jù)《中國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖（2019）》，到2035年我國將初步形成高效低成本的陸上管道，2040年將建成多個(gè)陸上管道網(wǎng)絡(luò)，2050年建成陸海一體的管道網(wǎng)絡(luò)。
從發(fā)展路徑與目前發(fā)展速度來看，隨著碳技術(shù)的突破，CO2的商業(yè)利用范圍將有望進(jìn)一步拓寬。
1
在碳捕獲、利用與封存過程中能生產(chǎn)碳酸鈣？
近日，中國石化與殼牌、中國寶武、巴斯夫在上海（進(jìn)口博覽會(huì)期間）簽署合作諒解備忘錄。四方將開展合作研究，在華東地區(qū)共同啟動(dòng)我國首個(gè)開放式千萬噸級CCUS（碳捕獲、利用與封存）項(xiàng)目，為華東地區(qū)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)脫碳，打造低碳產(chǎn)品供應(yīng)鏈
導(dǎo) 讀
3月17日，第七屆碳捕集利用與封存國際論壇在北京昌平中國石油科技交流中心開幕。
從事碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用13年，先后主持了中歐國際合作項(xiàng)目1項(xiàng)，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專題2項(xiàng)，中國工程院咨詢項(xiàng)目2項(xiàng)，江蘇省“雙碳”課題2項(xiàng)，寧波市“雙碳”重大項(xiàng)目1項(xiàng)，四川省科技廳項(xiàng)目1項(xiàng)，參加國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題2項(xiàng)，承擔(dān)企業(yè)橫向技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目20余項(xiàng)，發(fā)表論文120余篇，獲專利授權(quán)63件，榮獲省部級科技獎(jiǎng)勵(lì)12項(xiàng)。
該項(xiàng)目是寧夏地方政府牽手兩家行業(yè)龍頭央企強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合共同打造的綠色低碳示范項(xiàng)目，在全球首次實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代煤化工和大型油氣田開采之間的綠色減碳合作，建成后將成為我國最大的碳捕集利用與封存全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘亍?/div>
碳捕集、碳利用與封存是CCUS三大重點(diǎn)環(huán)節(jié)，下文將詳細(xì)闡述。碳運(yùn)輸主要分為罐車運(yùn)輸、船舶運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)取Ｆ渲校捃囘\(yùn)輸和船舶運(yùn)輸已達(dá)到商業(yè)應(yīng)用階段，海底管道運(yùn)輸則仍處于研究階段。
（1）碳捕集：既是CCUS的首要環(huán)節(jié)，也是CCUS流程中成本主要來源。碳捕集主要從工業(yè)廢氣和大氣中捕獲，CO2濃度越高，捕集成本越低。
