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
CCUS是溫室氣體減排的關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展對(duì)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(guó)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(lái)，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(guó)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(jiǎn)稱 CCUS）是指將CO2從工業(yè)過(guò)程、能源利用或大氣中分離出來(lái)，直接加以利用或注入地層以實(shí)現(xiàn)CO2永久減排的過(guò)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(guò)管道、船舶等方式運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)；碳利用是指通過(guò)工程技術(shù)手段將捕集的CO2實(shí)現(xiàn)資源化利用的過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guó)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(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。近年來(lái)，我國(guó)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(kāi) 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(guó)際能源署2020年一項(xiàng)詳細(xì)分析顯示，工業(yè)國(guó)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(guò)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(chǎng)。
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(guò)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(kāi) 本文選自中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2021年第6期
作者：張賢，李陽(yáng)，馬喬，劉玲娜
來(lái)源：我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究[J].中國(guó)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(guò)程等排放源或空氣中捕集分離，通過(guò)罐車(chē)、管道、船舶等輸送到適宜的場(chǎng)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(guó)工程院李陽(yáng)院士研究團(tuán)隊(duì)在中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2021年第6期發(fā)表《我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究》一文，對(duì)我國(guó)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(píng)估。文章指出，我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展迅速，與國(guó)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(guó)際先進(jìn)水平。在工業(yè)示范方面，我國(guó)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(guó)際先進(jìn)水平還存在差距。在減排潛力與需求方面，我國(guó)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(kāi) 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(zhǎng)期與大氣隔絕的過(guò)程。
碳捕集、利用與封存（CCUS）流程
國(guó)際能源署(IEA)、聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(IPCC)、國(guó)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(guó)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(guó)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(guò)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(lái)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(lèi)。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(duì)燃燒后煙道氣中的CO?進(jìn)行捕集。
展開(kāi) 01
前言
減碳不僅是國(guó)家政策規(guī)劃承諾的問(wèn)題，也是關(guān)系到我們?nèi)祟?lèi)賴以生存的環(huán)境問(wèn)題。IPCC（政府間氣候變化專門(mén)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(duì)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(guó)2030碳達(dá)峰的目標(biāo)不謀而合。
來(lái)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(yíng)成本的70%以上。
展開(kāi) 
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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(guó)際碳捕集技術(shù)展覽會(huì)暨中國(guó)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(guó)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(guó)初期及中期階段的主要?dú)湓?，?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?？紤]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(píng)估較少。
IPCC（政府間氣候變化專門(mén)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(duì)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(guò)運(yùn)輸投入新的生產(chǎn)過(guò)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(zhǎng)期封存三個(gè)環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上增加了對(duì)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(jí)二氧化碳精制，以及其他工業(yè)利用方式。
根據(jù)《中國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖（2019）》，到2035年我國(guó)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(lái)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。
2
電石渣被“點(diǎn)”化成金
該項(xiàng)目采用高效礦化捕集利用與封存和長(zhǎng)期穩(wěn)定固碳技術(shù)，利用氯化銨溶液將工業(yè)廢物電石渣中的鈣溶解，再吸收煙氣中的二氧化碳，通過(guò)沉淀、過(guò)濾、提純、壓濾、烘干等步驟，得到具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的綠色碳酸鈣和電廠脫硫碳酸鈣漿液，直接實(shí)現(xiàn)火電廠二氧化碳捕集、長(zhǎng)期穩(wěn)定封存和工業(yè)化利用。
導(dǎo) 讀
3月17日，第七屆碳捕集利用與封存國(guó)際論壇在北京昌平中國(guó)石油科技交流中心開(kāi)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(guó)際合作項(xiàng)目1項(xiàng)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專題2項(xiàng)，中國(guó)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(guó)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(kāi)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(jí)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(kāi)采之間的綠色減碳合作，建成后將成為我國(guó)最大的碳捕集利用與封存全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘亍?/div>
發(fā)展現(xiàn)狀
生態(tài)結(jié)構(gòu)：按照產(chǎn)業(yè)流程，CCUS主要由碳排放、碳捕集、碳運(yùn)輸、碳利用與封存等環(huán)節(jié)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?xì)獾戎械蜐舛扰欧拧?em>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(chē)運(yùn)輸、船舶運(yùn)輸和管道運(yùn)輸?shù)取?/div>
