碳捕集與封存的案例
碳捕集與封存(CCS)是如何工作的？
世界上有一個碳問題。要解決這個問題，就需要停止燃料燃燒的碳排放，轉而依靠風力渦輪機和太陽能電池等更清潔的能源。
但是，對于空氣中已經存在的現有CO2，以及每天排放的數百萬噸CO2，我們能做些什么嗎？
自然保護協會副主任Rebecca Benner說：“在人類歷史的大部分時間里，碳排放都是由大自然平衡的，但現在我們產生CO2的速度比大自然回收CO2的速度快得多。”
碳捕集與封存是一個總括性的術語，其中一些技術是在20世紀80年代首次提出的，旨在將排放的CO2釋放到空氣中之前，將其捕集并封存起來。
雖然碳捕集與封存尚未大規模進行，但公司和政客正在推動碳捕集與封存，將其作為引導國家走向碳中和的未來計劃的關鍵部分。
在《通脹削減法案》中稅收激勵措施的鼓勵下，一些美國公司提出了捕集CO2并利用或將其封存在地下的項目。
然而，一些環保人士對這些提議持懷疑態度，他們表示，碳捕集與封存可能會分散人們對減排工作的注意力。
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究竟什么是碳捕集？
濕地和森林等自然生態系統從空氣中吸收碳并將其轉化為生物質，這是地球自然碳循環的一部分。
因此，植樹是一種低技術含量的碳捕集方法，而且我們知道這種方法可以大規模使用。
但隨著化石燃料的持續使用，大氣中CO2含量的上升速度超過了僅靠自然過程能夠抵消的速度，專家們已經在尋找方法來增強大自然的能力。
全國各地都在努力植樹和進行其他小規模試驗。目前正在開發兩種更大規模的方法：燃燒后捕集和直接空氣捕集。
展開 碳捕集、利用與封存(CCUS)價值鏈研究
如下述全球碳捕集與封存研究院2021年的研究所示，隨著CO2濃度的降低，能耗以及設備大小均會增加。盡管CO2分離技術在各類化學工藝中應用了數十年，但低濃度煙氣凈化仍然是一項成本高、無利可圖的投資，即使主要研究在努力減少投資成本與能耗。
捕集和凈化是CO2價值鏈中成本最高的一步。全球碳捕集與封存研究院的研究表明，若以使用壽命30年計算，每吉焦煤炭成本為2.1美元，每吉焦天然氣則是4.2美元，這意味著上述15%到20%碳捕集成本來自能源本身。能源至關重要，其價格在2022年初上漲了三倍，從根本上改變了碳捕集和封存的經濟效益。
一些大規模工業流程是碳捕集的理想場景，因為煙氣CO2濃度高且凈化成本低。盡管捕捉成本更低，仍鮮有這樣的碳源被開發利用。
圖2 碳捕集與凈化成本(上)不同工藝流程中的CO2濃度(下) 圖源/MAN Energy Solutions
碳捕集
捕集CO2的方法可分為三類：燃燒后捕集、富氧燃燒捕集和燃燒前捕集。
1.燃燒后捕集
燃燒后捕集技術在燃燒后將CO2從煙氣中分離。具有CO2高親和力的選擇性化學溶劑，例如胺，最適用于CO2低分壓的煙氣，絕大多數現有工業排放可采用該技術捕集。胺吸收是一項成熟技術，改造過程通常不會影響現有工藝，也無需大量的技術變更。這也是Aker Carbon Capture公司的建議，采用CO2壓縮加熱胺的模塊化裝置。胺吸收有良好的應用記錄，多個大型工業裝置正在運行，包括2016年SaskPower Boundary Dam項目，2017年Petra Nova, Texas項目，2021年HeidelbergCement, Brevik項目。胺吸收技術的劣勢在于溶劑再生需要額外多達20%至30%能耗。
展開 2022年中國碳捕集、利用與封存（CCUS）行業洞察報告
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。
展開 深度解析：碳捕集、利用與封存（CCUS）技術工藝及其適用性
碳捕集、利用與封存（CCUS）是指將工業和有關能源產業所生產的CO?分離、利用，輸送至封存地點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)、聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)、國際可再生能源機構(IRENA)等均指出CCUS是最具潛力、最具實效的碳處理技術。作為我國實現碳中和目標技術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選擇，保持電力系統靈活性的主要技術手段，而且是鋼鐵水泥等難減排行業的可行技術方案。
CO?捕集
CO?捕集技術是指將電力、化工等行業利用化石能源時產生的CO?進行收集和分離的過程，該環節是CCUS系統耗能和成本產生的主要環節。按照分離流程，捕集技術可劃分為3個方向:燃燒前捕集、富氧燃燒捕集、燃燒后捕集。
傳統碳捕集技術（來源：DeepTech）
燃燒前捕集技術包括整體煤氣化聯合循環發電（IGCC）和工業分離兩大類。IGCC是將煤炭、生物質、石油焦等燃料進行氣化，凈化后的氣體用于燃氣—蒸汽聯合循環發電的技術；工業分離是指煤制油、煤制氣、天然氣處理、水泥、甲醇、化肥等產業中進行CO?分離。
燃燒后捕集技術主要是在燃煤發電廠采用物理化學方法對燃燒后煙道氣中的CO?進行捕集。
展開 
碳捕集技術的創新是否滯后？
碳捕集和封存
碳捕集和封存（CCS）是指一系列可以通過減少CO
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排放來對抗大氣中CO
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水平的技術。這些技術在燃燒化石燃料產生的CO
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釋放到大氣中之前將其捕集。然后將捕集的CO
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壓縮并運輸到封存地點，例如地質構造、空出的石油或天然氣儲層。
CCS也可稱為CCUS（碳捕集、利用和封存），其中捕集的CO
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用于某些下游目的，如提高石油采收率（EOR）或用于生產化學品。
根據國際能源暑的數據，2022年全球CO
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排放量減少了4500萬噸，主要是碳捕集、利用和封存。根據項目開發商的公告，預計到2030年，這一數字將上升至2.2億噸CO
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。然而，即使所有計劃項目都得到了實施，這也遠遠達不到2030年凈零情景下的要求。圖2用黃色條顯示了這一重大的預測缺口。
展開 CCUS新技術：我國碳捕集利用與封存技術發展研究丨中國工程科學
本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》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發展研究[J].中國工程科學,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，可以實現化石能源利用近零排放，促進鋼鐵、水泥等難減排行業的深度減排，而且在碳約束條件下，可以增強電力系統靈活性、保障電力安全穩定供應、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放，是實現碳中和目標不可或缺的重要技術選擇。
中國工程院李陽院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2021年第6期發表《我國碳捕集利用與封存技術發展研究》一文，對我國碳捕集利用與封存技術水平、示范進展、成本效益、潛力需求等進行了全面評估。文章指出，我國碳捕集利用與封存技術發展迅速，與國際整體發展水平相當，目前處于工業化示范階段，但部分關鍵技術落后于國際先進水平。在工業示范方面，我國具備了大規模捕集利用與封存的工程能力，但在項目規模、技術集成、海底封存、工業應用等方面與國際先進水平還存在差距。在減排潛力與需求方面，我國理論封存容量和行業減排需求極大，考慮源匯匹配之后不同地區陸上封存潛力差異較大。
展開 全球碳捕集與封存研究院：CCUS樞紐建設的優缺點
Carbon Peak and Carbon Neutrality
引言
作為“雙碳戰略”重要組成部分的CCUS為政府和工業界提供了重要的機會。近年來，幾十個新的CCUS項目處于正在建設或規劃中，越來越多的國家提供了成熟的政策支持。據全球碳捕集與封存研究院（Global CCS Institute）研究成果顯示，一個有效的政策解決方案是支持CCUS網絡和樞紐的形成。在此環境下，排放者、監管機構和CCUS樞紐開發人員合作，建立共享的基礎設施，實現規模經濟，并在一個新的工業價值鏈中開發實際可行的商業模式。隨著這些CCUS樞紐的發展，正在把越來越多的CCUS項目變成一個可擴展的現實。
展開 保證人類零碳未來的托底技術 ——碳捕集利用與封存（CCUS）技術路線利弊分析
01
前言
減碳不僅是國家政策規劃承諾的問題，也是關系到我們人類賴以生存的環境問題。IPCC（政府間氣候變化專門委員會）關于全球變暖1.5℃的特別報告指出，CCUS（碳捕集利用與封存）技術可以有效改善全球氣候變化，并明確指出CCUS技術對于在2050年實現零碳排放具有重要意義。
根據2015的巴黎氣候大會披露的減碳圖表，可以看出CCUS技術主要是在2030年之后全球將逐漸發力于二氧化碳的移除，而這與中國2030碳達峰的目標不謀而合。
來源：Rhodes CJ. The 2015 Paris Climate Change Conference: Cop21. Science Progress 2016;99(1):97-104.
02
主流減碳技術總結
碳減排首先第一步是將二氧化碳捕集，后續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鍵的技術，因為它占整個CCS運營成本的70%以上。
展開 碳捕集：現狀展望
這可能反映在《2022年通貨膨脹削減法案》（IRA）中，永久地下封存的稅收抵免為85美元/噸，而EOR使用的稅收抵免則為60美元/噸。開發商正在增加這一封存行業，如Verde CO2，該行業從脫碳項目中獲取捕集的CO2。
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CO2直接空氣捕集和封存的現狀如何？
John Lagomarsino：盡管有人會認為大量發展CO2直接空氣捕集項目是沒有止境的，即使引入了180美元/噸的稅收抵免，但基礎科學和經濟學仍然是實現這一目標的障礙。
主要原因是空氣中的CO2濃度僅為百萬分之400（0.04%），而化石燃料發電廠的排放量比之高出300倍。因此，化石燃料發電廠的移除CO2更具成本效益。
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建設基礎設施還有其他障礙嗎？勞動力短缺將如何影響這些努力？
Dwight Cole：當然。我的理解是，與工業化前的水平相比，美國的碳捕集量需要每年增長400%，以實現氣候協定的目標，將全球變暖限制在2攝氏度以下，最好是1.5攝氏度。
碳捕集基礎設施的部署目標是到2050年實現凈零排放，距離現在僅剩27年。希望我們有足夠的工程師、科學家和其他專業人員來設計和建造足夠的基礎設施，以實現這一目標。
02
所有權
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誰在安裝碳捕集器，為什么？
Dwight Cole：從我們的角度來看，它主要是現有化石燃料發電設施的所有者，如燃氣輪機和燃煤鍋爐蒸汽發電。
主要驅動因素是CO2的潛在銷售，最近還有CO2移除的稅收抵免。CO285美元/噸（甚至EOR65美元/噸），加上CO2的銷售，碳捕集的經濟性開始顯現。我認為，如果我們有機會在2050年實現凈零，這將繼續增加。
展開 CCUS新技術--礦化：跟我一起探索碳捕集利用與封存方向的突破性技術！
碳捕獲、利用和儲存 (CCUS) 是我們尋找的產品組合中最重要的技術之一。今天介紹的這個技術來自國外，這是在30多個CCUS項目正在進行實踐中，廠家也正在測試的技術將為2030年以后的業務脫碳奠定基礎。
最令人興奮的 CCUS 技術之一被稱為“礦化”，或將 CO 2鎖定在礦物質中。研發單位正在與意大利能源公司 Eni 合作，推進他們的碳捕獲產品組合，將人們運營中產生的 CO 2重新用于生產的綠色水泥。Eni 正在將其碳捕獲和礦化專業知識用于將 CO 2儲存到橄欖石中，橄欖石是一種廣泛使用的礦物。研發單位的創新中心的研究人員正在探索使用這種碳酸化橄欖石作為一種新的低排放原材料來配制我們的綠色水泥。
創新和技術發展是成功應對能源轉型挑戰的戰略關鍵，它將利用 Eni 的研發專業知識和 Holcim 的經驗。通過為難以減排的行業提供合適的解決方案，這項技術使人們能夠加快脫碳進程。Holcim 和 Eni 的全球運營，加上 olivine 在全球范圍內的廣泛可用性，將使該 CCUS 解決方案具有高度可擴展性。它將使 CO 2永久封存 到建筑材料中以實現更環保的建筑，從而增加我們范圍廣泛的創新低排放原材料。研發廠家的團隊目前正在繪制歐洲最相關的地點，以進行工業規模的試點。這種伙伴關系符合人們的凈零旅程以及埃尼對其行業脫碳的承諾。
世界需要變革性技術來加速人們向凈零排放的過渡。通過將 CO 2儲存 在橄欖石等新礦物中，廠家正在擴大我們的綠色水泥解決方案范圍，使可持續建筑在全球成為現實，同時減少企業運營的足跡。該單位與 Eni 的合作符合他們開放的創新生態系統，與志同道合的組織合作，從初創公司到跨國公司，共同創造更大的不同。
展開 CCUS碳捕集-二氧化碳捕集技術匯總
CCS（carbon capture and storage）即二氧化碳的捕集和封存技術，是將CO2從電廠等工業或其他排放源分離，經富集、壓縮并運輸到特定地點，注入儲層封存以實現被捕集的CO2與大氣長期分離的技術。在此技術基礎上發展出CCUS。
碳捕集、利用與封存技術（CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage）是將二氧化碳從化石燃料電廠或工業設施中捕集提純，然后通過運輸投入新的生產過程加以利用，最終實現有效封存二氧化碳的目的。它在捕集、運輸、長期封存三個環節基礎上增加了對二氧化碳利用的環節，目前主要利用方式包括提高采收率、食品級二氧化碳精制，以及其他工業利用方式。與CCS相比，CCUS可以將二氧化碳資源化，能產生經濟效益，更具有現實操作性。
簡單來說，CCUS技術即為將二氧化碳捕集起來，然后繼續再利用或者封存起來的技術。那么，二氧化碳的捕集技術有哪些呢？
1、化學吸收法
化學吸收法是指化學溶劑通過與CO2發生化學反應，對二氧化碳進行吸收，當外部條件如溫度發生或壓力改變時，使得反應逆向進行，從而達到二氧化碳的解析及吸收劑的循環再生的目的。二氧化碳捕集流程圖如下圖所示：
其基本過程為：煙氣在脫硫、脫硝后，經引風機從底部進入吸收塔，同時吸收液從吸收塔的頂部噴淋而下，煙氣和吸收液在吸收塔內接觸后發生反應。
展開 
產業報告|2023CCUS產業發展報告（二）CCUS發展現狀與未來趨勢
碳利用參與方是碳利用技術與設備的供應商，目前我國碳利用技術與設備的研發與制造并無完全匹配的企業，在此領域相對成熟的企業有中國化學、凱美特氣、萬華化學、寶豐能源等企業，這些企業雖并非將二氧化碳的利用作為主營業務，但其對碳利用有較為密切的關注，對碳利用技術或設備有相關布局或開展過相關項目，目前中國化學正在積極探索CO2電催化轉化成高附加值產品；萬華化學除了積極開發碳捕捉技術外,也在布局碳利用，比如利用干重整技術將CO2重新用于產品的生產過程中,比如CO2用于替代硫酸中和生產過程中的堿性廢水,又比如將其出售給干冰企業制作干冰等。
碳封存目前應用較少，多集中在油氣行業，目前做過或者有過相關布局的企業多為石油行業，比如中國石油、中國海油，中石化等大型國企，對于企業來說，由于單獨進行碳封存的成本相對較高，而且不具備附帶經濟價值，因此目前布局較少，需要政策激勵。但由于碳封存是將二氧化碳注入地下或海下，也具備驅油的作用，因此布局碳封存會引起石油行業的關注。
表11：國內部分碳利用與碳封存項目
2021年，中國石油實現二氧化碳年注入量達56.7萬噸，累計埋存二氧化碳超450萬噸，產油量達20萬噸。中石化的齊魯石化—勝利油田百萬噸級CCUS項目由齊魯石化捕集提供二氧化碳，并將其運送至勝利油田進行驅油封存，實現二氧化碳捕集、驅油與封存一體化應用。中國海油開展適應海上二氧化碳封存的地質油藏、鉆完井和工程一體化關鍵技術研究，成功研發了海上平臺二氧化碳捕集、處理、注入、封存和監測的全套技術和裝備體系，填補了國內海上二氧化碳封存技術的空白。綜上，我國碳封存項目目前成本較高、布局較少，多集中在大型國企，且純CO2封存項目很少，多與二氧化碳地質利用一體。
展開 火電，為什么很難被取代？
中國在2020年9月的第七十五屆聯合國大會上表示，要在2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和。這也就意味著，在2060年之前，中國要完全退出以燃煤為手段的火電。那么，將來中國的火電將會何去何從？
我國主要發電站分布
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首先，中國燃煤發電的技術已經很先進，通過努力發展低碳燃煤發電技術，在中國，燃煤發電的碳排放已經不算很高。目前來講，火電產業當中控制二氧化碳排放的技術主要是清潔煤電、碳捕捉、碳封存技術，還有中國世界領先的超臨界、超超臨界機組發電技術。碳捕集與封存技術是指將二氧化碳從電廠等工業或其他排放源分離，經富集、壓縮并運輸到特定地點，注入儲層封存以實現被捕集的二氧化碳與大氣長期分離的技術，有望實現化石能源使用的二氧化碳近零排放，被認為是進行溫室氣體深度減排最重要的技術路徑之一；中國已經掌握了全產業鏈的相關技術，并已經在鄂爾多斯由神華集團實施了全亞洲第一個全流程碳捕集與封存項目，積累了大量經驗。超臨界技術則是通過提升鍋爐內部的水溫、壓力等參數，使得燃煤燃燒得更充分，效率和經濟性進一步提升的技術，其供電效率由傳統技術的35%可以提升到45%，而其排放則可以相比傳統火電降低35%。
另外，出乎我們常識意料的是，越大的火電機組反而越節能環保。大容量、高參數的機組發電能耗低、碳排放水平低，小火電機組能耗高、碳排放水平高。1kWh 發電量小火電機組比大機組多耗煤30%～50%。因此，早在十一五期間，我國就已經關停了超過7600萬千瓦的小火電，其后的兩個五年計劃更是關停、改造小火電超過6億千瓦。將來新建的機組，也都是單機容量超過600兆瓦的超大型機組，或者是更大的超臨界和超超臨界機組。
展開 二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術中4種CO2運輸方式優缺點對比！
”與“碳中和”目標的實現需要大幅度優化現有能源結構和經濟發展方式，同時也需要一定規模的二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術，用以回收較難用可再生能源替代部門的CO2排放。
質量流量計在石油行業中的應用場景有哪些？
三、下游應用與環保監測：排放控制與碳管理
隨著全球“雙碳”目標推進，石油企業面臨日益嚴格的環保法規，在火炬氣回收、VOCs（揮發性有機物）排放監測及碳捕集與封存（CCS）項目中，質量流量計用于實時監測廢氣排放量，為碳足跡核算和合規報告提供數據支撐，Bronkhorst 提供適用于低流量、多組分氣體的專用傳感器，可精準識別并計量復雜混合氣體中的目標成分。
此外在加油站油氣回收系統（ORVR）測試、潤滑油添加劑配比、燃料調和等終端應用場景中，質量流量計同樣發揮著不可替代的作用，確保產品一致性與客戶滿意度。
四、為何選擇 Bronkhorst？
布瑯軻鍶特（Bronkhorst）深耕流量測量領域逾50年，產品覆蓋熱式、Coriolis、超聲波等多種技術路線，可針對石油行業不同工況提供定制化方案，我們的設備具有以下優勢：
高精度與重復性：典型精度可達 ±0.5% 讀數，部分型號達 ±0.1%；
寬量程比：100:1 甚至更高，適應流量波動大的工況；
本質安全設計：符合 ATEX、IECEx 等防爆認證，適用于危險區域；
智能集成能力：支持 Modbus、Profibus、EtherNet/IP 等多種協議，無縫對接工業4.0系統。
從地下油藏到煉化裝置，從管道運輸到環保監測，質量流量計已深度融入石油工業的每一個關鍵環節，選擇 Bronkhorst，不僅是選擇一款高精度儀器，更是選擇一位值得信賴的長期合作伙伴，我們主要以創新技術賦能石油行業高質量發展，助力客戶在安全、效率與可持續之間取得最佳平衡。
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