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碳捕獲利用與封存

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創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
碳捕獲利用與封存圖1

碳捕獲利用與封存的實例教程

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4 富氧燃燒碳捕集原理圖及其主要特征(上)富氧燃燒捕集技術(下) 圖源/MAN Energy Solutions 3.燃燒前捕集 燃燒前捕集是指在燃燒前去除CO2。首先，水蒸汽甲烷重整或氣化(如天然氣、煤或生物質)產生合成氣。隨后，合成氣發生水-氣變換反應將一氧化碳和水轉化為氫氣和CO2。CO2濃度高且可被分離，而剩余氫氣作為燃料使用。 圖5 燃燒前碳捕集原理圖及其主要特征(上)燃燒前捕集技術(下) 圖源/ MAN Energy Solutions 碳利用 捕集的CO2可作為原料應用于眾多工業流程。但這些機遇的開發需要基礎設施設計師、生產商和運營商在基礎設施領域更緊密合作。 1.碳輸送 CO2在捕集后輸送至工業用戶或封存地點。鹿特丹港正在建立一個收集網絡以整合和分配CO2。大多數CO2排放者缺乏管理排放的專業知識。而這里公用事業公司可以介入，因為發電廠是最大的排放源，所以必須采取行動。公用事業公司可以結合CO2捕集方面的專業知識與自建帶有CO2輸配功能的工業中心，將提供碳管理作為一種服務。 圖6 Porthos項目:全范圍二氧化碳管理 圖源/MAN Energy Solutions 2.碳利用 CO2利用是指在工業或化工流程中直接或間接使用CO2生產有價值的含碳產品。并非所有的利用方案都能永久去除CO2，多數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儲存在油氣田或鹽堿含水層等地表下，該技術可追溯到20世紀70年代。
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生態環境部環境規劃院按照可持續發展情景估計，到2070年，生物質能和空氣碳捕集途徑占比將進一步上升，從2050年的19.6%上升至36.2%。 生物質能-碳捕集與封存（BECCS）技術利用植物的光合作用，結合生物質能和CCUS來實現溫室氣體負排放，將大氣中的二氧化碳轉化為有機物，并以植物生物質的形式積累存儲下來，在長期緩解二氧化碳排放方面具有明顯優勢，在全球范圍內具有可觀的碳潛力。目前美國、英國等一些發達國家進行了BECCS相關的示范工程，預計接下來將有更多的國家投入到這一領域。 生物質能-碳捕集與封存（BECCS）示意圖 直接空氣碳捕捉（DACCS），指利用化學反應，將空氣中的碳提取出來，當空氣經過裝有液體溶劑或固體吸附劑（均為常見的化學品）的裝置時，二氧化碳會留在溶劑或吸附劑中，而其他成分則離開裝置回到空氣中。當溶劑或吸附劑“裝滿”了二氧化碳后，對充滿二氧化碳的溶劑或吸附劑進行加熱脫碳，溶劑或吸附劑得以循環利用，而脫出的二氧化碳被注入并封存在地層，或者被直接利用。至今技術最成熟的幾個公司分別是Climeworks, Carbon Engineering和Global Thermostat。這三家公司共有18個工廠，各工廠的產能從捕捉1噸二氧化碳/年到4000噸二氧化碳/年不等，18個工廠的產能合計每年捕捉8000噸二氧化碳，其中，約有4000噸二氧化碳是被永久封存的，另外4000噸，則被出售另作他用。年產能為捕捉1百萬噸二氧化碳每年的試驗工廠已在建設中，落于美國西南地區，預計2024年底投產。
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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。
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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。
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二、溫室氣體核算與碳交易基石 隨著碳交易市場的日益成熟，對二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）等溫室氣體的精確計量變得十分重要，這不僅關系到國家層面的碳排放統計，更直接涉及企業的經濟利益，在碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術中，氣體質量流量計用于監測捕獲效率和輸送過程中的氣體流量。
本文原刊登于Ansys.com：《Kenyan Startup Harnesses Nature and Simulation To Advance Carbon Capture》 作者： Susan Coleman | Ansys高校和初創公司計劃總監 Jennifer Procario | Ansys市場傳播經理 編輯整理：郭曉東 | Ansys主任應用工程師 “Ansys仿真將有助于降低我們的
、利用與封存、生態固碳； 碳監測與服務：碳排放監測與檢測儀器、碳核算、碳認證、碳咨詢、碳金融、碳匯； 生物基與可降解產業：生物基化學品、可再生化學品、生物基溶劑、生物燃料、生物煉制技術、加工技術、二氧化碳原料； 2026上海國際碳中和科技展覽會-組委會
、利用與封存 4.生態固碳 碳監測與服務 1.碳排放監測與檢測儀器 2.碳核算 3.碳認證 4.碳咨詢 5.碳金融 6.碳匯 生物基與可降解產業 1.生物基化學品 2.可再生化學品 3.生物基溶劑 4.生物燃料 5.生物煉制技術、加工技術 6.二氧化碳原料 第三屆上海國際碳中和科技展覽會-組委會
想要完成“雙碳”的目標，CCUS技術（Carbon Capture，Utilization and Storage）即碳捕獲、碳利用、碳封存技術是最重要的技術途徑之一。 目前全球主要能源研究機構、碳減排倡導組織、以及一些國家和地區都將CCUS技術作為未來主要的碳減排技術。
其中，美國公司埃克森美孚公司（ExxonMobilCorporation）在路易斯安那州、懷俄明州、澳大利亞都開始布局或實施捕集項目；美國的斯倫貝謝公司（Schlumberger）和德國的林德公司已就碳捕獲、利用和封存（CCUS）項目達成戰略合作,以加快工業和能源部門的脫碳解決方案；瑞士綠色技術初創公司Climeworks偏重于空氣捕集技術，投建了其首個“直接空氣碳捕捉”（DAC）技術商業化落地的工廠項目
四方將開展合作研究，在華東地區共同啟動我國首個開放式千萬噸級CCUS（碳捕獲、利用與封存）項目，為華東地區現有產業脫碳，打造低碳產品供應鏈。
另一個潛在的技術途徑是碳捕獲、利用和封存 (CCUS) 技術，可以將其改造到現有或新的BF-BOF和DRI工廠。CCUS的工作原理是捕獲煙囪中的CO 2氣體，將其封存并長期儲存或再利用。其結果是一種低碳排放的鋼鐵產品。?
涵蓋了碳捕獲、碳利用和碳封存3個重要環節，主要以該用戶第二化肥廠煤制氣裝置排放的尾氣為原料，生產液態二氧化碳產品，并送往某油田代替“水”作為介質打入地下頁巖中驅油和封存，整個過程節水、驅油、減碳一舉三得，原油覆蓋地質儲量6000萬噸，年注入能力100萬噸。