CO2地質(zhì)封存作業(yè)

1、實用標(biāo)準(zhǔn)文檔二氧化碳捕獲與封存的主要技術(shù)環(huán)節(jié)與問題分析李成城中國地質(zhì)大學(xué)，湖北武漢430074摘 要：減少CO2的排放是國際社會當(dāng)前迫切需要解決的問題,CO2捕獲與地質(zhì)封存技術(shù)由于其巨大的減排潛力和經(jīng)濟性近年來引起科學(xué)界和政治界的廣泛關(guān)注。對該技術(shù)的主要技術(shù)環(huán)節(jié)和問題進行了分析，并對中國背景下的 CO2捕獲與地質(zhì)封存技術(shù)的主要問題進行了探討。關(guān)鍵詞：二氧化碳；捕獲與封存、技術(shù)環(huán)節(jié)The Major Technology Track and Analysis about CarbonDioxide Capture and StorageChengcheng LiChina University

2、Of Geosciences,wuhan 430074Abstract： How to reduce CO2 releasing is an urgent issue in international society . In recent years, scientific and political communities are paying great attention t o carbon dioxide capture and storage due to the huge potential capacity . The major technol ogy track and

3、analysis about this technology in China were discussed in this paper .Key words： Carbon dioxide; Capture and storage; Technology track .1、 引言工業(yè)革命以來的一百多年里，迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)給人類的生活帶來了巨大 的變化，人類能夠更加自由的利用和支配自然。但是在人類生活水平日益提高的同時，我們也不得不為自身賴以生存的自然環(huán)境的惡化而擔(dān)憂。其中由于包括CO2在內(nèi)的溫室氣體（GHG ）的大量人為排放所引起的溫室效應(yīng)正引起人類的廣泛關(guān)注。目前主要的 CO2

4、減排技術(shù)包括提高化石燃料的能源利用率，使用低碳或無碳的新興能 源（如太陽能、風(fēng)能、核能、生物能等）作為化石燃料（煤、石油、天然氣）的替代品，以 及CO2的收集與儲存（CO2 Capture and Storage, CCS）。后者是將工業(yè)點源捕集回收的CO2運輸?shù)絻Υ鎴龅?，通過儲存使其長時間（幾百上千年甚至更長）的與大氣隔離，從而達到減 少人為CO2排放量的目的。目前的主要研究為CO2在深層地質(zhì)介質(zhì)和海洋中的儲存，以及在地表利用礦物碳酸化固定CO2。在這3中儲存形式中，礦物碳酸化費用昂貴且對環(huán)境產(chǎn)生潛在危害，CO2海洋儲存則是一種不成熟的技術(shù)，通過物理、化學(xué)作用改變附近區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，從而對海

5、洋生物造成危害。相比來說，CO2的地質(zhì)封存是最具潛力的儲存技術(shù)，因為在油氣田開發(fā)、廢物處置和地下水保護中積累的經(jīng)驗有助于該項技術(shù)的順利開展，在世界范圍內(nèi)有著較大容量的儲存潛力，并且有著較好的安全性，可以保證注入的CO2長期封存于儲層中。目前主要的 CO2地質(zhì)儲存場地包括深部咸水含水層，廢棄的油、氣儲層和不可采 的貧瘠煤層。CO2的減排目標(biāo)是：截至 2050年，減少CO2排放量30%以上，并捕集和封存 CO220% 以上。能源需求的增加特別是煤炭仍為21世紀(jì)的主要能源，這種矛盾使得減排和CO2的封存問題顯得尤為嚴(yán)峻。據(jù)國際能源署（ IEA）預(yù)測，至IJ 2050年CCS技術(shù)對減排的貢獻可以 達到

6、20%。2、 CCS技術(shù)CCS是指將從集中排放源（發(fā)電廠、鋼鐵廠等）分離得到的CO2注入到地下深處具有適當(dāng)封閉條件的地層中隔離起來，即把CO2歸還原位一一地下深部，有儲存容量大、時間長、可利用成熟技術(shù)等特點?？捎糜贑O2地下儲存的場地主要有油氣田、沉積盆地內(nèi)的咸水含水層和無商業(yè)開采價值的深部煤層等。CCS減排技術(shù)實施的潛力取決于相對其他減排措施的成本。提高能源利用率實現(xiàn)CO2減排存在技術(shù)上的極限，并將額外付出一定的經(jīng)濟成本；減排措施在設(shè)備制造、安裝、運行過程中存在能源消耗，風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、低碳能源等減排措施的減排效果并不如預(yù) 期的有效；而 CCS具有減少整體減排成本以及增加實現(xiàn)溫室氣體

7、減排靈活性的潛力，同時 容許化石能源的繼續(xù)使用，其優(yōu)點顯著，CCS在減排技術(shù)體系中的作用在21世紀(jì)內(nèi)將會大幅度上升。但CCS的廣泛應(yīng)用取決于技術(shù)成熟性、成本核算、技術(shù)普及和轉(zhuǎn)讓、法律法規(guī)、環(huán)境評估和公眾反應(yīng)等諸多因素。目前已商業(yè)化的 CCS項目有3個，分別是“挪威國營石油和天然氣公司Stat oil的Sleipner深部鹽水含水層封存項目”，該項目將采集到的 CO2注入海底以下約 800 m深處的含鹽水巖層中，1996年10月啟動，日注入量大約為2 700 t,由于當(dāng)時挪威已開始征收碳素稅，而該公司在北海的天然氣田生產(chǎn)的天然氣中含有9%的CO2,為免交碳素稅，該公司選擇了含水層封存，這是世界上

8、第一次商業(yè)規(guī)模的含水層封存工程，近 6年的工程實踐表明， 封存成本與碳素稅額基本持平，證明了含水層封存的經(jīng)濟性；美國北達科他州氣化公司“Weyburn CO 2強化采油項目”，該公司生產(chǎn)甲烷的副產(chǎn)品是CO?,通過管道運輸用于在加拿大 Weyburn油田注入地層幫助開采石油，從 2000年項目啟用至今，沒有任何跡象表明 有CO2滲漏到地表或近地表環(huán)境 ；阿爾及利亞"In Salah天然氣項目"，I n Salah的Krechba氣田有一些氣藏所生產(chǎn)的天然氣伴生大量的CO2 （最多10% ） ,CO2通過3個深井被注入1800 m以下的砂巖儲層中。日本的研究基本與歐洲及北美國家

9、同步，受挪威 Slei pner工程 成功的鼓舞，日本新能源技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)啟動了 “CO2含水層封存技術(shù)研究開發(fā)計劃”（20002005年），到2005年項目結(jié)束時，在新瀉縣長崗市向 1 200 m深的地下注入 2萬t CO2,用地震波層析技術(shù)對注入地中的CO2進行了監(jiān)測，證實了 CO2被封閉在地層中。更有意義的是，即使在2004年10月23日的新瀉地震（里氏6.8級，震源距封存場地只有 13 km）中，也未發(fā)現(xiàn)泄漏跡象。目前各國正在開展的大型CCS研發(fā)項目見表 1。表I各醐行的觸CCS研題目.Table 1 htemational brgrscaleCCS projects解緬弱項目規(guī)部開

10、蝌間的方式§ leaner商業(yè)陰6含水層Weybum加拿大20 500坪油M haniNw妣日本示淵臉X含水層Yubari琳示群博20U400摞4層氣h Sa kb聃及抑械球氣田Frio耨先導(dǎo)讖2004赫含水層K12B河二示群博陽co潮置氣斷來Fenn B VaLcy先導(dǎo)搬即co理媒置Recopol破蘭先導(dǎo)試臉洲螂層氣Qhshui Basil中囪先導(dǎo)魂用偽屯麒層氣Sa k Creek翅商業(yè)2則co理油Snohvit揶成2順麻含水層Go即默的麻含水層Kctzin德國就讖2岷裁楮水層鄴欺M先導(dǎo)試臉明佰城水含水翻1枯竭天然皿Teapot Doric美國示范讖?順林含水期00理油CSEMP先

11、導(dǎo)試臉眥電解1氣Panbina加拿大先導(dǎo)蹈2005電翱未來隨著CCS技術(shù)的研究、發(fā)展以及規(guī)模效應(yīng)，CCS的成本將會顯著降低。如新穎的捕獲CO2技術(shù)具有更低的 CO2捕獲成本，新建排放源與封存場地地理匹配良好將顯著降低CO2運輸成本，煤氣化、燃燒前捕獲、廢棄氣體聯(lián)合地質(zhì)封存等新技術(shù)可顯著提高CCS系統(tǒng)的經(jīng)濟性和環(huán)境效益。綜上所述，CCS技術(shù)將對CO2減排貢獻巨大，并將對 CO2減排產(chǎn)生深遠影響。2.1、 CO2捕捉與運輸2.1.1、 CO2 捕捉主要有3中捕捉情況：燃燒前捕捉、燃燒后捕捉和富氧循環(huán)燃燒。不過，根據(jù)IPCC2005年的報告，這3中方法尚未有工業(yè)級別的大規(guī)模應(yīng)用。目前，在世界上計劃進

12、行的 29項CO2捕捉和埋存項目中，有 6項使用富氧循環(huán)燃燒捕捉、12項使用燃燒后捕捉、10項使用燃燒前捕捉，還有將于 2010年在中國進行的 NZEC項目使用方法未定。另外，除了上述3種方法，還有微生物碳捕獲， 并作為生態(tài)燃料的方法， 美國已經(jīng)有類似項目正在進行，力圖研究出能夠分解CO2的微生物。我國生物學(xué)家在 2008年提出了一種微生物碳捕獲的生態(tài)燃料， 已經(jīng)試驗成功。從捕捉的階段可以劃分出以下3種類型。1）燃燒前捕捉。在煤炭在氣化爐中氣化之后，CO與水蒸氣反應(yīng)，生成 CO2和H2的混合氣體，這個過程會增加 CO2的濃度，提高捕捉效率。之后，利用固體吸附劑或化學(xué)溶劑吸收 CO2,將其與H2

13、分離，再通過加溫或減壓使得吸附劑或溶劑釋CO2,將其冷卻加壓成為超流體，為將來運輸做準(zhǔn)備，”可作為氫點火渦輪或加熱器的燃料。將CO2與其他氣體分離，除了使用吸附劑或溶劑，還有很多其他的方法，主要有吸附、溶劑、膜分離、催化等幾種。 吸附劑主要使用金屬有機骨架（ MOF）,是由美國密西根開發(fā)的一種超級海綿狀物質(zhì)，可吸 收CO2,加熱即可釋放；溶劑也包括物理溶劑和化學(xué)溶劑，物理溶劑主要使用乙二醇和甲醇，粒子溶液還在試驗當(dāng)中， 化學(xué)溶劑近年來氨溶液使用比較多；膜分離技術(shù)根據(jù)材料不同分為固體膜分離和液體膜分離，比如醋酸纖維，目前使用的膜材料主要包括陶瓷、聚合物等。氫 氧化物在CO2捕捉中的使用也在研究中

14、。前兩種方法目前在發(fā)電廠有一定應(yīng)用，尤其是氨 溶劑因其使用歷史長和價格優(yōu)勢成為首選。其他幾種方法還在實驗當(dāng)中。這種方法比較適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電廠。2）燃燒后捕捉。對于化石燃料燃燒后產(chǎn)生的工業(yè)廢氣，首先選擇鉞、銘、石灰石漿等進行 除硫，然后吸附劑或溶劑吸收 CO2,再通過加熱或減壓捕獲 CO2。這種方法主要適用于粉塵 煤發(fā)電廠和循環(huán)流化床發(fā)電廠。此方法主要使用富氨吸附劑或金屬有機骨架（MOF）,也可以使用化學(xué)溶劑，近年來氨溶液使用比較多，膜分離可采用與氨混合的膜材料，或采用催化CO2處理的方法。3）富氧循環(huán)燃燒捕捉。在富含氧氣的條件下燃燒化石燃料，并且工業(yè)廢氣循環(huán)進入鍋爐，

15、在這種條件下燃燒會減少所產(chǎn)生的氮氧化物和硫，使得CO2易于分離。產(chǎn)生的氣體主要由水蒸氣和高濃度 CO2構(gòu)成，去除水蒸氣后，可以方便的捕獲CO2。2.1.2、 CO2 運輸CO2被捕捉后，需要運輸?shù)竭x定的埋存地點。可以使用管道、船舶和罐車來運輸CO2,不過對于PS地的 CCS項目來說，管道運輸還是相對可行的方法。管道設(shè)計要考慮到管壁厚 度、管道直徑、材料強度等因素，還有流體的溫度、壓力、性質(zhì)，對于流體性質(zhì)一般要設(shè)計 相應(yīng)的模型進行計算。 目前，美國等國家在管道運輸技術(shù)方面已很成熟，需要解決的問題是如何降低運輸成本。運輸成本主要取決于管道長度和管道直徑，而由于捕獲（包括壓縮）成本非常高，使得運輸成

16、本在整個成本中所占比例較低。因此，只要捕獲和封存成本較低，或為了獲得其他一些收益（如提高油田采收率），許多國家不惜長距離運輸?shù)母叱杀具h距離輸 送 CO2。2.2、 CO2封存方法221、CO2地下封存CO2地下封存主要有三種方式：不可采煤層、廢棄油氣田以及深部鹽水層（圖1）。1）油氣田油田和氣田是天然的流體儲庫。其中的地質(zhì)流體已經(jīng)在地質(zhì)歷史上安全保存了千百萬年，因此有充分的理由相信注入的CO2能夠在足夠長的時間內(nèi)保持隔離狀態(tài)，不被釋放到大氣中去。采用油氣田封存 CO2的情況有2種：一是利用廢棄油氣田，將CO2直接注入其原始儲油（氣）層中，能夠可靠地封存 CO2;另一種是采用 CO2EOR技術(shù)（

17、EOR為Enhance Oil Recovery的縮寫，即“提高石油回采率”），超臨界狀態(tài)的 CO2直接注入已開采過的儲油層中，在高壓條件下 CO2推動原油向生產(chǎn)井流動，從而提高石油的采出率。其中部分CO2溶解于未能被開采的原油中或貯存于地層孔隙中，部分CO2隨原油、水和天然氣從生產(chǎn)井排出，這部分CO2可以通過分離和壓縮由注氣井循環(huán)注入儲油層。DtpleieU Oil or GasLkep SahiK/Xquitler圖1 CO2地下封存的三種方式2)沉積盆地的咸水含水層咸水含水層貯存 CO2的機制有3種：地層作為容器封閉 CO2,即把CO2以氣體或者超 臨界流體的形態(tài)存儲在低滲透性的巖石蓋層

18、下，把CO2裝進類似“密封罐”的地下空間；含水介質(zhì)，即巖石礦物與CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如貯存于深層含水層中的CO2與含水層中的碳酸鹽和硅酸鹽礦物發(fā)生反應(yīng)，形成重碳酸鹽，達到穩(wěn)定CO2的目的，從而使 CO2能夠長期安全保存于地下介質(zhì)中； CO2溶解在地下水中，稱為水中溶解性捕集，這個過程會使 地下水的酸度略微增加，也增加了許多成巖礦物的溶解度。3)無商業(yè)開采價值的深部煤層在煤系地層中，普遍存在著因技術(shù)原因或經(jīng)濟原因而丟棄的煤層，例如不可采的薄煤層、埋藏超過終采線的深部煤層和構(gòu)造破壞嚴(yán)重的煤層等，這些無法開采的煤層是封存CO2的另一個潛在的地質(zhì)構(gòu)造。當(dāng) CO2注入到這樣的煤層中，在煤層的孔裂隙中滲流

19、擴散、吸附， 最終以吸附態(tài)、游離態(tài)賦存于煤層中。媒體表面吸附CO2的能力大約是吸附甲烷能力的2倍，當(dāng)CO2被注入煤層后，其降低了CH4競爭吸附空間，可以將甲烷從煤的微表面置換出來，從而提高煤層CH4的采收率，提高煤層氣的產(chǎn)量，該技術(shù)被稱為CO2ECBM(Enhanced Coalbed Methane)技術(shù)。在考慮把咸水含水層作為二氧化碳的儲藏場所前，需要對它的容量、完整性以及二氧化碳對環(huán)境的影響進行深入地研究，咸水含水層不像二氧化碳驅(qū)油那樣具有附加價值。廢棄的油氣田完整性很好，但是它們的儲存能力較小，由于捕集、處理和運輸費用而使這項技術(shù)很昂貴。若與其他方法聯(lián)合使用， 廢棄的油氣田也是一個很好

20、的選擇。深部煤層有很大的儲存能力，需要的費用低，能促進天然氣的開采，是存儲二氧化碳的很好場所。在煤層中儲藏二 氧化碳，重點應(yīng)放在不具有煤開采能力卻具有甲烷開采能力的煤層。222、CO2深海封存由于CO2溶于水，自然界中的各種水系表面會不斷與空氣中的CO2相溶，直到達到自然平衡狀態(tài)。當(dāng)空氣中的 CO2增加，海洋溶解的 CO2也會相應(yīng)增加。溶于水的 CO2初始主 要聚集在上層水層，然后逐漸與下層水相混合。過去的200年中，因人類活動排放的 CO2總量約為30 t,海洋通過這種方法吸收了大約500Gt,目前地球上各種水系年 CO?吸收量約為7Gt。深海CO2封存技術(shù)主要是將 CO2注入1 000 m

21、或3 000 m以上的深海，基于深海處的 高壓狀態(tài)，CO2注入之后會形成 CO2水合物，也有可能在深海形成CO2湖。不過，溶于水中的CO2會使得水中的酸性增加，當(dāng)然也可以采用加入一定的堿性礦物，比如石灰石來中 和CO2的酸度。從目前的試驗來，CO2注入海洋短期之內(nèi)會對注入點附近的生物產(chǎn)生一定的影響，而對海洋生態(tài)系統(tǒng)的長期影響還需要進一步觀察。另外，CO2注入后在深海的留存時間、形態(tài)變化、運移方向等情況也需要長期監(jiān)控。223、CO2礦石碳化CO2與某些金屬氧化物的礦石反應(yīng)形成相應(yīng)碳酸鹽，使其以固體形式永久保存，比如CaO與反應(yīng)生成 CaCO3, MgO與CO2反應(yīng)生成 MgCO3。這種形式封存的

22、 CO2沒有泄露 的危險，但是，在自然條件下反應(yīng)率很低，并且需要大量的礦石和反應(yīng)所需能量，目前還不適合大規(guī)模推廣。3、 CCS技術(shù)的現(xiàn)狀3.1、 世界CCS技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀當(dāng)前，國際上CCS技術(shù)研發(fā)所關(guān)注的主要問題包括：二氧化碳在地質(zhì)封存系統(tǒng)中吸附和遷移的機理與規(guī)律， 在地層中的相態(tài)及其變化規(guī)律、化學(xué)反應(yīng)及固化條件；注二氧化碳采油過程中的物理化學(xué)理論問題、復(fù)雜滲流力學(xué)原理、各類二氧化碳提高采收率數(shù)值模擬基礎(chǔ)模型；長距離管道運輸二氧化碳的化學(xué)腐蝕機理與規(guī)律等。世界上有很多的 CCS項目正在運行中，其中開展較早、較有代表性的有3個，即挪威國家石油公司在北海的Sleipner項目、阿爾及利亞的InSa

23、lah項目和加拿大的 Weyburn項目。 這些項目有些將二氧化碳注入海底或地下，有些注入油田，以提高油田的采收率。 挪威國家石油公司在北海開展的Sleipner天然氣田 CCS項目運行時間最長。該氣田于1996年投產(chǎn)，建有世界上第一個工業(yè)級二氧化碳捕獲設(shè)施，是世界上第一個用于溫室氣體 減排目標(biāo)的二氧化碳封存項目。該項目用醇胺溶劑從天然氣中吸收二氧化碳，通過回注鉆孔封存于海床 3000ft (914m)之下的含鹽咸水地層中，處理能力約為 100 x 104t/a。12年中累計減排二氧化碳1000 x 104t。研究表明，儲存的二氧化碳沒有異?；顒?，也沒有泄漏跡象。這是世界上首例 CCS項目，受

24、到很多國家的重視，先后已有歐盟、挪威、英國、丹麥、荷 蘭等13個國家或地區(qū)的公司或機構(gòu)參與。加拿大的 Weyburn項 目始于 2000年，位于 加拿 大 Saskatchewan省東南 部 的 Weyburn油田。封存的二氧化碳是從約200mile(1mile=1.609344km)之外的美國北達科他州Beulah的大型煤氣化裝置中捕獲并輸送過來的，用于提高油田采收率，目前每年注入的二 氧化碳約150 X 104t。位于阿爾及利亞的InSalah項目與Sleipner項目類似。該項目為挪威國家石油公司、英國BP公司和阿爾及利亞國家石油公司的合資項目，也是將從天然氣中分離出的二氧化 碳注入地下

25、，年注入量約為 120 X 104t。Shell公司參與了數(shù)個大規(guī)模的CCS示范項目。其中一項是 ZeroGen項目，這是一個計劃在澳大利亞開展的低二氧化碳排放的燃煤發(fā)電項目；另一個是與挪威政府及Statoil公司合作，在挪威哈爾滕島開展海上埋存二氧化碳并提高原油采收率的項目。BP公司在阿爾及利亞參與了一個二氧化碳封存量約100 x I04t/a的合作項目；還宣布在美國加利福尼亞州Car-son建設(shè)世界上首套帶有CCS系統(tǒng)的工業(yè)規(guī)模的制氫裝置ExxonMobil公司在美國 Wyoming油田開展了 CCS現(xiàn)場試驗工作。此外， BP、雪佛龍、埃尼、 NorskHydro、 Pancandian、

26、Shell、 Statoil及Suncor等石油公司還共同合作，開發(fā)從大型工業(yè)燃燒源中 捕獲和分離二氧化碳以及把二氧化碳安全儲存在地質(zhì)構(gòu)造中的新技術(shù)。最值得關(guān)注的是法國的Lacq項目。2009年5月，全球第一家經(jīng)改造而配備CCS的發(fā)電廠在位于法國南部的拉克城(Lacq)落成。此項目為道達爾集團開展的一個CCS試驗項目。據(jù)道達爾內(nèi)部人士介紹，該項目是世界上首個包含了二氧化碳捕集、運輸和地下封存全過程的項目，是世界上第一條完整的“碳捕獲與封存鏈”，其一體化程度前所未有。道達爾對發(fā)電廠的一個煤氣鍋爐進行了升級，使用氧燃法，用純氧代替空氣，這一燃燒方式產(chǎn)生的廢氣較少，但二氧化碳含量較高， 使得捕集二氧

27、化碳更加容易。所需氧氣將由一臺每天生產(chǎn)240t純氧的低溫裝置提供，氧氣通過管道輸送至鍋爐。該試驗計劃將使道達爾 能夠?qū)ρ跞挤夹g(shù)進行工業(yè)規(guī)模的試驗，燃料氣和氧氣氣流將通過管道到達鍋爐，這要求對氧燃法工藝采用特殊的燃燒器。二氧化碳含量極高的廢氣將在一個特殊裝置內(nèi)冷卻，然后通過管道輸送至一臺壓縮機。接下來對二氧化碳進行脫水， 并注入Rousse天然氣田封存起來，二氧化碳的輸送方向與Rousse氣田的天然氣輸送方向相反。Rousse氣田的天然氣生產(chǎn)已持續(xù)了近30年。之所以選擇 Rousse天然氣田，是因為它為長期安全封存二氧化碳提供了最佳條件。廢棄天然氣儲層位于地表以下4500m處，儲層之上是一個厚

28、約 2000m的黏土泥灰?guī)r密閉蓋層，自比利牛斯山脈3000萬年前形成以來， 該蓋層一直保持完好。只有1 口井的Rousse天然氣田由多孔巖層構(gòu)成，這樣的巖層可以收并封存二氧化碳，正如它曾經(jīng)封存天然氣數(shù)百萬年一樣。從Lacq工廠輸出的二氧化碳首先被壓縮，然后注入儲層。在7 口觀察井和1 口注入井中安放了特殊的傳感器，以便在二氧化碳注入期間和注入之后監(jiān)控儲層的動態(tài)，此外，在地表和地下還安放了傳感器和分析裝置，以探測異常情況。20092010年間，該項目將捕集約15 X104t二氧化碳，并將其封存在地下4500m深處的一個枯竭氣藏內(nèi)，相當(dāng)于將5X 104輛汽車排放尾氣中的二氧化碳進行捕集、凈化、壓縮

29、和注入。Lacq項目是迄今世界上第一個在氣體燃燒過程中進行碳捕集的項目。燃料在純氧環(huán)境 下進行燃燒，廢氣中的二氧化碳濃度超過90% ,提高了捕集效率，大大節(jié)約了成本。Lacq先導(dǎo)試驗項目就是要以工業(yè)規(guī)模來測試這項以后可能會在全世界大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)，該技術(shù)承載著很大希望，并可能最終被用于處理全球20%40%的二氧化碳排放。3.2、 中國CCS技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀與國際較為先進的 CCS技術(shù)相比，中國還處于起步階段， 而且大都采用燃燒后捕集方 式，工業(yè)上的應(yīng)用也主要是提高石油采收率。目前我國只是在二氧化碳濃度高、比較容易捕集的煉油、合成氨、制氫、天然氣凈化等工業(yè)過程中應(yīng)用二氧化碳捕集，而鋼鐵廠和電廠排放的

30、煙道氣流量很大，占二氧化碳排放量的40%50%，但二氧化碳濃度僅為15%左右，體系復(fù)雜，因而分離設(shè)備體系龐大，能耗高。不過，近年來中國在 CCS的研究上進行了很多工作，從2003年開始政府就參加了相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)人論壇。這幾年，包括“ 973計劃”、“863計劃”、在內(nèi)的國家重大課題都對CCS的研究進行了立項，并取得了重大進展。2005年，國家開始對 CCS技術(shù)進行全面規(guī)劃部署，CCS技術(shù)被編入國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)。2005年12月，科技部同英國環(huán)境、食品與鄉(xiāng)村事務(wù)部和貿(mào)易工業(yè)部以及歐洲委員會分別簽署了關(guān)于CCS技術(shù)研發(fā)合作的兩個備忘錄，英國和歐盟承諾將提供資金和技術(shù)，幫

31、助中國研發(fā)。這次合作分3個階段來完成，第一階段是進行能力建設(shè)，主要是要識別在中國開展CCS技術(shù)的發(fā)展路線；第二階段是開展一個具體項目的可行性研究，在這個過程中要具體地研究關(guān)鍵技術(shù)；第三階段則要在中國建立具有商業(yè)性的示范項目。2006年，二氧化碳強化驅(qū)油技術(shù)研究被列入“973計劃”。2008年，CCS技術(shù)作為資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域的重點項目被列入國家“863計劃”，研究各種技術(shù)路線的可行性。盡管投資不大，但起到了一定的導(dǎo)向作用。同時，科技部還選拔一些博士生到歐洲參加研究活動，希望把人才隊伍培養(yǎng)起來。中國石油勘探開發(fā)研究院沈平平教授所領(lǐng)導(dǎo)的課題，即“關(guān)于中國全國的二氧化碳埋藏和提高采收率的潛力”，經(jīng)過其

32、團隊兩年多的努力已經(jīng)取得了階段性成果。 除此之外，我國一些能源公司也在CCS方面加大了科研力度。據(jù)神華集團北京研究院煤氣化研究所所長步學(xué)朋介紹，神華集團目前與科技部和國家發(fā)改委合作，正在推進一個有關(guān) CCS的科研項目。事實上，我國的二氧化碳捕集和封存并沒有僅僅停留在理論研究上，一些企業(yè)還在實踐中進行了嘗試。2008年7月16日，我國首個燃煤電廠二氧化碳捕集示范工程-華能北京高碑店熱電廠二氧化碳捕集示范工程正式建成投產(chǎn).經(jīng)過緊張施工、調(diào)試、試生產(chǎn)，目前二氧化碳回收率大于 85%,年可回收二氧化碳 3000t。電廠燃煤鍋爐燃燒后煙氣經(jīng)各種方法脫 硫后，其中含有約12%-13%的二氧化碳及其他少量雜

33、質(zhì)，然后將這些氣體送入二氧化碳填料吸收塔，利用一些溶液的化學(xué)特性吸收煙氣中低濃度的二氧化碳，處理后的僅含少量雜質(zhì)、大量氮氣和水分的凈化氣直接排向大氣。分離、提純后的二氧化碳純度達到99.5%以上，項目捕獲得到的二氧化碳能夠達到食品級的標(biāo)準(zhǔn)，在銷售給中間商后， 獲得了雙倍利潤。雖然高碑店電廠把捕集的二氧化碳賣掉，并沒有封存，也不能算做減排，但是該項目具有重大意義-這是我國目前唯一一個在熱電廠實現(xiàn)工業(yè)級應(yīng)用碳捕集技術(shù)的項目，由華能集團投資、西安熱工研究院提供技術(shù)支持。這個項目既是2007年“亞太六國”國際框架合作項目中的一項，也被北京市政府看作是“綠色奧運項目”的組成部分，因此其具有技術(shù)示范和政治

34、任務(wù)的雙重內(nèi)涵，可以說從運行之日起就受到了國內(nèi)外的關(guān)注。華能的第二個碳捕集項目 石洞口第二電廠碳捕獲項目已于2009年7月在上海開工，總投資1.5億元，只捕獲不封存，年底建成。預(yù)計年捕獲二氧化碳 10X104t,捕獲率80% 以上， 二氧化碳純度 99.6%以上。該項目也是由西安熱工研究院承擔(dān)，其開發(fā)的燃煤電廠 煙氣二氧化碳捕集與處理技術(shù)已申請國家發(fā)明專利。該方法采用化學(xué)吸收法進行二氧化碳捕集，在低溫條件下用化學(xué)溶劑吸收煙氣中的二氧化碳，溶液加熱時，二氧化碳從化學(xué)溶劑中解析出來，得到高濃度的二氧化碳，溶液循環(huán)使用。收集的二氧化碳仍然將沿用高碑店模 式，加以工業(yè)利用。目前全球二氧化碳工業(yè)利用量大

35、約是1X 1081.5 X 108t/a 。中國目前大約有100家左右的二氧化碳生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)能力200X 104-250 X 104t/a 。一個幾十萬千瓦的燃煤電廠一年所能捕集的二氧化碳的量約為100X 104-200 X 104t,同目前中國所有企業(yè)生產(chǎn)的二氧化碳的量差不多，因此總體來說二氧化碳工業(yè)應(yīng)用的消費量非常有限。4、 CCS技術(shù)面臨的問題4.1、 二氧化碳泄漏CCS技術(shù)存在的最大風(fēng)險是二氧化碳在地質(zhì)儲層中可能發(fā)生泄漏?？紤]到未來二氧化 碳封存的規(guī)?？赡茉趦|噸級，如果封存的二氧化碳泄漏到大氣中，可能會引發(fā)顯著的氣候變化。此外，還有與二氧化碳管道運輸相關(guān)聯(lián)的局部突發(fā)的二氧化碳大量釋放

36、，若空氣中二氧 化碳濃度超過 7%-10%,則會對人類生命和健康產(chǎn)生直接威脅。地下淺層二氧化碳濃度升 高會對植物及土層動物造成致命的影響和地下水污染。IPCC對目前的二氧化碳封存地點、自然系統(tǒng)、過程系統(tǒng)的模式進行了觀測和分析，認 為只要處置得當(dāng)，99%的注入地下的二氧化碳可以歷經(jīng)百年或千年保持穩(wěn)定。隨著時間的推移，預(yù)計泄漏到大氣中的風(fēng)險會減小。研究表明，只要選擇合適的封存地點， 設(shè)計管理得當(dāng)，二氧化碳可以安全儲存長達數(shù)百萬年。4.2、 CCS技術(shù)工藝難點CCS技術(shù)成本較高，封存和利用相結(jié)合在經(jīng)濟上是可行的技術(shù)途徑。實現(xiàn)工業(yè)廢氣中 二氧化碳的捕集、封存與利用存在以下技術(shù)難點。421、捕獲與提純技

37、術(shù)有待改進要達到經(jīng)濟可行必須對廢氣中的二氧化碳進彳T提純和液化。在捕集二氧化碳的3種工藝中， 燃燒后捕集的難點在于二氧化碳只占被處理氣體的10%,必須處理大量氣體，既不經(jīng)濟，也不節(jié)能。而富氧燃燒捕集，燃料在純氧環(huán)境下燃燒，廢氣中二氧化碳的濃度超過 90%,提高了捕集的效率，但降低制氧成本還需要制氧技術(shù)的進一步發(fā)展。第三種是燃燒前 捕集，從工業(yè)角度看，這是最復(fù)雜的一種工藝，燃料會在蒸汽和空氣或氧氣中不完全氧化， 因此產(chǎn)生一種合成氣，這種合成氣被轉(zhuǎn)換成二氧化碳和氫氣。目前，火電廠煙道氣等氣源的凈化提純技術(shù)還是世界性難題，加拿大和日本正在試驗煙道氣二氧化碳提純技術(shù)，但要達到經(jīng)濟上可行的30% -50

38、%的濃度尚需時日。422、防腐防垢二氧化碳在運輸和儲存過程中對金屬材質(zhì)有強腐蝕性，在注入過程中氣體與巖層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，極易形成水垢堵塞通道，所以必須研究出適合的防腐防垢技術(shù)。423、封存地點的選擇國外注二氧化碳提高采收率的油藏條件大都較好，原油黏度較低，油藏非均質(zhì)性不是很強，而國內(nèi)油藏中由于強非均質(zhì)性和竄流通道而導(dǎo)致的二氧化碳竄流將嚴(yán)重影響波及效率。 國內(nèi)多數(shù)油田原油組成的突出特點是蠟、瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量高， 因此在注二氧化碳采油過程中有機固相沉積以及由此引起的油藏傷害，要比國外許多油田嚴(yán)重得多。必須深入研究地質(zhì)構(gòu)造、 巖石性質(zhì)以及地理分布，并進行系統(tǒng)實驗。4.3、 建設(shè)和運行成本高昂CCS技術(shù)

39、成本包括捕集、 輸送與封存 3部分，都要消耗大量的能源，成本高昂。IPCC在2005年對發(fā)電廠的 CCS技術(shù)投資進行過估算，應(yīng)用 CCS技術(shù)使發(fā)電成本增加約 0.01-0.05美元/(kW h),但如果項目中包括EOR會使CCS造成的額外發(fā)電成本下降約0.01-0.02 美元/(kW h)。在大多數(shù) CCS系統(tǒng)中，捕集(包括壓縮)成本所占比例最大。 由于地區(qū)差異，不同CCS 系統(tǒng)的成本存在較大差異，主要因素包括應(yīng)用 CCS技術(shù)的電廠或工業(yè)設(shè)施的設(shè)計、運行和 投資，使用燃料的類型、成本和運輸距離，二氧化碳的輸送地形和輸送量，以及封存二氧化碳的類型和特點等。此外，CCS技術(shù)的組成部分和系統(tǒng)的績效與

40、成本的關(guān)系仍然存在不確定性。但可以肯定，隨著技術(shù)的持續(xù)進步，CCS技術(shù)的成本將逐漸下降。4.4、 公眾認知度低據(jù)研究表明，公眾對 CCS技術(shù)的認知度不夠，CCS技術(shù)還沒有像其他減緩氣候變化方案那樣得到普遍認可。實際上，當(dāng)前應(yīng)用 CCS技術(shù)的電廠比沒有使用 CCS技術(shù)的電廠要多消耗25% -50%的能源。進一步發(fā)展 CCS技術(shù)，除了要逐步減少能耗， 還必須獲得政策法規(guī)和財稅支持，因此廣泛的公眾認可基礎(chǔ)必不可少。4.5、 政府政策實際上，過去 CSS難以施展拳腳并不是因為技術(shù)問題，而是政府的配套政策不到位。 早在上世紀(jì)90年代，英國科學(xué)家就對 CCS產(chǎn)生了濃厚興趣，并一度引領(lǐng)著當(dāng)時的技術(shù)潮 流。B

41、P便是世界上最早開始探索CCS商業(yè)化途徑的公司之一。但英國政府對該技術(shù)始終表現(xiàn)得不冷不熱，CCS在英國很難得到政府資助或政策支持。在技術(shù)相對領(lǐng)先的歐洲，目 前碳捕集成本約為 70歐元/t。面對動輒上萬噸、甚至百萬噸的減排需求，其綜合成本是相 當(dāng)驚人的。如果政府不能出臺鼓勵政策，與企業(yè)共擔(dān)風(fēng)險，CSS的未來令人堪憂。正因為如此，在得不到政府支持的前提下，幾乎沒有一家企業(yè)愿意單方面投資CCS。但是，隨著全球氣候問題愈加嚴(yán)重，近年來各國政府在繼續(xù)加大新能源投入的同時，也逐漸開始重視CCS 。以加拿大為例，過去10年，政府一共為CCS投入了 20億美元的資金。 挪威這樣的小國更是保持著每年4000萬英

42、鎊的巨額投入。2009年1月，歐盟正式提議劃撥總額12.5億歐元的?？睿瑸闅W洲境內(nèi)的11座火電廠安裝 CCS設(shè)備。5、 結(jié)論CCS技術(shù)被看作是解決全球氣候變暖問題的最具發(fā)展前景的解決方案之一，世界上許多國家都開展了相關(guān)的研究工作。隨著研究的不斷深入，CCS技術(shù)成本將進一步降低，應(yīng)用前景廣闊。CCS技術(shù)的兩大步驟是“碳捕集”和“碳封存”，此外還有“二氧化碳運輸”等。碳捕集工藝中最具發(fā)展前景的是富氧燃料捕集，但制氧成本的降低還需要制氧技術(shù)的進一步發(fā)展。通過將二氧化碳封存入油氣田，既可以減少二氧化碳排放，又可以提高油氣田采收率， 實際應(yīng)用效果得到了肯定，也是我國優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)方向。雖然近幾年 CCS

43、技術(shù)得到了長足發(fā)展，但還面臨著很多問題。 如二氧化碳泄漏問題、技 術(shù)難點、建設(shè)和運行成本高昂、 缺乏相應(yīng)的政策法規(guī)支持等， 離真正大規(guī)模實際應(yīng)用仍需相 當(dāng)長的時間。我國積極參與溫室氣體減排行動， 密切關(guān)注 CCS技術(shù)進展，同時開展了相關(guān)的研究工作， 并已著手建立大型的 CCS示范工程，相信今后在全球 CCS活動中將會發(fā)揮更大的作用。文案大全參考文獻1段海燕.王雷.我國石油工業(yè)二氧化碳地質(zhì)封存研究J.石油鉆采工藝 2009 31(1) 121-122.2于歡.CCS技術(shù)開啟化石能源低碳元年N.中國能源報2009-05-04(08).3李雪靜.喬明.二氧化碳捕獲與封存技術(shù)進展及存在的問題分析J.中

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