CCS二氧化碳捕集與封存

會計(jì)學(xué)1CCS二氧化碳捕集與封存主要內(nèi)容全球與中國環(huán)境背景CCS的主要技術(shù)環(huán)節(jié)捕集方法運(yùn)輸能力封存技術(shù)CCS的全球性應(yīng)用CCS普及面臨問題第1頁/共25頁全球環(huán)境背景

全球氣候變化，溫室效應(yīng)嚴(yán)重，冰川加速融化、生物環(huán)境惡化以及極端天氣頻繁等一系列問題，促使人們開發(fā)各種技術(shù)以減少ＣＯ２排放。國家2004200520062007200820092010中國4847.305429.336017.656467.96908.07519.38333.4美國5969.285994.295902.756565.36369.15941.96144.9印度1118.41172.91222.41325.51442.51539.11707.5

中、美、印二氧化碳排放總量單位：百萬噸資料來源：BP，StatisticalReviewofWorldEnergy2011第2頁/共25頁中國能源背景

中國在能源與環(huán)境領(lǐng)域面臨三個基本事實(shí)：（1）能源消費(fèi)將長期以煤為主；（2）石油供應(yīng)日趨緊張；（3）二氧化碳排放總量已居全球第一，并仍將持續(xù)增長。第3頁/共25頁在應(yīng)對全球氣候變化的背景下，如何利用好儲量相對比較豐富但卻高碳的煤炭資源？CO2捕集與封存技術(shù)(CarbonCaptureandStorage，CCS)被廣泛認(rèn)為是目前唯一能夠大規(guī)模減少由于化石能源利用而導(dǎo)致的CO2排放的前沿技術(shù)。是在不降低當(dāng)前化石燃料使用量的情況下減少排入大氣CO2氣體量的手段，是世界各國普遍關(guān)注的減緩溫室氣體排放的重要技術(shù)之一。根據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的定義，CCS是指CO2從工業(yè)或與能源相關(guān)的排放源中分離出來，輸送到一個合適的地點(diǎn)，進(jìn)而埋存到地下并長期與大氣隔絕的過程。第4頁/共25頁CCS技術(shù)主要環(huán)節(jié)----捕集CO2捕集是指為得到較高純度的CO2以便于運(yùn)輸和儲存，將CO2從工業(yè)尾氣中分離出來并進(jìn)行壓縮的過程。主要對象：大型發(fā)電廠鋼鐵廠水泥廠煉油廠、合成氨廠等CO2的集中排放源。捕集方式

燃燒前捕集(Pre-combustion)、

富氧燃燒(Oxy-fuelcombustion)

燃燒后捕集(Post-combustion)。第5頁/共25頁CO2的運(yùn)輸將CO2壓縮成液態(tài)，通過管道或汽車、火車、輪船等運(yùn)輸工具運(yùn)至存儲地，是連接CO2排放源和封存地的紐帶，在CCS三大環(huán)節(jié)中，CO2運(yùn)輸技術(shù)較為成熟。一般說來，管道是最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式，是距CO2排放源1000km距離內(nèi)大量輸送CO2的首選途徑。對于每年幾百萬噸以下的CO2輸送或是更遠(yuǎn)距離的海外運(yùn)輸，使用輪船可能在經(jīng)濟(jì)上更有吸引力。CCS技術(shù)主要環(huán)節(jié)----運(yùn)輸?shù)?頁/共25頁CO2封存

是指將捕集的CO2以超臨界狀態(tài)(氣態(tài)及液態(tài)的混合體)安全注入并封存在深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)中。封存地類型

海洋陸地（衰竭油氣層和煤層沉積盆地的咸水層）CO2的安全封存

安全性經(jīng)濟(jì)可行性CCS技術(shù)主要環(huán)節(jié)----封存第7頁/共25頁碳捕集方法(1)燃燒前捕集：在燃料煤燃燒前，先將其氣化，得到CO和H2，再將CO轉(zhuǎn)化為CO2。然后通過分離得到CO2。(2)富氧燃燒捕集：利用空分系統(tǒng)將CO2從空氣中分離出來。得到高濃度的O2，使燃料煤充分燃燒，然后得到較充足的CO2。(3)燃燒后捕集：將燃料煤燃燒后產(chǎn)生的煙氣分離，得到CO2。第8頁/共25頁燃燒前捕獲(IGCC)燃燒前捕集技術(shù)主要應(yīng)用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(IGCC)上。IGCC電廠以純氧為氧化劑，原料煤被氣化為CO和H2O。煤氣化產(chǎn)物在催化劑作用下經(jīng)水煤氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CO2和H2的混和氣?；旌蜌庵械腃O2濃度較高(35%～45%),可在燃燒前除掉CO2，從而轉(zhuǎn)化成不含碳的燃料。其優(yōu)勢在于處理的煙氣量少，CO2濃度較高，有利于降低運(yùn)行費(fèi)用。中國有5個示范項(xiàng)目：華能天津200MWIGCC電站示范工程中科院連云港IGCC示范工程華電杭州200MWIGCC(水煤漿四噴嘴氣化)電站示范項(xiàng)目廣東東莞天明電廠120MWIGCC改造項(xiàng)目太陽洲4×200MWIGCC新建項(xiàng)目，第9頁/共25頁富氧燃燒利用空分系統(tǒng)獲得富氧或純氧，與燃料共同進(jìn)入專門的純氧燃燒爐進(jìn)行燃燒，由CO2煙氣循環(huán)流控制燃燒溫度。富氧燃燒產(chǎn)生的煙氣主要是水和CO2,采用水分離技術(shù)在后端很容易捕獲CO2。優(yōu)點(diǎn)是：提高燃?xì)饬鰿O2濃度，分離容易，有利于捕獲。缺點(diǎn)是：增加成本與能耗（專門材料的純氧燃燒設(shè)備和空分裝置分離氧氣）第10頁/共25頁燃燒后捕獲（PCC：燃燒后脫碳技術(shù)）吸收/再生法吸附法（范德華力）膜分離（滲透性）物理法（溶解度原理：環(huán)丁砜法、聚乙二醇二甲醚法和低溫甲醇法化學(xué)法（酸堿反應(yīng)原理：醇胺法、熱鉀堿法和氨水噴淋法）變溫吸附變壓吸附變電吸附無機(jī)膜聚合物膜混合膜第11頁/共25頁碳運(yùn)輸能力前提都是要將氣態(tài)的CO2在8MPa以上的壓力下進(jìn)行壓縮液化，從而提高CO2的密度，降低運(yùn)輸成本。管道運(yùn)輸

運(yùn)輸方向固定，更加適合地質(zhì)封存，對管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及防腐保溫要求也很高船舶運(yùn)輸

方向就相對靈活些，適合海底封存，但目前大規(guī)模的CO2運(yùn)輸船還未投入運(yùn)營技術(shù)相對較為成熟第12頁/共25頁碳封存技術(shù)地質(zhì)封存海洋封存礦石碳化及工業(yè)利用石油和天然氣儲層封存（強(qiáng)化采油技術(shù)EOR、強(qiáng)壓氣體回收EGR）不可開采煤層封存（強(qiáng)化煤田甲烷回收ECBM）深部咸水層封存（深部>800m含咸水的巖層，上覆不滲透的頁巖蓋層）淺海(200-300m)溶解封存深海(~500m)籠形包合物封存深海(~>3000m)籠形水合物封存生成碳酸鹽，含碳化合物填料形式、滅火、制冷、碳酸飲料、金屬保護(hù)焊接、煙絲膨化處理、合成有機(jī)物自然溶解管道，輪船液態(tài)CO2封存地高壓海洋中碳循環(huán)地表800m下，溫度>31.1℃，壓力>7.38MPa，CO２就處于超臨界狀態(tài)。密度約為水的50%~80%，儲存空間縮小，CO2具有較好的流動性、擴(kuò)散性和溶解能力，具有超臨界流體的特點(diǎn)。第13頁/共25頁將ＣＯ２封存與提高原油、天然氣或煤層氣采收率結(jié)合起來分別稱為ＣＯ２—ＥＯＲＣＯ２—ＥＧＲＣＯ２—ＥＣＢＭ碳封存技術(shù)CO2地質(zhì)封存主要方式第14頁/共25頁CCS的全球化應(yīng)用按照澳大利亞全球CCS研究所的統(tǒng)計(jì)，目前世界上運(yùn)行、在建和計(jì)劃中的CCS項(xiàng)目有270個左右，其中70個達(dá)到每年封存超過1000kt二氧化碳的商業(yè)級規(guī)模。但是真正商業(yè)化項(xiàng)目不超過10個，并且主要集中在油氣生產(chǎn)領(lǐng)域，因?yàn)橛蜌忸I(lǐng)域的CCS項(xiàng)目可將捕集到的二氧化碳用于提高油氣采收率，從而更具經(jīng)濟(jì)性。第15頁/共25頁項(xiàng)目名稱國家開始年份注入量-1封存總量封存地類型Sleipner挪威1996300020000000咸水層Weybrun加拿大20003000~500020000000EORInSalah阿爾及利亞20043000~400017000000天然氣田K12B荷蘭20041008000000增強(qiáng)氣體回收Frio美國20041771600咸水層Fenn加拿大199850200ECBMRecopol波蘭2003110ECBMYubari日本200410200ECBMGorgon澳大利亞200910000-咸水層Sn?hvit挪威20062000-咸水層沁水流域中國200330150ECBM鄂爾多斯中國2010-100000/a咸水層國內(nèi)外開展的主要CO2封存項(xiàng)目把CO2注入油田或氣田用以驅(qū)油或驅(qū)氣可以提高采收率（使用EOR技術(shù)可提高30%~60%的石油產(chǎn)量）；注入無法開采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅(qū)出來，即所謂的提高煤層氣采收率（EnhancedCoalBedMethaneRecovery，ECBM）。第16頁/共25頁

世界主要的CCS項(xiàng)目（包括在建和計(jì)劃）序號項(xiàng)目規(guī)模/kt-1捕集方式建成年代狀態(tài)1美國Lubbock電廠350~400燃燒后1982運(yùn)行2大平原合成燃料廠2000燃燒后2000運(yùn)行3挪威北海sleipner天然氣田2800t/d燃燒后2000運(yùn)行4insalah天然氣工程1200燃燒后2004運(yùn)行5挪威7000燃燒后2006運(yùn)行6華能高碑店燃煤電廠3燃燒后2008運(yùn)行7大情宇油田10燃燒后2008運(yùn)行8道達(dá)爾Lacq試驗(yàn)工廠60富氧燃燒2009運(yùn)行9華能石洞口電廠100燃燒后2009運(yùn)行10美國AEPmountaineer電廠100燃燒后2009運(yùn)行11神華集團(tuán)100燃燒后2011在建12美國Berry電廠100~150燃燒后2011在建13美國AEPNortheasten電廠150燃燒后2011在建14美國HECA電廠2000燃燒后2014計(jì)劃15西班牙comositihaEndesa電廠2750富氧燃燒2015計(jì)劃16德國RWEGoldenbergwerk電廠2300~2800燃燒前2015計(jì)劃第17頁/共25頁其中比較成功的為美國大平原合成燃料廠2000kt/a二氧化碳封存項(xiàng)目（用于加拿大韋本油田強(qiáng)化采油）和挪威北海天然氣中二氧化碳封存于海底鹽水層項(xiàng)目。第18頁/共25頁企業(yè)啟動或投產(chǎn)時間項(xiàng)目簡介華能北京熱電廠2008年7月投產(chǎn)國內(nèi)首座燃煤電廠燃燒后CO2捕集示范工程，捕集量3000t/a華能上海石洞口第二電廠2009年12月投產(chǎn)目前世界最大的燃燒后CO2捕集示范工程，捕集和提純12萬t/a，成本僅為美國同類工程的30%華能天津示范電站2009年啟動整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）,是目前世界上最環(huán)保的高效發(fā)電、低排放燃煤發(fā)電技術(shù)，首期250MW將于2011年前建成中電投重慶雙槐電廠2010年投產(chǎn)燃燒后捕集裝置，自主技術(shù)，捕集和提純1萬t/a中國石油吉林油田2006年啟動CO2高效捕集、安全埋存和驅(qū)油試驗(yàn)，至2009年9月已注入CO27萬t，預(yù)測提高采收率14%中國神華集團(tuán)2010年7月啟動我國首個全程CCS示范項(xiàng)目，包括捕集和注入咸水層封存。封存量10萬t/a。將分兩步建成年捕集與方程100萬t、300萬t的項(xiàng)目。我國大型能源企業(yè)開展CCS的項(xiàng)目第19頁/共25頁中國對于CCS技術(shù)的了解和關(guān)注程度非常高，目前已經(jīng)擁有了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的二氧化碳捕集技術(shù)。中石化南化公司研究院開發(fā)了低分壓（煙道氣等）二氧化碳捕集技術(shù)，截至2009年末，國內(nèi)采用該技術(shù)進(jìn)行二氧化碳捕集利用的工業(yè)企業(yè)已有20多家，年捕集高純度二氧化碳100×104多噸。大連理工大學(xué)的低溫甲醇洗技術(shù)可用于燃燒前的二氧化碳捕集，目前已經(jīng)在30多套化肥裝置上得到應(yīng)用，未來可用于CCS項(xiàng)目。工業(yè)化方面，我國通過973計(jì)劃支持中國石油和北京大學(xué)進(jìn)行CCS的工業(yè)試驗(yàn)，將長春氣田天然氣中22%的二氧化碳分離到3%以下，捕集的二氧化碳埋藏到大情宇油田，實(shí)施強(qiáng)化采油，首次完成從捕集到封存的工業(yè)化試驗(yàn)。2008年6月到2009年下半年，該項(xiàng)目已經(jīng)注入了10kt二氧化碳。第20頁/共25頁華能集團(tuán)在北京高碑店和上海石洞口電廠分別開展了3000t/a和100kt/a規(guī)模的燃燒后捕集的工業(yè)化示范。高碑店電廠CCS項(xiàng)目由華能與澳大利亞合作開展，于2008年開始運(yùn)行。項(xiàng)目采用中國石化南化研究院低分壓二氧化碳捕集技術(shù)進(jìn)行燃燒后吸收，二氧化碳純度可達(dá)99.5%，目