燃煤發(fā)電中碳捕集技術(shù)的發(fā)展方向

二氧化碳捕集技術(shù)當(dāng)前常用的二氧化碳捕集技術(shù)可分成三大類：燃燒后捕集技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)和燃燒前捕集技術(shù)。燃燒后捕集技術(shù)就是從燃燒生成的煙氣中分離二氧化碳，主要包括化學(xué)吸收法、物理吸附法、膜分離以及低溫分餾等技術(shù)。燃燒后捕集是一種很好的方式，因為它不影響上游燃燒工藝過程，并且不受煙氣中CO2濃度影響，適合所有的燃燒過程。富氧燃燒技術(shù)是用高純度的氧代替空氣作為主要的氧化劑燃燒化石燃料的技術(shù)。它在保留原來的發(fā)電站結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把深冷空氣分離過程與傳統(tǒng)燃燒過程結(jié)合起來，使煙氣中的CO2濃度可達(dá)到80%或更高，再經(jīng)過提純過程可以達(dá)到95%以上，從而滿足大規(guī)模管道輸送以及封存的需要。燃燒前捕集技術(shù)主要是指燃料燃燒前，將碳從燃料中分離出去，參與燃燒的燃料主要是H2，從而使燃料在燃燒過程中不產(chǎn)生CO2。該技術(shù)的主要優(yōu)點是CO2濃度較高，捕集系統(tǒng)小、能耗低，主要缺點是系統(tǒng)較為復(fù)雜，其應(yīng)用的典型案例是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)（IGCC）。根據(jù)我國的實際情況，研究者建議我國中長期碳捕集技術(shù)路線圖如下：2015—2020年對于燃燒后捕集技術(shù)：重點發(fā)展醇胺法捕集技術(shù)，開展工業(yè)示范和規(guī)模化技術(shù)推廣，進(jìn)行熱鉀堿法捕集技術(shù)研發(fā)。對于富氧燃燒技術(shù)：重點開展低能耗、低成本氧氣提純技術(shù)，降低大型空分工藝能耗，研發(fā)高溫耐熱材料及燃燒鍋爐設(shè)備，減少空氣污染。對于燃燒前捕集技術(shù)：加大高溫煤氣凈化技術(shù)研發(fā)、低能耗高效率燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)、高效氣化爐研制及低能耗制氧空分系統(tǒng)和蒸汽循環(huán)系統(tǒng)探究，開展IGCC項目中試示范。2020—2030年對于燃燒后捕集技術(shù)：實現(xiàn)醇胺法捕集技術(shù)商業(yè)化推廣，進(jìn)行熱鉀堿法捕集技術(shù)示范。對于富氧燃燒技術(shù)：積極開展大型富氧燃燒捕集技術(shù)示范，進(jìn)一步評價技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。對于燃燒前捕集技術(shù)：通過新技術(shù)研發(fā)和耦合新能源工藝流程的優(yōu)化，形成低成本、低能耗、高性能燃燒前捕集技術(shù)，并進(jìn)行工業(yè)示范。2030—2050年對于燃燒后捕集技術(shù)：形成低成本燃燒后捕集技術(shù)體系并商業(yè)化應(yīng)用。對于富氧燃燒技術(shù)：實現(xiàn)超超臨界富氧燃燒技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用。對于燃燒前捕集技術(shù)：達(dá)到成熟應(yīng)用，工業(yè)推廣，商業(yè)化運營。?

我國中長期碳捕集技術(shù)路線圖二氧化碳運輸技術(shù)用罐車運輸CO2的技術(shù)目前已經(jīng)成熟，而且我國也具備了制造該類罐車和相關(guān)設(shè)備的能力。罐車分為公路罐車和鐵路罐車兩種。公路罐車具有靈活、適應(yīng)性強(qiáng)和方便可靠的優(yōu)點，但是運量小、運費高且連續(xù)性差。鐵路罐車可以長距離輸運大量CO2。但是除考慮到當(dāng)前鐵路的現(xiàn)實條件，還需考慮在鐵路沿線配備CO2裝載、卸載以及臨時儲存等相關(guān)設(shè)施，勢必大大提高運輸成本，因此目前國際上還沒有用鐵路運輸?shù)南壤氖澜绶秶?，船舶運輸還處于起步階段，目前只有幾艘小型的輪船投入運行，還沒有大型的用于運輸CO2的船舶。但是必須注意到，當(dāng)海上運輸距離超過1000km時，船舶運輸被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)有效的CO2運輸方式，運輸成本將會下降到0.1元/（t·km）以下。由于管道運輸具有連續(xù)、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方面優(yōu)點，而且技術(shù)成熟，對于CCS這樣需要長距離運輸大量CO2的系統(tǒng)來說，管道運輸被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的陸地運輸方式。但是，由于海上管道建設(shè)難度較大，建設(shè)成本較高，因此目前還沒有用于CO2運輸?shù)暮Ｉ瞎艿?。對于二氧化碳運輸技術(shù)的發(fā)展，建議其技術(shù)發(fā)展時間表和各階段里程碑事件如下：2015—2020年建立并形成完善的CO2管道輸送相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，健全安全控制技術(shù)體系，建成百萬噸級全流程示范，輸送管長達(dá)到200km，成本控制到80元/t，年輸送能力超過1×106t。2020—2030年全面掌握產(chǎn)業(yè)化技術(shù)能力，輸送管長達(dá)到1000km以上，成本控制到70元/t，年輸送能力超過1×107t。2030—2050年全面推廣實施應(yīng)用CO2輸送技術(shù)，建設(shè)超過5000km的CO2輸送管道，成本控制到70元/t以下，年輸送能力超過5×107t。二氧化碳利用技術(shù)二氧化碳利用技術(shù)主要包括CO2地質(zhì)利用技術(shù)、CO2化工利用技術(shù)以及CO2生物利用技術(shù)。CO2地質(zhì)利用是指將CO2注入地下，利用地下礦物或地質(zhì)條件生產(chǎn)或強(qiáng)化有利用價值的產(chǎn)品，且相對于傳統(tǒng)工藝可減少CO2排放的過程。目前，CO2地質(zhì)利用技術(shù)主要包括CO2強(qiáng)化石油開采技術(shù)、CO2驅(qū)替煤層氣技術(shù)、CO2強(qiáng)化天然氣開采技術(shù)、CO2增強(qiáng)頁巖氣開采技術(shù)。CO2化工利用是指以化學(xué)轉(zhuǎn)化為主要特征，將CO2和共反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成為目標(biāo)產(chǎn)物，從而實現(xiàn)CO2的資源化利用。目前，已經(jīng)實現(xiàn)了CO2較大規(guī)模化學(xué)利用的商業(yè)化技術(shù)主要包括CO2與甲烷重整制備合成氣技術(shù)、CO2經(jīng)CO制備液體燃料技術(shù)、CO2加氫合成甲醇技術(shù)、CO2合成碳酸二甲酯技術(shù)。CO2生物利用是指以生物轉(zhuǎn)化為主要特征，通過植物光合作用等，將CO2用于生物質(zhì)的合成，從而實現(xiàn)CO2資源化利用。當(dāng)前，CO2生物利用技術(shù)還處于初期發(fā)展階段，其研究主要集中在微藻固定CO2轉(zhuǎn)化為生物燃料和化學(xué)品技術(shù)、微藻固定CO2轉(zhuǎn)化為生物肥料技術(shù)、微藻固定CO2轉(zhuǎn)化為食品和飼料添加劑技術(shù)、CO2氣肥利用技術(shù)幾個方面。CO2礦化是近年來提出的一種CO2利用方法，主要利用地球上廣泛存在的橄欖石、蛇紋石等堿土金屬氧化物與CO2反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的碳酸鹽類化合物，從而實現(xiàn)CO2減排。CO2礦化的優(yōu)點為：可規(guī)避CO2地質(zhì)封存的各種風(fēng)險和不確定性，從而保證了CO2末端減排技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性和持續(xù)性；CO2礦化量大。該技術(shù)的缺點是在常溫常壓下，礦物與CO2反應(yīng)速率相當(dāng)緩慢。因此，提高碳酸化反應(yīng)速率成為礦物儲存技術(shù)的關(guān)鍵。對于二氧化碳利用技術(shù)，根據(jù)我國目前的技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)情況，建議其技術(shù)發(fā)展時間表和各階段里程碑事件如下：2015—2020年對于CO2地質(zhì)利用技術(shù)：詳細(xì)地做好資源評估，并開展及擴(kuò)大相應(yīng)的實驗研究。對于CO2化工利用技術(shù)：進(jìn)一步推廣和擴(kuò)大傳統(tǒng)CO2化工產(chǎn)品利用技術(shù)，開展耦合新能源的低能耗、低成本CO2化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)研究。對于CO2生物利用技術(shù)：推廣氣肥利用技術(shù)；以微藻固碳為重點，研發(fā)和示范先進(jìn)CO2生物利用技術(shù)。2020—2030年對于CO2地質(zhì)利用技術(shù)：完成源–匯匹配優(yōu)化研究及規(guī)劃，開展區(qū)塊先導(dǎo)試驗示范工程建設(shè)。對于CO2化工利用技術(shù)：加大CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化制取合成氣、甲醇、聚氨酯等新產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)，建立萬噸以上化工利用工程示范。對于CO2生物利用技術(shù)：以微藻固碳為重點，建立若干CO2生物利用的規(guī)?；茉崔r(nóng)場，利用CO2增強(qiáng)生物質(zhì)液體燃料、化工品等生物能源產(chǎn)出。2030—2050年對于CO2地質(zhì)利用技術(shù)：實現(xiàn)技術(shù)推廣，實施規(guī)?；?、商業(yè)化的項目。對于CO2化工利用技術(shù)：2030年，建立10萬噸級以上大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化工程示范，開展CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化制取能源、化工產(chǎn)品技術(shù)產(chǎn)業(yè)化優(yōu)化與裝備研發(fā)；到2050年，建立完整的CO2化工應(yīng)用與產(chǎn)品體系，形成商業(yè)化推廣應(yīng)用技術(shù)能力，進(jìn)行CO2化工利用新技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化推廣。對于CO2生物利用技術(shù)：應(yīng)用推廣以微藻固碳為重點的先進(jìn)CO2生物利用技術(shù)。由于存在安全隱患、成本較高、能耗較大、CO2利用市場容量未知等多方面的挑戰(zhàn)，發(fā)展碳捕獲和埋存/碳捕獲、利用和埋存（CCS/CCUS）技術(shù)還廣受爭議。

CCS/CCUS主要核心技術(shù)尚不成熟，大部分處于理論研究、實驗室研究、工業(yè)示范和小范圍商業(yè)性運作階段，尚處于“特定條件下經(jīng)濟(jì)可行”階段