碳交易网——全球领先的碳市场中文门户网站首页 ›CCUS碳捕获、利用与封存 › 查看内容

中国科学院武汉岩土力学研究所李琦老师介绍中国CCUS工程项目和研究项目进展

2019-6-20 10:27 来源: 城市温室气体

CCUS培训班的第七堂课，中国科学院武汉岩土力学研究所李琦老师介绍中国CCUS工程项目和研究项目进展。

前一天各位都在讨论CCUS，这个片子主要就是告诉大家CCUS是一项复杂的技术，包括二氧化碳的捕集、运输、利用、封存，早期法国人的缩略词用法比较直接，加一个T，就是CCTS。CCS也好CCUS也好，其学科和工业部门跨度非常大，技术链复杂。这是为什么CCS技术推广的时候，常常遇到的最大问题，不是一项单一的技术，而是一个复杂的链式技术，可供选择的技术路线多，导致整个工业部署实施的时候有点复杂。

捕集分燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧，这是三种主要的代表性技术，每种捕集技术里又分出一系列的子技术选项，包括燃烧前捕集也有很多种，吸收法、化学/物理溶剂法、低温液化等等很多选项，非常复杂。

这个图首先给大家一个全局的认识。在二氧化碳捕集方面，我们国家还是部署了相当多的（示范）工程项目，从CCS一开始引入中国以后，首先考虑就是捕集和封存问题。大家可以看到捕集量最高的是吉林油田EOR项目，数字当然在变动，最高时可达26万吨/年，也有非常小的，一年小于1万吨的。可以看到示范项目主要部署在中国东部的华北、华东和东北地区。根据三步走的战略，新疆这几年示范也陆续上来，最典型的就是敦华公司在克拉玛依的捕集。

三种捕集技术，首先看一下广为采用的燃烧后捕集，应用最多就是电厂，最常采用化学吸收法来进行烟道气中的二氧化碳捕集。本图列出了几个比较典型的燃烧后捕集示范项目。图中的MEA也好、MSA也好，都是二氧化碳化学吸收剂英文缩写，上网一查可以查出来。需要指出的是，除了北京高碑店和上海石洞口项目，在国际上很有名气外，华润电力海丰（图中风是错别字）测试平台项目已于2018年1月15日正式开工，预计年二氧化碳捕集能力达到2万吨水平，这将是亚洲首个多线程碳捕集测试平台，标志着中国二氧化碳捕集示范工程步入重要的里程碑。

正如昨天CCUS科普中提到的，工业分离过程也是二氧化碳的主要排放源之一，从煤制气到煤制油，本图展示了几个典型的工业分离项目。目前，大多数捕集示范主要来自燃煤电厂，然后就是天然气处理或煤化工，烟气浓度的高低常常与成本息息相关。海螺集团水泥厂年十万吨捕集项目，其示范类型具有里程碑意义。

富氧燃烧，从全球的角度来说，相对燃烧前捕集和燃烧后捕集，大多数还处于研发当中，从全球规模来看也是这样。在国家资金支持下，我们国内华中科技大学一直在做这个方面的工作，在湖北应城这个地方已经进行了一些示范。

这个表总结了燃烧前捕集在国内有哪些主要的项目，以及哪些单位经营或主导的。第一个项目就是天津的IGCC，规模是十万吨，具有代表性，IGCC是Integrated Gasification Combined Cycle的缩写，中文全称：整体煤气化联合循环发电系统，它是一种将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统，由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。

这是天津IGCC项目的一些技术参数。

接下来进入二氧化碳利用方面的工程项目介绍，首先介绍化工利用、生物利用部分，化工利用大家如果感兴趣可以看一下科技部ACCA21中英文正式出版的一个报告，就是《第三次气候变化国家评估报告》特别评估——中国二氧化碳利用技术评估报告。二氧化碳利用技术按学科领域（原理）分类，化工利用有14种，包括有机/无机化学品制备、能源生产和材料生产等。生物利用4种，包括气肥、生物燃料和生物药品制备等。

这是一张全局图，展示了国内化工、生物利用的典型工程项目，但并不全，尤其是化工利用部分。二氧化碳化工利用的主要产品是某种材料、燃料或某种化学制品。二氧化碳生物利用的主要产品有气肥、生物饲料、燃料、食品或化学制品。

典型二氧化碳化工利用示范工程介绍，山西潞安集团的甲烷二氧化碳自热重整合成气制备项目，甲烷+二氧化碳可以产生氢，氢是工业当中非常重要的一种气体，大量的化工过程都需要氢气。

另一个典型的二氧化碳化工利用示范工程项目，二氧化碳加氢制甲醇，甲醇工业用途广泛，从而实现了所谓的二氧化碳资源化利用。2018年7月，兰州新区石化产业投资集团有限公司、苏州高迈新能源有限公司、中科院大连化物所在第24届中国兰州投资贸易洽谈会上，共同签署了千吨级二氧化碳加氢制甲醇技术开发项目合作协议。该项目旨在建立千吨级二氧化碳加氢制甲醇工业化示范工程。

一个利用二氧化碳合成碳酸二甲酯的化工利用项目，这是利用二氧化碳制备有机化学品的典型代表。

一个利用二氧化碳合成可降解聚合物的化工利用项目，这是利用二氧化碳实现材料制备的典型代表。

这是一个百吨中试的二氧化碳化工利用，感兴趣的可以参考，不做赘述。

接下来简单介绍几个二氧化碳生物利用的工程项目。

利用二氧化碳生产螺旋藻。螺旋藻是一类低等原核生物，由单细胞或多细胞组成的丝状体，呈疏松或紧密的有规则的螺旋旋形弯曲，形如钟表发条，故而得名。螺旋藻具有减轻癌症放疗、化疗的毒副反应，提高免疫功能，降低血脂等功效。产业链的经济效益和二氧化碳的净减排潜力值得关注。03

二氧化碳的地质利用与封存部分。

这是全国二氧化碳地质利用和封存工程项目总体分布图，EOR/ECBM驱油驱煤层气工程主要围绕中国几个油气盆地展开，例如：东北的松辽，华北渤海湾盆地，西北鄂尔多斯盆地，非常多项目在计划和部署中。总体动态或静态封存规模从不到一万吨到接近35万吨不等。

本图整理了我国二氧化碳驱替煤层气工程项目的发展历程。ECBM的基本原理，考虑二氧化碳和甲烷对于煤基质的竞争性吸附，二氧化碳吸附能力比甲烷强，通过这个吸附原理，把煤里面的甲烷用二氧化碳置换出来，当然这是一个很复杂的过程，很多科学技术问题需要解决。

二氧化碳咸水层封存，区别于前面提到的利用二氧化碳驱油、驱煤层气和天然气等利用过程中的动态封存，而咸水层封存是真正意义上的我们说的二氧化碳地质封存。神华集团“二氧化碳捕集封存(CCS)工业化示范项目”位于鄂尔多斯，这是中国第一个，也是亚洲最大规模把二氧化碳封存在咸水层的全流程CCS项目。神华CCS示范项目是从煤制油生产线中捕集二氧化碳，经液化处理后罐车运送到距捕集地约8公里的一个封存场地，用注入井筒灌注到地下2495米的咸水地层中封存起来。该项目封存部分一共有3口井，一口是注入封存井，还有两口分别被神华集团和国土资源部作为监测井。目前，该项目已经完成总共30万吨二氧化碳的封存量，且已经关井。

EWR是指二氧化碳地质封存联合深部咸水开采利用技术，简称二氧化碳驱水技术，它是指将二氧化碳封存于深部咸水层，同时开采咸水并进行淡化处理的新型的CCUS技术。相较于传统的CCS技术，一方面可通过合理的抽水井位控制和采水量控制释放储层压力，达到安全稳定大规模封存的目的，另一方面采收的低矿化度咸水经过处理后可用于中国西部缺水严重地区或东部地面沉降较严重地区的生活饮用或工农业发展，而采收的高矿化度咸水或卤水可以提取各种战略液体矿产资源。更多的背景介绍和技术分析，可以参见我们发表在国际清洁生产杂志上的综述文章。新疆准东盆地的这个EWR测试项目是中国第一个二氧化碳驱水技术先导性试验项目，值得关注。04

下面介绍一下CCUS全流程项目，需要指出：在此我们没有区分技术全链条工程项目和技术综合性工程项目。

全流程项目全国分布情况一览。EOR是二氧化碳强化采油项目，ECBM二氧化碳强化煤层气采收项目，DSF二氧化碳深部咸水层封存项目，目前中国二氧化碳深部咸水层封存项目只有一个，就是神华在鄂尔多斯的示范工程项目，这是亚洲第一个全流程的CCS项目。05

CCUS研究项目是指科技部资助的，原来的973、863、科技支撑，现在的科技部重点研发计划、国际合作等，还包括中国科学院的专项，国家自然科学基金等。大家注意到，前面CCUS工程项目的部署，因为要工程示范，牵头单位主要是大企业为主。

接下来这张大表统计分析了2005-2016年中国CCUS方面的一些主要研究项目。由于投影效果文字太小，大家会后感兴趣，可以参见我们2017年发表在Geofluids上的那篇综述文章，后面的参考文献部分我也会列出来，便于大家溯源追踪。

在统计过程中，我们对CCUS项目的类型也进行了相应的梳理。

这2张图就是针对前面统计表的另外一种数据展现方式。我们可以看左边这个图4，这里把CCS和CCUS分开描述，但一起统计。数据只统计到2016年，从2005年-2016年，可以看到项目类型，支持项目数，主要支持传统CCS、ECBM和EOR三驾马车，他们三个支持数量最高。图中：MOST是科技部的缩写，NSFC国家自然科学基金委的缩写，Others就是其他国家资助项目。右边这个图5，把这些支持的CCUS研究项目进一步分类统计，到底支持纯捕集，还是纯封存，还是不同类型的二氧化碳利用，这里只列了五类利用，分别是EOR、ECBM、EGS、ESGR，EWR和EUL两类没列，可以看到二氧化碳封存方面的研究从2008年以来一直非常高的热度，在2011-2012年达到顶峰。

这个表简单罗列了中国CCUS方面的国际合作情况。从中国和欧盟的近零排放NZEC项目开始，以及与澳大利亚地球科学局合作的CAGS项目，前后十多年，对中国CCUS研究产生了深远的影响。特别是，跟澳大利亚的CAGS项目，在国际上也有着深远的影响。

整个报告里面的数据，都可以在这四篇参考文献中找到踪迹。工程项目和CCUS观点，可以参考第一篇综述文章；中国二氧化碳驱水技术看第二篇综述；中国CCUS科研项目详细分析可以看第三篇文章，一个非常全面系统地综述。

学术组织。中国环境科学学会气候变化分会，大家感兴趣的可以多关注，偏环境工程学方面；我本人正在积极申请成立CSRME一级学会下面的CCUS分会，将关注二氧化碳的岩石力学和地质工程发明。大家可以检索我的Google学术账号，追踪我2002年以来所有针对二氧化碳研究的方方面面，欢迎交流与合作。

AOGS亚太地球科学的著名学术团体，由我和日本科学家主持的CCS分会场每年都有，每隔一年回到新加坡，CCS研究者每年定期见面，分会场气氛热烈，各色人种，各种音调的英文，值得你去交流。IGC每四年一次的全球地质学盛会，明年在印度德里召开，我和印度科学家发起了一个CCS分会，想去恒河边打坐思考的，欢迎积极注册报名，也可以直接跟我联系。EGU欧盟地学一级盛会，目前我正在和德国科学家准备发起一个新的CCS分会，欢迎大家关注和参加，维也纳欢迎你。ISO，我一直在参与WG3和WG5的工作。这是个国际角力与智慧沟通的舞台，不单纯是学术碰撞。