CCS二氧化碳捕集与封存
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浅谈CCS技术
（碳捕集与封存） （CARBEN CHAPTURE & STORAGE）
李丽娇
主要内容
• 全球与中国环境背景 • CCS的主要技术环节
• 捕集方法 • 运输能力 • 封存技术
• CCS的全球性应用 • CCS普及面临问题
全球环境背景
全球气候变化，温室效应严重，冰川加速 融化、生物环境恶化以及极端天气频繁等 一系列问题，促使人们开发各种技术以减
• 主要对象：大型发电厂
• 捕集方式
钢铁厂 水泥厂 炼油厂、合成氨厂等 CO2的集中排放源。
•
燃烧前捕集 ( Pre-combustion) 、
•
富氧燃烧( Oxy-fuel combustion)
•
燃烧后捕集( Post-combustion) 。
CCS技术主要环节----运输
• CO2的运输
将CO2 压缩成液态，通过管道或汽车、火车、轮船等 运输工具运至存储地，是连接 CO2排放源和封存地的纽带， 在 CCS 三大环节中，CO2运输技术较为成熟。
• 一般说来，管道是最经济的运输方式，是距CO2排放源 1 000 km 距离内大量输送 CO2的首选途径。
• 对于每年几百万吨以下的 CO2输送或是更远距离的海外 运输，使用轮船可能在经济上更有吸引力。
CCS技术主要环节----封存
CO2封存
的混是合指体将)捕安集全的注C入O并2以封超存临在界深状层态地(质气结态构及中液。态
燃烧后捕获（PCC：燃烧后脱碳技术）
• 吸收/再生法
物理法（溶解度原理：环丁砜法、聚乙二醇二甲醚法和低温甲醇法
化学法（酸碱反应原理：醇胺法、热钾碱法和氨水喷淋法）
• 吸附法（范德华力）
变温吸附
变压吸附
变电吸附
• 膜分离 （渗透性）
无机膜
聚合物膜
混合膜
碳运输能力
前提都是要将气态的CO2在8 MPa以上的压力下进行压缩液化， 从而提高 CO2的密度，降低运输成本。
少ＣＯ２排放。
中、美、印二氧化碳排放总量
单位：百万吨
国家 2004
2005
2006 2007 2008 2009 2010
中国 4847.30 5429.33 6017.65 6467.9 6908.0 7519.3 8333.4
美国 5969.28 5994.29 5902.75 6565.3 6369.1 5941.9 6144.9
印度 1118.4 1172.9 1222.4 1325.5 1442.5 1539.1 1707.5
资料来源：BP，Statistical Review of World Energy2011
中国能源背景
中国在能源与环境领域面临三个基本事实： • （1）能源消费将长期以煤为主； • （2）石油供应日趋紧张； • （3）二氧化碳排放总量已居全球第一，并
• (3)燃烧后捕集：将燃料煤燃烧后产生的烟气分离， 得到CO2。
燃烧前捕获(IGCC)
• 燃烧前捕集技术主要应用于整体煤气化联合循环系统( IGCC) 上。 IGCC 电厂以纯氧为氧化剂，原料煤被气化为 CO 和 H2O。煤 气化产物在催化剂作用下经水煤气反应转化成CO2和 H2的混和 气。混和气中的CO2浓度较高(35%～45%),可在燃烧前除掉 CO2，从而转化成不含碳的燃料。
• 其优势在于处理的烟气量少，CO2浓度较高，有利于降低运行费 用。
中国有5个示范项目：
华能天津 200MW IGCC 电站示范工程 中科院连云港 IGCC 示范工程 华电杭州 200MWIGCC( 水煤浆四喷嘴气化 ) 电站示范项目 广东东莞天明电厂120MW IGCC 改造项目 太阳洲4×200MW IGCC 新建项目，
富氧燃烧
• 利用空分系统获得富氧或纯氧，与燃料共同进入 专门的纯氧燃烧炉进行燃烧，由CO2烟气循环流 控制燃烧温度。富氧燃烧产生的烟气主要是水和 CO2,采用水分离技术在后端很容易捕获CO2。
• 优点是：提高燃气流CO2浓度，分离容易，有利 于捕获。
• 缺点是：增加成本与能耗（专门材料的纯氧燃烧 设备和空分装置分离氧气）
根据政府间气候变化专门委员会（IPCC） 的定义，CCS是指CO2从工业或与能源 相关的排放源中分离出来，输送到一个 合适的地点，进而埋存到地下并长期与
大气隔绝的过程。
CCS技术主要环节----捕集
• CO2捕集
是指为得到较高纯度的 CO2以便于运输和储存，将 CO2从工业尾 气中分离出来并进行压缩的过程。
• 地质封存
石油和天然气储层封存（强化采油技术EOR、强压气体回收EGR） 不可开采煤层封存（强化煤田甲烷回收ECBM） 深部咸水层封存（深部>800m含咸水的岩层，上覆不渗透的页岩盖层）
• 海洋封存
浅海(200-300m)溶解封存 深海(~500m)笼形包合物封存 深海(~>3000m)笼形水合物封存
管道运输
运输方向固定，更加适合地质封存，对管道的结构设计以及防腐 保温要求也很高
船舶运输
方向就相对灵活些，适合海底封存，但目前大规模的 CO2运输船 还未投入运营
技术相对较为成熟
碳封存技术
地 表800m下，温 度>31.1℃，压力>7.38MPa，CO２就处于超临界状态。 密度约为水的50%~80%，储存 空间缩小，CO2具有较好的流动性、扩散 性和溶解能力，具有超临界流体的特点。
仍将持续增长。
在应对全球气候变化的背景下，如何利用好储 量相对比较丰富但却高碳的煤炭资源？
• CO2捕集与封存技术( Carbon Capture and Storage，CCS)被 广泛认为是目前唯一能够大规模减少由于化石能源利用而 导致的CO2排放的前沿技术。是在不降低当前化石燃料使 用量的情况下减少排入大气 CO2气体量的手段，是世界各 国普遍关注的减缓温室气体排放的重要技术之一。
管道，轮船 液态CO2
封存地类型Байду номын сангаас
海洋 陆地（衰竭油气层和煤层
沉积盆地的咸水层）
CO2的安全封存
安全性 经济可行性
碳捕集方法
• (1)燃烧前捕集：在燃料煤燃烧前，先将其气化， 得到CO和H2，再将CO转化为CO2。然后通过分 离得到CO2。
• (2)富氧燃烧捕集：利用空分系统将CO2从空气中 分离出来。得到高浓度的O2，使燃料煤充分燃烧， 然后得到较充足的CO2。
（碳捕集与封存） （CARBEN CHAPTURE & STORAGE）
李丽娇
主要内容
• 全球与中国环境背景 • CCS的主要技术环节
• 捕集方法 • 运输能力 • 封存技术
• CCS的全球性应用 • CCS普及面临问题
全球环境背景
全球气候变化，温室效应严重，冰川加速 融化、生物环境恶化以及极端天气频繁等 一系列问题，促使人们开发各种技术以减
• 主要对象：大型发电厂
• 捕集方式
钢铁厂 水泥厂 炼油厂、合成氨厂等 CO2的集中排放源。
•
燃烧前捕集 ( Pre-combustion) 、
•
富氧燃烧( Oxy-fuel combustion)
•
燃烧后捕集( Post-combustion) 。
CCS技术主要环节----运输
• CO2的运输
将CO2 压缩成液态，通过管道或汽车、火车、轮船等 运输工具运至存储地，是连接 CO2排放源和封存地的纽带， 在 CCS 三大环节中，CO2运输技术较为成熟。
• 一般说来，管道是最经济的运输方式，是距CO2排放源 1 000 km 距离内大量输送 CO2的首选途径。
• 对于每年几百万吨以下的 CO2输送或是更远距离的海外 运输，使用轮船可能在经济上更有吸引力。
CCS技术主要环节----封存
CO2封存
的混是合指体将)捕安集全的注C入O并2以封超存临在界深状层态地(质气结态构及中液。态
燃烧后捕获（PCC：燃烧后脱碳技术）
• 吸收/再生法
物理法（溶解度原理：环丁砜法、聚乙二醇二甲醚法和低温甲醇法
化学法（酸碱反应原理：醇胺法、热钾碱法和氨水喷淋法）
• 吸附法（范德华力）
变温吸附
变压吸附
变电吸附
• 膜分离 （渗透性）
无机膜
聚合物膜
混合膜
碳运输能力
前提都是要将气态的CO2在8 MPa以上的压力下进行压缩液化， 从而提高 CO2的密度，降低运输成本。
少ＣＯ２排放。
中、美、印二氧化碳排放总量
单位：百万吨
国家 2004
2005
2006 2007 2008 2009 2010
中国 4847.30 5429.33 6017.65 6467.9 6908.0 7519.3 8333.4
美国 5969.28 5994.29 5902.75 6565.3 6369.1 5941.9 6144.9
印度 1118.4 1172.9 1222.4 1325.5 1442.5 1539.1 1707.5
资料来源：BP，Statistical Review of World Energy2011
中国能源背景
中国在能源与环境领域面临三个基本事实： • （1）能源消费将长期以煤为主； • （2）石油供应日趋紧张； • （3）二氧化碳排放总量已居全球第一，并
• (3)燃烧后捕集：将燃料煤燃烧后产生的烟气分离， 得到CO2。
燃烧前捕获(IGCC)
• 燃烧前捕集技术主要应用于整体煤气化联合循环系统( IGCC) 上。 IGCC 电厂以纯氧为氧化剂，原料煤被气化为 CO 和 H2O。煤 气化产物在催化剂作用下经水煤气反应转化成CO2和 H2的混和 气。混和气中的CO2浓度较高(35%～45%),可在燃烧前除掉 CO2，从而转化成不含碳的燃料。
• 其优势在于处理的烟气量少，CO2浓度较高，有利于降低运行费 用。
中国有5个示范项目：
华能天津 200MW IGCC 电站示范工程 中科院连云港 IGCC 示范工程 华电杭州 200MWIGCC( 水煤浆四喷嘴气化 ) 电站示范项目 广东东莞天明电厂120MW IGCC 改造项目 太阳洲4×200MW IGCC 新建项目，
富氧燃烧
• 利用空分系统获得富氧或纯氧，与燃料共同进入 专门的纯氧燃烧炉进行燃烧，由CO2烟气循环流 控制燃烧温度。富氧燃烧产生的烟气主要是水和 CO2,采用水分离技术在后端很容易捕获CO2。
• 优点是：提高燃气流CO2浓度，分离容易，有利 于捕获。
• 缺点是：增加成本与能耗（专门材料的纯氧燃烧 设备和空分装置分离氧气）
根据政府间气候变化专门委员会（IPCC） 的定义，CCS是指CO2从工业或与能源 相关的排放源中分离出来，输送到一个 合适的地点，进而埋存到地下并长期与
大气隔绝的过程。
CCS技术主要环节----捕集
• CO2捕集
是指为得到较高纯度的 CO2以便于运输和储存，将 CO2从工业尾 气中分离出来并进行压缩的过程。
• 地质封存
石油和天然气储层封存（强化采油技术EOR、强压气体回收EGR） 不可开采煤层封存（强化煤田甲烷回收ECBM） 深部咸水层封存（深部>800m含咸水的岩层，上覆不渗透的页岩盖层）
• 海洋封存
浅海(200-300m)溶解封存 深海(~500m)笼形包合物封存 深海(~>3000m)笼形水合物封存
管道运输
运输方向固定，更加适合地质封存，对管道的结构设计以及防腐 保温要求也很高
船舶运输
方向就相对灵活些，适合海底封存，但目前大规模的 CO2运输船 还未投入运营
技术相对较为成熟
碳封存技术
地 表800m下，温 度>31.1℃，压力>7.38MPa，CO２就处于超临界状态。 密度约为水的50%~80%，储存 空间缩小，CO2具有较好的流动性、扩散 性和溶解能力，具有超临界流体的特点。
仍将持续增长。
在应对全球气候变化的背景下，如何利用好储 量相对比较丰富但却高碳的煤炭资源？
• CO2捕集与封存技术( Carbon Capture and Storage，CCS)被 广泛认为是目前唯一能够大规模减少由于化石能源利用而 导致的CO2排放的前沿技术。是在不降低当前化石燃料使 用量的情况下减少排入大气 CO2气体量的手段，是世界各 国普遍关注的减缓温室气体排放的重要技术之一。
管道，轮船 液态CO2
封存地类型Байду номын сангаас
海洋 陆地（衰竭油气层和煤层
沉积盆地的咸水层）
CO2的安全封存
安全性 经济可行性
碳捕集方法
• (1)燃烧前捕集：在燃料煤燃烧前，先将其气化， 得到CO和H2，再将CO转化为CO2。然后通过分 离得到CO2。
• (2)富氧燃烧捕集：利用空分系统将CO2从空气中 分离出来。得到高浓度的O2，使燃料煤充分燃烧， 然后得到较充足的CO2。