CO2捕集与储存CCS
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combustion of fossil fuels to supply energy. Emissions can be reduced by a variety of measures, such as
improving energy efficiency and developing alternative energy sources, like wind and solar power. However, a rapid move away from fossil fuels is unlikely as energy
燃料的呼声日益增 加。2004年5月的一次国际会议 上，‚50多个国家的代表指出,世界对化石燃料，如
石油、煤炭、天然气的高度依赖产生了巨大的风 险，且对环境和健康产生 了负面影响‛。
温室效应虽已受到关注，但GHG（温室气体）排放 对全球空气特性的影响，对特定地区气候变化的作用
尚缺乏清晰的理论阐述和定量化的数据证明。此外， 绿色观念主张者往往忽略了能源供应紧张，能源价格
capture CO2 from the flue gas of power plants. In precombustion capture the fuel is reacted with air or
oxygen and then with steam to produce a mixture of CO2 and H2. The CO2 is removed and the hydrogen is used as the fuel. Oxy-combustion is when oxwk.baidu.comgen is
个环节: 捕集、运输和储存。
§2 CCS技术
CO2捕集与储存尚处研究与开发阶段。
在捕集方面主要针对化石燃料火力发电厂，开发了 燃烧前捕集，燃烧后捕集及富氧燃烧等工艺技
术。但目前从技术 及经济角度考虑尚不具备全面 推广应用的条件。
§2 CCS技术
CO2储存是指将捕集和运抵储存地点的CO2注入到地
CO2 原本便是大气的组成部分，但自工业革命以来 其 浓 度 几 乎 增 加 了 1/3 以 上 ， 自 280 ppm 升 至
370 ppm。预计到2100年其浓度将达到工业革命 以前的2倍。世界普遍认为CO2浓度增高的主要原
因是富含碳的化石燃料——煤、石油及天然气的 燃烧。CO2 吸收地球表面辐射的热量而使全球变 暖，加速 全球气候变化，即所谓温室效应。
不强的气体分离技术如物理溶剂吸收、吸附等技 术来分离CO2, 从而减少能量消耗。
燃烧前捕集
Before burning - Pre-combustion capture
燃烧后捕集
燃烧后捕集是从烟气中分离CO2 。该工艺路线是以
成熟的化学溶剂胺吸收法为基础。胺与CO2产生化 学反应后形成一种含CO2的化合物。然后对溶剂加
2020年为31亿t，2030年为36亿t。全球CO2排放量 2002年为235亿t，2010年为275亿t，2020年为335 亿 t，2030年为380亿t。
60
50
40
30
20
10
0
2002年 原油需求（亿t） 2010年 2020年 2030年 煤炭需求（亿t） 天然气需求（亿t）
化石燃料需求
millions of tonnes of CO2 produced by industrial processes and store the CO2 deep underground - this is
known as CO2 Capture and geological Storage (CCS).
收、物理溶剂吸收、吸附、膜分离和低温分离。
选择哪一种技术取决于要捕集的CO2的状态, 即浓 度、压力和流量。
燃烧前捕集
燃烧前捕集主要应用在以气化炉为基础的发电
厂, 通过燃料与氧或空气发生反应, 产生主要由CO 和H2组成的混合气体。待混合气体冷却后, 在催化
转 化 器 中 与 蒸 汽 发 生 反 应 , 其 中 的 CO 转 化 为 CO2, 并 产 生 更 多的 氢 气 。 然后 , CO2 被 分 离 出
CO2捕集
CO2捕集不适用于大量分散的移动排放源, 而只适
用于大型固定的排放源。
目前有关CO2捕集的大部分研究与试验都集中在
燃煤电厂。
CO2捕集一般有3 种工艺路线: 燃烧后捕集、燃烧
前捕集和富氧燃烧捕集。其中每个工艺路线都包 括从气流中分离CO2 。
CO2分离技术
目前有五种主要的CO2分离技术, 如化学溶剂吸
海洋储存有可能是实现大规模长期埋存CO2的理想方
式，但有技术经济、环境影响等一系列复杂问题有 待解决，故目前尚处于探索阶段。
§2 CCS技术
地质储存需要渗透性好的岩石地层, 用来为气体
储存提供空间, 这些地层必须由岩石密封, 岩石
对CO2来说是不可渗透的。与其他方案相比, 利 用地下天然储层的储存方式比较安全可靠, 也有
CO2 can be captured by a variety of methods which are
classified as post-combustion, pre-combustion and oxycombustion. Post-combustion capture uses a solvent to
used for combustion instead of air, which results in a flue gas that consists mainly of CO2 and is potentially
suitable for storage..
§1 温室气体（GHG）排放与气候变化
supply infrastructure has a long lifetime, and such a move could destabilise economies.
Another way to reduce emissions is to capture the
CO2 that is released from fossil fuel-fired power plants and store it underground, as power generation accounts for about one-third of CO2
CO2排放量（亿t）
400
300
200
100
0 2002年 2010年 2020年 2030年
CO2排放数据
温室效应已造成全球气候变暖，平均温度升高 0.3℃，而温室气体（GHG）主要组成是CO2，其中
尚含少量 其它气体,包括甲烷、氮氧化物、氟化氢、 氟烷、氟化磷碳烷、氟硫化物等。因为化石燃料的 应用是空气中CO2的主要来源，所以反对使用化石
emissions from fossil fuel use.
Carbon dioxide (CO2) is the main cause of global
warming and the level of CO2 in the earth’s atmosphere is rising as a result of human activities. Experts agree
来, 氢气则作为燃气联合循环系统的燃料送入燃气 轮机, 进行燃气轮机与蒸汽轮机联合循环发电。另
外, 需要加装去除硫化物和颗粒物等杂质的设备。
燃烧前捕集
燃烧前分离产生的需要处理的气体较少, 这些气体
在高压下富含更多的CO2, 这就降低了CO2分离的 投资成本。另外, CO2浓度较高, 可以采用选择性
CO2气流, 但是能耗较高。如果在提高溶剂效率、 降低溶剂再生所需的能量等方面进行改进和开 发新技术, 将可大大降低捕集成本, 提高能源效
目前世界能源需求的85%来自资源丰富且相对廉 价的化石燃料。今后50年，这一状况还将延续。
据 OPEC/IEA的资料,全球原油需求2002年为37亿t， 2010年为41亿t，2020年为49亿t，2030年为57亿t； 全球天然气需求（油当 量）2002年为22亿t，2010
年28亿t，2020年为35亿t，2030年为43亿t。全球煤 炭需求（油当量）2002年为25亿t，2010年 为27亿t，
相当的储存能力。
§2 CCS技术
Sandstone, typical of the type of rock that would be suitable for geological storage of CO2
CO2捕集与储存
Geologic storage is one component of Carbon Capture and Storage (CCS). In CCS, CO 2 is captured before it can be emitted into the atmosphere, transported to the injection site and then disposed of underground in suitable rock formations.
高等与经济发展和人类生存密切相关的实际问题。因 此化石能源的主导地位尚难以撼动。但作为化石能源 的生产者和应用者为寻求可持续发展，必须认真对待
CO2排放问题，面对进一步发展的机遇与挑战。 正如沙特石油部长Ali-Naimi所说，‚我相信有足够 的技术捕集CO2并消除大气中的CO2”。
小结
CO2是温室气体（GHG）的主要组分，GHG的温室
效应造成全球气候变暖已引起普遍关注。化石燃料 的应用产生大量CO2，尽管GHG效应与全球气候变
化的关系尚有许多说不清楚的问题，但化石燃料生 产者，包括全球石油工业界已普遍重视CO2的捕集 与储存问题。
CCS技术
CO2捕集与储存是指利用吸附、吸收、分离等成
熟技术将CO2从废气中捕集出来, 通过运输或输送 至埋藏地点, 长期或永久的储存起来,从而减少CO2 向大气中的直接排放。 CO2捕集与储存主要包括3
下储层或海底水柱等的地质结构中, 实现与大气隔绝、
永久埋存的过程。
当前可行的储存方式有3 种：
地质储存 海洋储存
森林和陆地生态储存。
§2 CCS 技术
森林和陆地生态储存是最理想的廉价埋存方式，但
一个功率为500MW 的燃煤电站约需2000 km2的森林
来捕集其排放的CO2 ，故此方式不可能作为主要埋 存方式。
能源与环境
CO2捕集与储存
（CO2 Capture and Storage, CCS）
李继红
CO2 Capture
Emissions of greenhouse gases are expected to cause climate change. The main greenhouse gas is carbon dioxide (CO2) and the major source of it is the
温, 化合物分解, 分离出溶剂和高纯度的CO2。
对燃煤电站而言, 燃烧产生的烟气含有很多污染物
等杂质, 杂质的存在会增加捕集的成本。因此, 烟气
进行吸收处理前要进行冷却处理, 去除其中的活性 杂质, 如硫、NOx和颗粒物等, 否则这些杂质会优先
与溶剂发生化学反应, 消耗大量的溶剂并腐蚀设备。
燃烧后捕集
that a range of actions will have to be taken soon in order to reduce the amount of CO2 entering the atmosphere. Part of the solution could be to capture
吸收剂在温度100～140 ℃和比在标准大气压略高的
压力下得到再生。在目前的工艺条件下, 溶剂再生 和为便于运输压缩CO2, 都需要消耗大量的能量, 因
而大大折减了净发电量。
燃烧后捕集
After burning - Post-combustion capture
燃烧后捕集
燃烧后CO2 捕集 可以分离出高压 高浓度的
improving energy efficiency and developing alternative energy sources, like wind and solar power. However, a rapid move away from fossil fuels is unlikely as energy
燃料的呼声日益增 加。2004年5月的一次国际会议 上，‚50多个国家的代表指出,世界对化石燃料，如
石油、煤炭、天然气的高度依赖产生了巨大的风 险，且对环境和健康产生 了负面影响‛。
温室效应虽已受到关注，但GHG（温室气体）排放 对全球空气特性的影响，对特定地区气候变化的作用
尚缺乏清晰的理论阐述和定量化的数据证明。此外， 绿色观念主张者往往忽略了能源供应紧张，能源价格
capture CO2 from the flue gas of power plants. In precombustion capture the fuel is reacted with air or
oxygen and then with steam to produce a mixture of CO2 and H2. The CO2 is removed and the hydrogen is used as the fuel. Oxy-combustion is when oxwk.baidu.comgen is
个环节: 捕集、运输和储存。
§2 CCS技术
CO2捕集与储存尚处研究与开发阶段。
在捕集方面主要针对化石燃料火力发电厂，开发了 燃烧前捕集，燃烧后捕集及富氧燃烧等工艺技
术。但目前从技术 及经济角度考虑尚不具备全面 推广应用的条件。
§2 CCS技术
CO2储存是指将捕集和运抵储存地点的CO2注入到地
CO2 原本便是大气的组成部分，但自工业革命以来 其 浓 度 几 乎 增 加 了 1/3 以 上 ， 自 280 ppm 升 至
370 ppm。预计到2100年其浓度将达到工业革命 以前的2倍。世界普遍认为CO2浓度增高的主要原
因是富含碳的化石燃料——煤、石油及天然气的 燃烧。CO2 吸收地球表面辐射的热量而使全球变 暖，加速 全球气候变化，即所谓温室效应。
不强的气体分离技术如物理溶剂吸收、吸附等技 术来分离CO2, 从而减少能量消耗。
燃烧前捕集
Before burning - Pre-combustion capture
燃烧后捕集
燃烧后捕集是从烟气中分离CO2 。该工艺路线是以
成熟的化学溶剂胺吸收法为基础。胺与CO2产生化 学反应后形成一种含CO2的化合物。然后对溶剂加
2020年为31亿t，2030年为36亿t。全球CO2排放量 2002年为235亿t，2010年为275亿t，2020年为335 亿 t，2030年为380亿t。
60
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30
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2002年 原油需求（亿t） 2010年 2020年 2030年 煤炭需求（亿t） 天然气需求（亿t）
化石燃料需求
millions of tonnes of CO2 produced by industrial processes and store the CO2 deep underground - this is
known as CO2 Capture and geological Storage (CCS).
收、物理溶剂吸收、吸附、膜分离和低温分离。
选择哪一种技术取决于要捕集的CO2的状态, 即浓 度、压力和流量。
燃烧前捕集
燃烧前捕集主要应用在以气化炉为基础的发电
厂, 通过燃料与氧或空气发生反应, 产生主要由CO 和H2组成的混合气体。待混合气体冷却后, 在催化
转 化 器 中 与 蒸 汽 发 生 反 应 , 其 中 的 CO 转 化 为 CO2, 并 产 生 更 多的 氢 气 。 然后 , CO2 被 分 离 出
CO2捕集
CO2捕集不适用于大量分散的移动排放源, 而只适
用于大型固定的排放源。
目前有关CO2捕集的大部分研究与试验都集中在
燃煤电厂。
CO2捕集一般有3 种工艺路线: 燃烧后捕集、燃烧
前捕集和富氧燃烧捕集。其中每个工艺路线都包 括从气流中分离CO2 。
CO2分离技术
目前有五种主要的CO2分离技术, 如化学溶剂吸
海洋储存有可能是实现大规模长期埋存CO2的理想方
式，但有技术经济、环境影响等一系列复杂问题有 待解决，故目前尚处于探索阶段。
§2 CCS技术
地质储存需要渗透性好的岩石地层, 用来为气体
储存提供空间, 这些地层必须由岩石密封, 岩石
对CO2来说是不可渗透的。与其他方案相比, 利 用地下天然储层的储存方式比较安全可靠, 也有
CO2 can be captured by a variety of methods which are
classified as post-combustion, pre-combustion and oxycombustion. Post-combustion capture uses a solvent to
used for combustion instead of air, which results in a flue gas that consists mainly of CO2 and is potentially
suitable for storage..
§1 温室气体（GHG）排放与气候变化
supply infrastructure has a long lifetime, and such a move could destabilise economies.
Another way to reduce emissions is to capture the
CO2 that is released from fossil fuel-fired power plants and store it underground, as power generation accounts for about one-third of CO2
CO2排放量（亿t）
400
300
200
100
0 2002年 2010年 2020年 2030年
CO2排放数据
温室效应已造成全球气候变暖，平均温度升高 0.3℃，而温室气体（GHG）主要组成是CO2，其中
尚含少量 其它气体,包括甲烷、氮氧化物、氟化氢、 氟烷、氟化磷碳烷、氟硫化物等。因为化石燃料的 应用是空气中CO2的主要来源，所以反对使用化石
emissions from fossil fuel use.
Carbon dioxide (CO2) is the main cause of global
warming and the level of CO2 in the earth’s atmosphere is rising as a result of human activities. Experts agree
来, 氢气则作为燃气联合循环系统的燃料送入燃气 轮机, 进行燃气轮机与蒸汽轮机联合循环发电。另
外, 需要加装去除硫化物和颗粒物等杂质的设备。
燃烧前捕集
燃烧前分离产生的需要处理的气体较少, 这些气体
在高压下富含更多的CO2, 这就降低了CO2分离的 投资成本。另外, CO2浓度较高, 可以采用选择性
CO2气流, 但是能耗较高。如果在提高溶剂效率、 降低溶剂再生所需的能量等方面进行改进和开 发新技术, 将可大大降低捕集成本, 提高能源效
目前世界能源需求的85%来自资源丰富且相对廉 价的化石燃料。今后50年，这一状况还将延续。
据 OPEC/IEA的资料,全球原油需求2002年为37亿t， 2010年为41亿t，2020年为49亿t，2030年为57亿t； 全球天然气需求（油当 量）2002年为22亿t，2010
年28亿t，2020年为35亿t，2030年为43亿t。全球煤 炭需求（油当量）2002年为25亿t，2010年 为27亿t，
相当的储存能力。
§2 CCS技术
Sandstone, typical of the type of rock that would be suitable for geological storage of CO2
CO2捕集与储存
Geologic storage is one component of Carbon Capture and Storage (CCS). In CCS, CO 2 is captured before it can be emitted into the atmosphere, transported to the injection site and then disposed of underground in suitable rock formations.
高等与经济发展和人类生存密切相关的实际问题。因 此化石能源的主导地位尚难以撼动。但作为化石能源 的生产者和应用者为寻求可持续发展，必须认真对待
CO2排放问题，面对进一步发展的机遇与挑战。 正如沙特石油部长Ali-Naimi所说，‚我相信有足够 的技术捕集CO2并消除大气中的CO2”。
小结
CO2是温室气体（GHG）的主要组分，GHG的温室
效应造成全球气候变暖已引起普遍关注。化石燃料 的应用产生大量CO2，尽管GHG效应与全球气候变
化的关系尚有许多说不清楚的问题，但化石燃料生 产者，包括全球石油工业界已普遍重视CO2的捕集 与储存问题。
CCS技术
CO2捕集与储存是指利用吸附、吸收、分离等成
熟技术将CO2从废气中捕集出来, 通过运输或输送 至埋藏地点, 长期或永久的储存起来,从而减少CO2 向大气中的直接排放。 CO2捕集与储存主要包括3
下储层或海底水柱等的地质结构中, 实现与大气隔绝、
永久埋存的过程。
当前可行的储存方式有3 种：
地质储存 海洋储存
森林和陆地生态储存。
§2 CCS 技术
森林和陆地生态储存是最理想的廉价埋存方式，但
一个功率为500MW 的燃煤电站约需2000 km2的森林
来捕集其排放的CO2 ，故此方式不可能作为主要埋 存方式。
能源与环境
CO2捕集与储存
（CO2 Capture and Storage, CCS）
李继红
CO2 Capture
Emissions of greenhouse gases are expected to cause climate change. The main greenhouse gas is carbon dioxide (CO2) and the major source of it is the
温, 化合物分解, 分离出溶剂和高纯度的CO2。
对燃煤电站而言, 燃烧产生的烟气含有很多污染物
等杂质, 杂质的存在会增加捕集的成本。因此, 烟气
进行吸收处理前要进行冷却处理, 去除其中的活性 杂质, 如硫、NOx和颗粒物等, 否则这些杂质会优先
与溶剂发生化学反应, 消耗大量的溶剂并腐蚀设备。
燃烧后捕集
that a range of actions will have to be taken soon in order to reduce the amount of CO2 entering the atmosphere. Part of the solution could be to capture
吸收剂在温度100～140 ℃和比在标准大气压略高的
压力下得到再生。在目前的工艺条件下, 溶剂再生 和为便于运输压缩CO2, 都需要消耗大量的能量, 因
而大大折减了净发电量。
燃烧后捕集
After burning - Post-combustion capture
燃烧后捕集
燃烧后CO2 捕集 可以分离出高压 高浓度的