二氧化碳捕集、利用与封存技术

二氧化碳捕集、利用与封存技术调研报告

一、调研背景

为减缓全球气候变化趋势，人类正在通过持续不断的研究以及国家间合作，从技术、经济、政策、法律等层面探寻长期有效地减少以二氧化碳为主的温室气体排放的解决途径。中国作为一个发展中国家，在自身扔面临发展经济、改善民生等艰巨情况下仍然对世界做出了到2020年全国单位国内生产总值CO2放比2005年下降40%至45%的承诺，这将会给中国的能源结构产生深渊的影响，也将会给经济发展带来一场深刻的变革。

二、CCUS技术与CCS技术对比

CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕获与封存）技术是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来，再通过碳储存手段。潜在的技术封存方式有：地质封存（在地质构造种，例如石油和天然气田、不可开采的煤田以及深盐沼池构造），海洋封存（直接释放到海洋水体中或海底）以及将CO2固化成无机碳酸盐。

CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕集、利用与封存）技术是CCS技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。与CCS相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。

中国的首要任务是保障发展，CCS技术建立在高能耗和高成本的基础上，该技术在中国的大范围推广与应用是不可取的，中国当前应当更加重视拓展二氧化碳资源性利用技术的研发。

三、二氧化碳主要捕集方法

目前主流的碳捕集工艺按操作时间可分为3类———燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集（燃烧中捕集）。三者个有优势，却又各有技术难题尚待解决，目前呈并行发展之势。

燃烧前捕集技术以煤气化联合循环（IGCC）技术为基础，先将煤炭气化呈清洁气体能源，从而把二氧化碳在燃烧前就分离出来，捕进入燃烧过程。而且二氧化碳的浓度和压力会因此提高，分离起来较为方便，是目前运行成本最低廉的捕集技术，问题在于，传统电厂无法用这项技术，而是需要重新建造专门的OGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的2倍以上。

燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，这一技术路线对传统电厂烟气中的二氧化碳进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多，可分为化学吸收法、物理吸收法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备

运行的能耗和成本较高。

富氧燃烧捕集技术试图结合前两种技术的优点，做到即可以在传统电厂种应用，该技术是用纯度非常高的氧气助燃，同时在锅炉内加压，使排除的二氧化碳在浓度和压力上于IGCC 差不多，再用燃烧后捕集技术进行捕集，从而降低前期投入和捕集成本。富氧燃烧技术难题在于制氧成本太高，这也造成该技术在经济上并没有太大的优势。

四、二氧化碳的利用现状

火力电厂排放的二氧化碳存在易捕获、难封存的问题，因此在先阶段如何有效利用捕集后的二氧化碳、在实现碳减排的同时获得相应的经济效益是为推进碳减排项目需要面对的问题。

二氧化碳的资源化利用技术有合成高纯一氧化碳、烟丝膨化、化肥生产、超临界二氧化碳萃取、饮料添加剂、食品保鲜和储存、焊接保护气、灭火器、粉煤输送、合成可降解塑料、改善盐碱水质、培养海藻、油田驱油等。其中合成可降解塑料和油田驱油技术产业化应用前景广阔。胜利油田电厂已启动CCUS的示范项目。

1、合成可降解塑料

二氧化碳降解塑料属完全生物降解塑料类，可在自然环境中完全降解，可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜等方面。二氧化碳降解塑料作为环保产品和高科技产品，正成为当今世界瞩目的研究开发热点。利用此技术生产的降解塑料，不仅将工业废气二氧化碳制成了对环境友好的可降解塑料，而且避免了传统塑料产品对环境的二次污染。它的发展，不但扩大了塑料的功能，而且在一定程度上对日益枯竭的石油资源是一个补充。因此，二氧化碳降解塑料的生产和应用，无论从环境保护，或是从资源再生利用角度看，都具有重要的意义。

2、二氧化碳用作食品添加剂和工业焊接保护气

国内二氧化碳主要用作食品添加剂和工业焊接保护气，这两种利用方式会将二氧化碳重新排入大气，造成污染，未达到二氧化碳最终减排的目的。

3、尿素间接醇解法制备碳酸二甲酯

尿素间接醇解法制备碳酸二甲酯（碳酸二甲酯是今年来受到国内外广泛关注的环保型绿色化工产品）是一种二氧化碳工业化利用方法。该反应工艺是首先由氨和捕集的二氧化碳合成尿素，其次在催化剂作用下，有尿素和丙二醇发生醇解反应生成碳酸丙烯酯和氨气（回收利用），最后由甲醇和碳酸丙烯酯交换反应生成碳酸二甲酯和丙二醇（回收利用）。

4、油田驱油技术

二氧化碳驱油，是一种把二氧化碳注入油层中以提高油田采收率的技术。在二氧化碳与地层原油初次接触时并不能形成混相，但在合适的压力、温度和原油组分的条件下，二氧化碳可以形成混相前缘。超临界流体将从原油中萃取出较重的碳氢化合物，并不断使驱替前缘的气体浓缩。于是，二氧化碳和原油就变成混相的液体，形成单一液相，从而可以有效地将地层原油驱替到生产井。应用混相驱油提高石油采收率的一个关键性参数是气体与原油的最小混相压力（MMP），MMP是确定气驱最佳工作压力的基础。一般情况下，因为混相驱油比非混相驱油能采出更多的原油，所以希望在等于或略高于MMP下进行气驱。如果压力远高于MMP，就容易造成地层破裂，无法保障生产过程的安全性，其结果是不仅不能大幅度提高原油产量，还会降低经济效益。二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%~15%，延长油井生产寿命15~20年。

5、用电石渣捕集二氧化碳

Calera公司用电石渣捕集二氧化碳的技术是直接用电石渣浆料（无需处理）直接和烟气中的CO2（无二氧化碳提纯）反应生成活性碳酸钙（Calera混凝剂）。该混凝剂可用于水泥板（高密度）、外墙板（中密度）、内装饰板（中密度）的板材产品；外装饰板和装饰混凝土的装饰产品；屋顶瓦等其它产品。

关于该技术将在第六部分重点论述。

五、国内外二氧化碳捕集、利用与封存示范项目

1、日本最大的煤用户日本电力是日本与澳大利亚合作研究CCS技术项目的一部分。该项目根据澳大利亚和日本政府的协议把日本的氧燃烧技术和澳大利亚潜在的CCS储藏地结合起来进行。进行该项目的日本公司有J-Power、IHI、Mitsui等，澳大利亚公司有Xstrata、澳大利亚昆士兰电力供电商CS能源和Schlumberger有限公司，以及澳大利亚煤炭联合会。在3年多的实验期间，10万多吨二氧化碳将被储藏在地下。

2、美国电力的一般来自燃煤，每年要向大气排放CO2达15亿吨。美国威斯康辛州的密歇根海滩附近准备建一座大型燃煤发电厂，该电厂烟囱的CO2将被分离并捕捉，将捕捉到的CO2储存在地下或海底上百年上千年。这个项目将耗资1100万美元，由美国电力公司和阿