化学读书报告

教材 2.4.1 大气污染和环境化学的拓展读书报告

——参考书目《中国碳捕集、利用与封存技术发展路线图研究》

环境问题是当前世界面临的重大问题之一，酸

雨、全球气候变暖和臭氧层的破坏是困扰世界的三个

全球性大气污染问题。其中对温室效应的罪魁祸首二

氧化碳，人们更是想尽办法来处理。

于是，碳捕集、利用与封存技术（英文简称CCUS

技术）受到人们的格外

关注，将成为未来减少二氧化碳排放和保障能源安

全的重要选择。

CCUS技术主要分为四个环节。分别是捕集技

术、运输技术、利用技术和封存技术。下面来简单

介绍。

一、碳捕集技术

二氧化碳捕集是将电力、钢铁、水泥等行业利用化石能源过程中产生的二氧化碳进行分离和富集的过程，是CCUS系统耗能和成本产生的重要环节。按照技术线路一般分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集三大类。

1、燃烧前捕集主要运用于整体煤气化联合循环系统中。先将煤高压富集氧气化成煤气，再经过水煤气变换后将产生二氧

化碳和氢气。因为气体中的二氧化碳浓度很高，

很容易对二氧化碳进行捕集。剩下的氢气可当

燃料使用。该技术捕集系统小、能耗低，在对

污染物的控制方面有很多的潜力。

2、燃烧后捕集技术。即在燃烧排放的烟气

中捕集二氧化碳。常用的二氧化碳分离技术主要有化学吸收法、

物理吸收法和膜分离技术。其中膜分离技术还不是很成熟，但具

有较大的降低能耗的潜力，是未来的重要技术选择。

3、富氧燃烧捕集技术。本技术采用传统燃煤技术流程，通

过制氧技术将空气中大比例的氮气脱除，直接利用高浓度的氧气

与抽回的部分烟气的混合气体来代替空气，这样得到的烟气中有

较高浓度的二氧化碳气体，可直接进行处理或封存。

二、运输技术

大规模的二氧化碳运输主要以管道运输为主。中国目前二氧化碳管道运输工

程应用尚处于低压气体输送阶段。而大

规模的输送主要以超临界为主，为了降

低成本，迫切需要针对二氧化碳运输不

同方式的可行性和技术边界条件进行研

究。其中二氧化碳管道输送的泄露检测

以及安全保障技术也应得到重视。

三、利用技术

二氧化碳的利用是指通过有关技术将捕集的二氧化碳作为原料或产品来创造环境或经济效益。二氧化碳的利用涉及多个工程领域，石油天然气的开采、化工和生物利用等。通过利用技术可部分抵消二氧化碳成本甚至创造额外的经济效益，能积极推动二氧化碳技术的进步和CCUS技术系统的发展完善。

1、二氧化碳驱油与封存一体化技术。由于二氧化碳是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当二氧化碳大量溶解于原油中时，可以使原油体积膨胀、粘度下降和降低油水间的界面张力，使得产油率显著提高，同时解决二氧化碳的封存问题。

2、二氧化碳生物转化应用技术。利用

高效的固碳藻类大规模的进行生物培养，

可将二氧化碳转化为有机物并加以利用

（提炼生物柴油）。也可用来提高农作物周

围环境的二氧化碳浓度，从而提到光合作

用，达到提高农作物产量和清除二氧化碳

的双丰收。

四、封存技术

可分为陆上咸水层、海底咸水层、枯竭油气田、

酸气回注等四种方式。按封存的地理条件，又可分为

地质封存和海洋封存。

1、地质封存。一般是将超临界状态下的二氧化碳

注入地质结构中，这些地质结构可以是油气田、咸水

层、无法开采的煤田等。由于二氧化碳性质稳定，可

以在相当长的时间内封存。若是封存合适，注入的二

氧化碳90%以上都可以封存1000年以上。

2、海洋封存是指将二氧化碳通过轮船或管道运输到深海海底进行封存的技术。但可能会对环境造成一定的影响。比如过高的二氧化碳含量将杀死深海生物、

使海水酸化等。但由于海水从海底流到海面所需的时间极长（约1600年），因此海底是一个理想的封存二氧化碳场所。

现状：

今年来，在政策的支持下，我国CCUS 技术的发展取得了较大的进步，已成功开展了工业级的二氧化碳捕集示范。主要项目及参与单位如下：

项目名称

执行时间 主要参与单位 温室气体提高石油采收率的资源化利用及地下埋存

2006至2010 中国石油集团科学技术研究院、华中科技大学、中国石油大学 二氧化碳减排、储存与资源化利用的基础研究

2011至2015 中国石油集团科学技术研究院等 二氧化碳捕集与封存技术 2008至2010 清华大学、华东理工大学

二氧化碳趋油提高石油采收率与封存关键技术研究

2009至2011 中国石油集团科学技术研究院、中国石油化工集团勘测开发研究院 新型氧气/二氧化碳循环燃烧研发与系统优化

2009至2011 华中科技大学等 二氧化碳-油藻-生物柴油关键技术研究

2009至2011 新奥集团、暨南大学等

基于IGCC 的二氧化碳捕集、利用与封存技术研究与

示范

2011至2013 清华大学、华能集团、中国科学院热物理所等 超重力法二氧化碳捕集纯化技术及应用示范

2008至2010 北京化工大学、中国石油大学、北京工业大学 中美清洁能源研究中心

2010至2015 清华大学、华中科技大学等 展望：

CCUS 技术作为大规模减缓温室气体排

放的战略性选择，被赋予了极大的历史使命。

在广泛征求专家的基础上，本书提出总体愿

景：为应对气候变化提供技术可行经济可承受

的技术选择，促进经济社会可持续发展。在该

愿景的指导下，本书对CCUS 技术关键环节都

作出了详细的发展目标建议，如下：

年份

2015 2020 2030

捕集形成完整的捕集技术基础研究与开发平台，掌形成自主的二氧化碳捕集技术体系

形成捕集主要设备的设计、制造和安装能