CCS二氧化碳捕集與封存.ppt

淺談CCS技術(shù)（碳捕集與封存）（CARBENCHAPTURE&STORAGE）,李麗嬌,主要內(nèi)容,全球與中國環(huán)境背景CCS的主要技術(shù)環(huán)節(jié)捕集方法運(yùn)輸能力封存技術(shù)CCS的全球性應(yīng)用CCS普及面臨問題,全球環(huán)境背景,全球氣候變化，溫室效應(yīng)嚴(yán)重，冰川加速融化、生物環(huán)境惡化以及極端天氣頻繁等一系列問題，促使人們開發(fā)各種技術(shù)以減少排放。,中、美、印二氧化碳排放總量單位：百萬噸,資料來源：BP，StatisticalReviewofWorldEnergy2011,中國能源背景,中國在能源與環(huán)境領(lǐng)域面臨三個(gè)基本事實(shí)：（1）能源消費(fèi)將長期以煤為主；（2）石油供應(yīng)日趨緊張；（3）二氧化碳排放總量已居全球第一，并仍將持續(xù)增長。,在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的背景下，如何利用好儲(chǔ)量相對(duì)比較豐富但卻高碳的煤炭資源？,CO2捕集與封存技術(shù)(CarbonCaptureandStorage，CCS)被廣泛認(rèn)為是目前唯一能夠大規(guī)模減少由于化石能源利用而導(dǎo)致的CO2排放的前沿技術(shù)。是在不降低當(dāng)前化石燃料使用量的情況下減少排入大氣CO2氣體量的手段，是世界各國普遍關(guān)注的減緩溫室氣體排放的重要技術(shù)之一。,根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的定義，CCS是指CO2從工業(yè)或與能源相關(guān)的排放源中分離出來，輸送到一個(gè)合適的地點(diǎn)，進(jìn)而埋存到地下并長期與大氣隔絕的過程。,CCS技術(shù)主要環(huán)節(jié)-捕集,CO2捕集是指為得到較高純度的CO2以便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，將CO2從工業(yè)尾氣中分離出來并進(jìn)行壓縮的過程。主要對(duì)象：大型發(fā)電廠鋼鐵廠水泥廠煉油廠、合成氨廠等CO2的集中排放源。捕集方式燃燒前捕集(Pre-combustion)、富氧燃燒(Oxy-fuelcombustion)燃燒后捕集(Post-combustion)。,CO2的運(yùn)輸將CO2壓縮成液態(tài)，通過管道或汽車、火車、輪船等運(yùn)輸工具運(yùn)至存儲(chǔ)地，是連接CO2排放源和封存地的紐帶，在CCS三大環(huán)節(jié)中，CO2運(yùn)輸技術(shù)較為成熟。一般說來，管道是最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式，是距CO2排放源1000km距離內(nèi)大量輸送CO2的首選途徑。對(duì)于每年幾百萬噸以下的CO2輸送或是更遠(yuǎn)距離的海外運(yùn)輸，使用輪船可能在經(jīng)濟(jì)上更有吸引力。,CCS技術(shù)主要環(huán)節(jié)-運(yùn)輸,CO2封存是指將捕集的CO2以超臨界狀態(tài)(氣態(tài)及液態(tài)的混合體)安全注入并封存在深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)中。封存地類型海洋陸地（衰竭油氣層和煤層沉積盆地的咸水層）CO2的安全封存安全性經(jīng)濟(jì)可行性,CCS技術(shù)主要環(huán)節(jié)-封存,碳捕集方法,(1)燃燒前捕集：在燃料煤燃燒前，先將其氣化，得到CO和H2，再將CO轉(zhuǎn)化為CO2。然后通過分離得到CO2。(2)富氧燃燒捕集：利用空分系統(tǒng)將CO2從空氣中分離出來。得到高濃度的O2，使燃料煤充分燃燒，然后得到較充足的CO2。(3)燃燒后捕集：將燃料煤燃燒后產(chǎn)生的煙氣分離，得到CO2。,燃燒前捕獲(IGCC),燃燒前捕集技術(shù)主要應(yīng)用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(IGCC)上。IGCC電廠以純氧為氧化劑，原料煤被氣化為CO和H2O。煤氣化產(chǎn)物在催化劑作用下經(jīng)水煤氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CO2和H2的混和氣?；旌蜌庵械腃O2濃度較高(35%45%),可在燃燒前除掉CO2，從而轉(zhuǎn)化成不含碳的燃料。其優(yōu)勢(shì)在于處理的煙氣量少，CO2濃度較高，有利于降低運(yùn)行費(fèi)用。,中國有5個(gè)示范項(xiàng)目：,華能天津200MWIGCC電站示范工程中科院連云港IGCC示范工程華電杭州200MWIGCC(水煤漿四噴嘴氣化)電站示范項(xiàng)目廣東東莞天明電廠120MWIGCC改造項(xiàng)目太陽洲4200MWIGCC新建項(xiàng)目，,富氧燃燒,利用空分系統(tǒng)獲得富氧或純氧，與燃料共同進(jìn)入專門的純氧燃燒爐進(jìn)行燃燒，由CO2煙氣循環(huán)流控制燃燒溫度。富氧燃燒產(chǎn)生的煙氣主要是水和CO2,采用水分離技術(shù)在后端很容易捕獲CO2。優(yōu)點(diǎn)是：提高燃?xì)饬鰿O2濃度，分離容易，有利于捕獲。缺點(diǎn)是：增加成本與能耗（專門材料的純氧燃燒設(shè)備和空分裝置分離氧氣）,燃燒后捕獲（PCC：燃燒后脫碳技術(shù)）,吸收/再生法吸附法（范德華力）膜分離（滲透性）,物理法（溶解度原理：環(huán)丁砜法、聚乙二醇二甲醚法和低溫甲醇法化學(xué)法（酸堿反應(yīng)原理：醇胺法、熱鉀堿法和氨水噴淋法）,變溫吸附變壓吸附變電吸附,無機(jī)膜聚合物膜混合膜,碳運(yùn)輸能力,前提都是要將氣態(tài)的CO2在8MPa以上的壓力下進(jìn)行壓縮液化，從而提高CO2的密度，降低運(yùn)輸成本。,管道運(yùn)輸運(yùn)輸方向固定，更加適合地質(zhì)封存，對(duì)管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及防腐保溫要求也很高船舶運(yùn)輸方向就相對(duì)靈活些，適合海底封存，但目前大規(guī)模的CO2運(yùn)輸船還未投入運(yùn)營,技術(shù)相對(duì)較為成熟,碳封存技術(shù),地質(zhì)封存海洋封存礦石碳化及工業(yè)利用,石油和天然氣儲(chǔ)層封存（強(qiáng)化采油技術(shù)EOR、強(qiáng)壓氣體回收EGR）不可開采煤層封存（強(qiáng)化煤田甲烷回收ECBM）深部咸水層封存（深部800m含咸水的巖層，上覆不滲透的頁巖蓋層）,淺海(200-300m)溶解封存深海(500m)籠形包合物封存深海(3000m)籠形水合物封存,生成碳酸鹽，含碳化合物填料形式、滅火、制冷、碳酸飲料、金屬保護(hù)焊接、煙絲膨化處理、合成有機(jī)物,自然溶解,地表800m下，溫度31.1，壓力7.38MPa，CO就處于超臨界狀態(tài)。密度約為水的50%80%，儲(chǔ)存空間縮小，CO2具有較好的流動(dòng)性、擴(kuò)散性和溶解能力，具有超臨界流體的特點(diǎn)。,將封存與提高原油、天然氣或煤層氣采收率結(jié)合起來分別稱為,碳封存技術(shù),CO2地質(zhì)封存主要方式,CCS的全球化應(yīng)用,按照澳大利亞全球CCS研究所的統(tǒng)計(jì)，目前世界上運(yùn)行、在建和計(jì)劃中的CCS項(xiàng)目有270個(gè)左右，其中70個(gè)達(dá)到每年封存超過1000kt二氧化碳的商業(yè)級(jí)規(guī)模。但是真正商業(yè)化項(xiàng)目不超過10個(gè)，并且主要集中在油氣生產(chǎn)領(lǐng)域，因?yàn)橛蜌忸I(lǐng)域的CCS項(xiàng)目可將捕集到的二氧化碳用于提高油氣采收率，從而更具經(jīng)濟(jì)性。,國內(nèi)外開展的主要CO2封存項(xiàng)目,把CO2注入油田或氣田用以驅(qū)油或驅(qū)氣可以提高采收率（使用EOR技術(shù)可提高30%60%的石油產(chǎn)量）；注入無法開采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅(qū)出來，即所謂的提高煤層氣采收率（EnhancedCoalBedMethaneRecovery，ECBM）。,世界主要的CCS項(xiàng)目（包括在建和計(jì)劃）,其中比較成功的為美國大平原合成燃料廠2000kt/a二氧化碳封存項(xiàng)目（用于加拿大韋本油田強(qiáng)化采油）和挪威北海天然氣中二氧化碳封存于海底鹽水層項(xiàng)目。,我國大型能源企業(yè)開展CCS的項(xiàng)目,中國對(duì)于CCS技術(shù)的了解和關(guān)注程度非常高，目前已經(jīng)擁有了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二氧化碳捕集技術(shù)。中石化南化公司研究院開發(fā)了低分壓（煙道氣等）二氧化碳捕集技術(shù)，截至2009年末，國內(nèi)采用該技術(shù)進(jìn)行二氧化碳捕集利用的工業(yè)企業(yè)已有20多家，年捕集高純度二氧化碳100104多噸。大連理工大學(xué)的低溫甲醇洗技術(shù)可用于燃燒前的二氧化碳捕集，目前已經(jīng)在30多套化肥裝置上得到應(yīng)用，未來可用于CCS項(xiàng)目。工業(yè)化方面，我國通過973計(jì)劃支持中國石油和北京大學(xué)進(jìn)行CCS的工業(yè)試驗(yàn)，將長春氣田天然氣中22%的二氧化碳分離到3%以下，捕集的二氧化碳埋藏到大情宇油田，實(shí)施強(qiáng)化采油，首次完成從捕集到封存的工業(yè)化試驗(yàn)。2008年6月到2009年下半年，該項(xiàng)目已經(jīng)注入了10kt二氧化碳。,華能集團(tuán)在北京高碑店和上海石洞口電廠分別開展了3000t/a和100kt/a規(guī)模的燃燒后捕集的工業(yè)化示范。高碑店電廠CCS項(xiàng)目由華能與澳大利亞合作開展，于2008年開始運(yùn)行。項(xiàng)目采用中國石化南化研究院低分壓二氧化碳捕集技術(shù)進(jìn)行燃燒后吸收，二氧化碳純度可達(dá)99.5%，目前捕集的二氧化碳出售給食品工業(yè)，并未實(shí)施封存。石洞口電廠為規(guī)模更大的同類示范裝置，2010年開始運(yùn)行，捕集的二氧化碳也未實(shí)施封存。中國石化中原油田15kt/aCCS項(xiàng)目用于強(qiáng)化采油，約3.4t二氧化碳可采油1t。該項(xiàng)目到2009年底已通過二氧化碳增產(chǎn)石油2800多噸。勝利油田30kt/a驅(qū)油項(xiàng)目將于2011年建成投產(chǎn)，預(yù)計(jì)每年可增產(chǎn)石油近10kt。,綜上所述，我國CCS的工業(yè)示范，主要集中在發(fā)電廠。發(fā)電廠二氧化碳捕集主要采用燃燒后捕集方式，溶劑為胺液型化學(xué)溶劑。我國的燃燒前捕集技術(shù)主要用于煤化工的合成氣變換后脫碳，溶劑為物理溶劑，并未應(yīng)用到CCS項(xiàng)目。未來天津的綠色煤電項(xiàng)目有可能將燃燒前脫碳技術(shù)應(yīng)用于CCS項(xiàng)目。我國富氧燃燒還沒有進(jìn)入工業(yè)化試驗(yàn)。在封存方面，我國的CCS項(xiàng)目還沒有大規(guī)模封存的經(jīng)