二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)

1、二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)調(diào)研報(bào)告一、調(diào)研背景為減緩全球氣候變化趨勢,人類正在通過持續(xù)不斷的研究以及國家間合作,從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策、法律等層面探尋長期有效地減少以二氧化碳為主的溫室氣體排放的解決途徑.中國作為一個(gè)開展中國家, 在自身扔面臨開展經(jīng)濟(jì)、改善民生等艱巨情況下仍然對世界做出了到2022年全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值 CO2放比2022年下降40%至45%的承諾,這將會(huì)給中國 的能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深淵的影響,也將會(huì)給經(jīng)濟(jì)開展帶來一場深刻的變革. 二、CCUS技術(shù)與CCS技術(shù)比照CCS Carbon Capture and Storage ,碳捕獲與封存技術(shù)是指通過碳捕捉技術(shù),將工業(yè) 和有關(guān)能源產(chǎn)業(yè)所

2、生產(chǎn)的二氧化碳別離出來,再通過碳儲(chǔ)存手段.潛在的技術(shù)封存方式有： 地質(zhì)封存在地質(zhì)構(gòu)造種,例如石油和天然氣田、不可開采的煤田以及深鹽沼池構(gòu)造,海洋封存直接釋放到海洋水體中或海底以及將CO2固化成無機(jī)碳酸鹽.CCUS Carbon Capture, Utilization and Storage ,碳捕集、利用與封存技術(shù)是 CCS 技 術(shù)新的開展趨勢,即把生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳進(jìn)行提純,繼而投入到新的生產(chǎn)過程中, 可以循環(huán)再利用,而不是簡單地封存.與 CCS相比,可以將二氧化碳資源化,能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì) 效益,更具有現(xiàn)實(shí)操作性.中國的首要任務(wù)是保證開展, CCS技術(shù)建立在高能耗和高本錢的根底上,該技術(shù)在

3、中 國的大范圍推廣與應(yīng)用是不可取的, 中國當(dāng)前應(yīng)當(dāng)更加重視拓展二氧化碳資源性利用技術(shù)的 研發(fā).三、二氧化碳主要捕集方法目前主流的碳捕集工藝按操作時(shí)間可分為3類燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集燃燒中捕集.三者個(gè)有優(yōu)勢,卻又各有技術(shù)難題尚待解決,目前呈并行開展之勢.燃燒前捕集技術(shù)以煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC技術(shù)為根底,先將煤炭氣化呈清潔氣體能 源,從而把二氧化碳在燃燒前就別離出來,捕進(jìn)入燃燒過程.而且二氧化碳的濃度和壓力會(huì)因此提升,別離起來較為方便, 是目前運(yùn)行本錢最低廉的捕集技術(shù),問題在于,傳統(tǒng)電廠無 法用這項(xiàng)技術(shù),而是需要重新建造專門的OGCC電站,其建造本錢是現(xiàn)有傳統(tǒng)發(fā)電廠的2倍以上.燃燒后

4、捕集可以直接應(yīng)用于傳統(tǒng)電廠,這一技術(shù)路線對傳統(tǒng)電廠煙氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集,投入相對較少.這項(xiàng)技術(shù)分支較多,可分為化學(xué)吸收法、物理吸收法、膜別離法、化 學(xué)鏈別離法等等.其中, 化學(xué)吸收法被認(rèn)為市場前景最好,受廠商重視程度也最高,但設(shè)備運(yùn)行的能耗和本錢較高.富氧燃燒捕集技術(shù)試圖結(jié)合前兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),做到即可以在傳統(tǒng)電廠種應(yīng)用,該技術(shù)是用純度非常高的氧氣助燃,同時(shí)在鍋爐內(nèi)加壓,使排除的二氧化碳在濃度和壓力上于IGCC差不多,再用燃燒后捕集技術(shù)進(jìn)行捕集,從而降低前期投入和捕集本錢.富氧燃燒技術(shù)難題在于制氧本錢太高,這也造成該技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上并沒有太大的優(yōu)勢.CCS捕獲技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)開展現(xiàn)狀燃燒前別離CO2

5、濃度局,別離容易,但過程復(fù)雜,本錢局技術(shù)可行燃燒后別離過程簡單,但CO2濃度低,化學(xué)吸收劑教昂貴技術(shù)可行富氧燃燒CO2濃度高,但壓力較小,步驟較多,供氧本錢高示范階段四、二氧化碳的利用現(xiàn)狀火力電廠排放的二氧化碳存在易捕獲、難封存的問題,因此在先階段如何有效利用捕集后的二氧化碳、在實(shí)現(xiàn)碳減排的同時(shí)獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益是為推進(jìn)碳減排工程需要面對的問 題.二氧化碳的資源化利用技術(shù)有合成高純一氧化碳、煙絲膨化、化肥生產(chǎn)、超臨界二氧化碳萃取、飲料添加劑、食品保鮮和儲(chǔ)存、焊接保護(hù)氣、滅火器、粉煤輸送、合成可降解塑料、 改善鹽堿水質(zhì)、培養(yǎng)海藻、油田驅(qū)油等.其中合成可降解塑料和油田驅(qū)油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前 景廣闊.

6、勝利油田電廠已啟動(dòng)CCUS的示范工程.1、合成可降解塑料二氧化碳降解塑料屬完全生物降解塑料類,可在自然環(huán)境中完全降解, 可用于一次性包裝材料、餐具、保鮮材料、一次性醫(yī)用材料、地膜等方面.二氧化碳降解塑料作為環(huán)保產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品,正成為當(dāng)今世界矚目的研究開發(fā)熱點(diǎn).利用此技術(shù)生產(chǎn)的降解塑料,不僅將工業(yè)廢氣二氧化碳制成了對環(huán)境友好的可降解塑料,而且防止了傳統(tǒng)塑料產(chǎn)品對環(huán)境的二次污染.它的開展,不但擴(kuò)大了塑料的功能,而且在一定程度上對日益枯竭的石油資源是一個(gè) 補(bǔ)充.因此,二氧化碳降解塑料的生產(chǎn)和應(yīng)用,無論從環(huán)境保護(hù),或是從資源再生利用角度看,都具有重要的意義.2、二氧化碳用作食品添加劑和工業(yè)焊接保護(hù)氣

7、國內(nèi)二氧化碳主要用作食品添加劑和工業(yè)焊接保護(hù)氣,這兩種利用方式會(huì)將二氧化碳重新排入大氣,造成污染,未到達(dá)二氧化碳最終減排的目的.3、尿素間接醇解法制備碳酸二甲酯尿素間接醇解法制備碳酸二甲酯碳酸二甲酯是今年來受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注的環(huán)保型綠色化工產(chǎn)品是一種二氧化碳工業(yè)化利用方法.該反響工藝是首先由氨和捕集的二氧化碳合成尿素,其次在催化劑作用下, 有尿素和丙二醇發(fā)生醇解反響生成碳酸丙烯酯和氨氣回收利用,最后由甲醇和碳酸丙烯酯交換反響生成碳酸二甲酯和丙二醇回收利用.4、油田驅(qū)油技術(shù)二氧化碳驅(qū)油,是一種把二氧化碳注入油層中以提升油田采收率的技術(shù).在二氧化碳與地層原油初次接觸時(shí)并不能形成混相,但在適宜的壓力

8、、 溫度和原油組分的條件下,二氧化碳可以形成混相前緣. 超臨界流體將從原油中萃取出較重的碳?xì)浠衔?并不斷使驅(qū)替前緣的氣體濃縮.于是,二氧化碳和原油就變成混相的液體,形成單一液相,從而可以有效地將地層原油驅(qū)替到生產(chǎn)井.應(yīng)用混相驅(qū)油提升石油采收率的一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)是氣體與原油的最 小混相壓力MMP, MMP是確定氣驅(qū)最正確工作壓力的根底.一般情況下,由于混相驅(qū)油 比非混相驅(qū)油能采出更多的原油,所以希望在等于或略高于 MMP下進(jìn)行氣驅(qū).如果壓力遠(yuǎn)高于MMP ,就容易造成地層破裂,無法保證生產(chǎn)過程的平安性,其結(jié)果是不僅不能大幅度 提升原油產(chǎn)量,還會(huì)降低經(jīng)濟(jì)效益. 二氧化碳驅(qū)油一般可提升原油采收率7%1

9、5%,延長油井生產(chǎn)壽命15-20年.5、用電石渣捕集二氧化碳Calera公司用電石渣捕集二氧化碳的技術(shù)是直接用電石渣漿料無需處理直接和煙氣中的CO2 無二氧化碳提純反響生成活性碳酸鈣Calera混凝劑.該混凝劑可用于水泥板高密度、外墻板中密度、內(nèi)裝飾板中密度的板材產(chǎn)品；外裝飾板和裝飾混凝土 的裝飾產(chǎn)品；屋頂瓦等其它產(chǎn)品.關(guān)于該技術(shù)將在第六局部重點(diǎn)論述.五、國內(nèi)外二氧化碳捕集、利用與封存示范工程1、日本最大的煤用戶日本電力是日本與澳大利亞合作研究CCS技術(shù)工程的一局部.該工程根據(jù)澳大利亞和日本政府的協(xié)議把日本的氧燃燒技術(shù)和澳大利亞潛在的CCS儲(chǔ)藏地結(jié)合起來進(jìn)行.進(jìn)行該工程的日本公司有J-Powe

10、r、IHI、Mitsui等,澳大利亞公司有 Xstrata、澳大利亞昆士蘭電力供電商 CS能源和Schlumberger,以及澳大利亞煤炭聯(lián)合會(huì).在 3 年多的實(shí)驗(yàn)期間,10萬多噸二氧化碳將被儲(chǔ)藏在地下.2、美國電力的一般來自燃煤,每年要向大氣排放CO2達(dá)15億噸.美國威斯康辛州的密歇根海灘附近準(zhǔn)備建一座大型燃煤發(fā)電廠,該電廠煙囪的CO2將被別離并捕捉,將捕捉到的1100萬美元,由美國電力公司和阿CO2儲(chǔ)存在地下或海底上百年上千年.這個(gè)工程將耗資爾斯通公司合資.3、華能北京高碑店熱電廠,該工程由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織開發(fā).先熱工院負(fù)責(zé)實(shí)施.高碑店熱電廠擁有兩臺(tái)16.5萬千瓦和兩臺(tái)22萬

11、千瓦燃煤供熱發(fā)電機(jī)組,其每年約排放400萬噸CO2,該裝置捕集的 CO2水平為0.3萬噸每年,捕獲率到達(dá) 85%,占該電廠 CO2排放總量的0.0075%,捕集、純化、壓縮后的CO2用于碳酸飲料以及制作干冰.該項(xiàng)目總投資2800萬元,捕集裝置的電耗約 90-95kwh/tCO2 ,整潔耗量約 3.5GJ/tCO2 ,液化電 耗180kWh/tCO2 , CO2捕集本錢約 300元/噸.4、華能上海洞口發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程兩臺(tái)60萬千瓦超臨界機(jī)組,二期工程建設(shè)兩臺(tái)66萬千瓦國產(chǎn)超超臨界機(jī)組,配套建設(shè)煙氣脫硫、脫銷、脫碳裝置.該脫碳裝置于2022年7月開工,2022年12月30日正式投運(yùn).其脫

12、碳裝置裝置的二氧化碳捕集水平為12萬噸.該裝置投資大概人民幣1.2億.投資高的主要原因是因防腐和低溫需要,設(shè)備根本上都用不銹鋼和特殊鋼制造.該裝置的單位電耗相比北京高碑店電廠有所下降,約為75kWh/tCO2 ,蒸汽耗量3-3.5Gj/tCO2 ,液化電耗120kWh/tCO2 ,不考慮這就和維護(hù)本錢, 該裝置的捕集和 液化本錢約需要 240元/tCO2,折合電價(jià)本錢增加約 0.192元/KWh.該脫碳裝置采用了燃燒后捕集技術(shù)的化學(xué)吸收法,即在對煙氣進(jìn)行脫銷、除塵、脫硫的根底上,采用化學(xué)吸收法 MEA法實(shí)現(xiàn)脫碳.5、中電投四川雙槐電廠一期兩臺(tái)30萬千瓦機(jī)組,該廠的 CO2捕集、利用示范工程由重

13、慶遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程負(fù)責(zé)實(shí)施,工程總投資1235萬元,設(shè)計(jì)CO2年捕集水平為1萬噸,工程于2022年9月開工建設(shè),并于2022年1月20日建成投運(yùn).該裝置的CO2捕集本錢為 394元/噸.六、電石渣捕集二氧化碳技術(shù)1、電石渣的利用現(xiàn)狀電石渣來源：目前,國內(nèi) 70%以上的電石用于生產(chǎn)聚氯乙烯.每生產(chǎn) 1tPVC產(chǎn)品消耗 電石1.5-1.5t,每1t電石產(chǎn)生1.2t電石渣,電石渣含水量按 90%計(jì)、每生產(chǎn)1tPVC產(chǎn)品,排 除電石渣漿約18t,電石渣漿的產(chǎn)量達(dá)達(dá)超過了 PVC的產(chǎn)量.國內(nèi)電石渣產(chǎn)能現(xiàn)狀： 2022 年900萬噸；2022年1430萬噸；2022年1917萬噸.電石渣的利用途徑： 第一,用作建筑材料的原料.如利用電石渣燒制水泥熟料；第二,用于化工生產(chǎn),如用電石渣代替石灰生產(chǎn)氯酸鉀；第三,用于環(huán)境治理,將電石渣作為肝石山自燃的滅火材料、用電石渣處理酸性廢水以及作為煤燃燒的固硫劑等.2、電石渣捕集二氧化碳技術(shù)研究及應(yīng)用情況經(jīng)過調(diào)研,國內(nèi)尚沒有利用電石渣捕集二氧化碳的技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際.但有相關(guān)的論文和專利,年12月中國科學(xué)院過程工程研究所申請了名稱為?一種使用可再生的電石渣捕集煙氣中二氧化碳的方法? 的創(chuàng)造專利,本創(chuàng)造的使用再生的電石渣捕集二氧化碳的方法包括以下步驟：1、講電石渣煨燒,得到有效成分為氧化鈣的吸收劑2、將吸收劑參加碳化反響器中吸收