二氧化碳捕集、利用与封存技术

1、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.中国作为一个开展中国家, 在自身扔面临开展经济、改善民生等艰巨情况下仍然对世界做出了到2022年全国单位国内生产总值 CO2放比2022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,也将会给经济开展带来一场深刻的变革. 二、CCUS技术与CCS技术比照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

2、生产的二氧化碳别离出来,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 术新的开展趋势,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证开展, CCS技术建立在高能耗和高本钱的根底上,该技术在

3、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,目前呈并行开展之势.燃烧前捕集技术以煤气化联合循环IGCC技术为根底,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别离出来,捕进入燃烧过程.而且二氧化碳的浓度和压力会因此提升,别离起来较为方便, 是目前运行本钱最低廉的捕集技术,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,其建造本钱是现有传统发电厂的2倍以上.燃烧后

4、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、膜别离法、化 学链别离法等等.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本钱较高.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本钱.富氧燃烧技术难题在于制氧本钱太高,这也造成该技术在经济上并没有太大的优势.CCS捕获技术技术特点开展现状燃烧前别离CO2

5、浓度局,别离容易,但过程复杂,本钱局技术可行燃烧后别离过程简单,但CO2浓度低,化学吸收剂教昂贵技术可行富氧燃烧CO2浓度高,但压力较小,步骤较多,供氧本钱高示范阶段四、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工程需要面对的问 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.

6、胜利油田电厂已启动CCUS的示范工程.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,而且防止了传统塑料产品对环境的二次污染.它的开展,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

7、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,未到达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.该反响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响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响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升油田采收率的技术.在二氧化碳与地层原油初次接触时并不能形成混相,但在适宜的压力

8、、 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.应用混相驱油提升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是确定气驱最正确工作压力的根底.一般情况下,由于混相驱油 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,无法保证生产过程的平安性,其结果是不仅不能大幅度 提升原油产量,还会降低经济效益. 二氧化碳驱油一般可提升原油采收率7%1

9、5%,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 无二氧化碳提纯反响生成活性碳酸钙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局部重点论述.五、国内外二氧化碳捕集、利用与封存示范工程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技术工程的一局部.该工程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.进行该工程的日本公司有J-Powe

10、r、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,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将被别离并捕捉,将捕捉到的1100万美元,由美国电力公司和阿CO2储存在地下或海底上百年上千年.这个工程将耗资尔斯通公司合资.3、华能北京高碑店热电厂,该工程由澳大利亚联邦科学与工业研究组织开发.先热工院负责实施.高碑店热电厂拥有两台16.5万千瓦和两台22万

11、千瓦燃煤供热发电机组,其每年约排放400万吨CO2,该装置捕集的 CO2水平为0.3万吨每年,捕获率到达 85%,占该电厂 CO2排放总量的0.0075%,捕集、纯化、压缩后的CO2用于碳酸饮料以及制作干冰.该项目总投资2800万元,捕集装置的电耗约 90-95kwh/tCO2 ,整洁耗量约 3.5GJ/tCO2 ,液化电 耗180kWh/tCO2 , CO2捕集本钱约 300元/吨.4、华能上海洞口发电有限责任公司一期工程两台60万千瓦超临界机组,二期工程建设两台66万千瓦国产超超临界机组,配套建设烟气脱硫、脱销、脱碳装置.该脱碳装置于2022年7月开工,2022年12月30日正式投运.其脱

12、碳装置装置的二氧化碳捕集水平为12万吨.该装置投资大概人民币1.2亿.投资高的主要原因是因防腐和低温需要,设备根本上都用不锈钢和特殊钢制造.该装置的单位电耗相比北京高碑店电厂有所下降,约为75kWh/tCO2 ,蒸汽耗量3-3.5Gj/tCO2 ,液化电耗120kWh/tCO2 ,不考虑这就和维护本钱, 该装置的捕集和 液化本钱约需要 240元/tCO2,折合电价本钱增加约 0.192元/KWh.该脱碳装置采用了燃烧后捕集技术的化学吸收法,即在对烟气进行脱销、除尘、脱硫的根底上,采用化学吸收法 MEA法实现脱碳.5、中电投四川双槐电厂一期两台30万千瓦机组,该厂的 CO2捕集、利用示范工程由重

13、庆远达环保工程负责实施,工程总投资1235万元,设计CO2年捕集水平为1万吨,工程于2022年9月开工建设,并于2022年1月20日建成投运.该装置的CO2捕集本钱为 394元/吨.六、电石渣捕集二氧化碳技术1、电石渣的利用现状电石渣来源：目前,国内 70%以上的电石用于生产聚氯乙烯.每生产 1tPVC产品消耗 电石1.5-1.5t,每1t电石产生1.2t电石渣,电石渣含水量按 90%计、每生产1tPVC产品,排 除电石渣浆约18t,电石渣浆的产量达达超过了 PVC的产量.国内电石渣产能现状： 2022 年900万吨；2022年1430万吨；2022年1917万吨.电石渣的利用途径： 第一,用作建筑材料的原料.如利用电石渣烧制水泥熟料；第二,用于化工生产,如用电石渣代替石灰生产氯酸钾；第三,用于环境治理,将电石渣作为肝石山自燃的灭火材料、用电石渣处理酸性废水以及作为煤燃烧的固硫剂等.2、电石渣捕集二氧化碳技术研究及应用情况经过调研,国内尚没有利用电石渣捕集二氧化碳的技术应用于实际.但有相关的论文和专利,年12月中国科学院过程工程研究所申请了名称为?一种使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法? 的创造专利,本创造的使用再生的电石渣捕集二氧化碳的方法包括以下步骤：1、讲电石渣煨烧,得到有效成分为氧化钙的吸收剂2、将吸收剂参加碳化反响器中吸收