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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
2、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C02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
3、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
4、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 各种学习资料，仅供学习与交流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
5、该技术在经济上并没有太大的优势。CCS捕获技术技术特点发展现状燃烧前分离CO2浓度咼，分离容易，但过程复杂，成本咼技术可行燃烧后分离过程简单，但CO2浓度低，化学吸收剂教昂贵技术可行富氧燃烧CO2浓度咼，但压力较小，步骤较多，供氧成本咼示范阶段四、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
6、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
7、，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
8、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
9、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1520 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C02 （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
10、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
11、力公司和阿 各种学习资料，仅供学习与交流尔斯通公司合资。3、华能北京高碑店热电厂，该项目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能力为0.3万吨每年，捕获率达到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,整齐耗量约3.5GJ/tCO2,液化电 耗 180kWh/tCO2， CO2 捕集成本约 300 元/吨。4、华能上海洞
12、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2009年 7月开工， 2009年 12月30日正式投运。其脱碳装置装置的二氧化碳捕集能力为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，设备基本上都用不 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,不考虑这就和维护成本，该装置的捕集和 液化成本约需要240元/tCO2，折合电价成本增加约0.192元/KWh。该
13、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、脱硫的基础上，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、利用示范项目由重庆 远达环保工程有限公司负责实施，项目总投资1235万元，设计CO2年捕集能力为1万吨， 工程于2008年9月开工建设，并于2010年1月20日建成投运。该装置的CO2捕集成本为 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
14、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：2006 年 900万吨 ；2007年 1430万吨；2010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，将电石渣作为矸石 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
15、捕集烟 气中二氧化碳的方法的发明专利，本发明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、讲电石渣煅烧，得到有效成分为氧化钙的吸收剂 2、将吸收剂加入碳化反应器 中吸收烟气中的二氧化碳，得到碳酸钙和干净的烟气3、将碳酸钙煅烧，实现吸收剂的再生 4、将再生的吸收剂中的失活的部分去除，补入新的电石渣，返回到步骤2 中循环利用重复 2到 4步骤。3、Calera 利用电石渣捕集二氧化碳制备碳酸钙混凝剂技术的分析3.1 优点（摘录资料中描述的优点）3.2 缺点 有可能存在的缺点：1、电石渣分布区域是否造成该技术推广范围受限；2、与二氧化硫是否 存在竞争机制；3、烟气中二氧化碳含量高，则该捕集塔是否体积大投资高。等等七、结论
