某发电厂二氧化碳捕集及利用项目可行报告资料

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1、大唐户县第二发电厂烟气 C02 捕集及利用项目可行性报告一、燃煤电厂烟气 CO2 捕集及利用项目背景 根据国务院常务会议的决定， 2020 年中国单位 GDP 碳排放量将 比 2005 年下降 40%-45% 。我国的碳减排工作压力巨大，任重道远。 我国有近 40%-50% 的二氧化碳排放来自于燃煤发电， 即便到了 2020 年，非化石能源 仅有望占一次能源消费比重的 15% 左右，而更大的 份额仍然为传统化石能源 所占据。 因此在电厂开展二氧化碳捕集是我 国最重要的碳减排技术路径之一。目前， 电厂二氧化碳捕集技术路线主要有 3 种：燃烧前脱碳、 燃 烧后 脱碳及富氧燃烧技术。其中，基于 IG

2、CC（ 整体煤气化联合循环 ） 的燃烧前 捕集技术可能是能耗最低的路线，但我国没有商业运行的IGCC电站，且超过 6 亿千瓦的发电装机是传统燃煤电站。而燃烧后 烟气二氧化碳捕集技术是最适 合传统燃煤电厂并且已经实现商业化 示范的技术。 因此，燃烧后烟气二氧化 碳捕集技术是我国近期降低单 位 GDP 碳排放量的最佳及最有效手段之一。二、燃煤电厂烟气 CO2 捕集及利用技术简介燃煤电厂烟气 CO2 捕集系统由烟气预处理系统、填料吸收塔、 填料再 生塔、排气洗涤系统、溶液煮沸器、胺回收加热器、产品气处理系统（包括冷 凝器、气液分离器、压缩机）以及系统水平衡维持系 统组成。脱硫后的烟道气由脱碳引风机送

3、入吸收塔，其中C02 被胺溶液吸收，尾气由塔顶排入大气。吸收CO2后的富液由塔底经泵送入换热器，回 收热量后送入再生塔。解析出的 CO2 气，经处理后送入精 处理系统。经过压缩加压、除湿、脱硫、制冷等工序，得到最终产品一一液态C02。烟气CO2捕集系统工艺流程如下图所示:目前国际上燃煤电厂烟气CO2捕集及利用项目少之又少。美国 和日本在上世纪末通过燃烧后捕集，并生产二氧化碳，生产的规模在1万3万吨/年，主要在化工厂的自备电厂开展。我国在运行的燃煤电厂烟气CO2捕集及利用项目仅有2个，均由西安热工研究院在中国华能集 团公司所属发电企业开发建设。三、西安热工研究院开发能力西安热工研究院有限公司是我

4、国电力行业国家级热能动力科学技术研究 与热力发电技术开发的机构，具有几十年从事洁净煤发电研究经验，拥有一 整套先进的实验仪器、完备的实验设备，并拥有一批具有丰富经验的专家队伍。 在电厂烟气CO2捕集与处理、脱硫脱硝、电厂化学药剂等开发等方面的研 究处于国内领先地位。近年来在国家重大科技项目和中国华能集团的支持下, 积极参与国际合作，西安热工研究院成功开发了“燃煤电厂燃烧后CO2捕 集技术”。该技术针对燃煤电厂烟气中C02浓度低、02含量和粉尘浓度高等特点, 采用化学吸收法进行 CO2 的捕集。在低温条件下用化学溶 剂吸收烟气中的 C02 ；溶液加热时， C02 从化学溶剂中解析出来， 得到高浓

5、度的 C02 ，溶 液循环使用。该技术已经申请了国家发明专利(申请号： 200810018343.5 )， 并应 用于我国首个燃煤电厂 C02 捕集装置华能北京热电厂 3000 5000 吨/ 年 CO2 捕集示范装置。该技术的特色与优势有：1) 采用化学吸收法进行燃烧后 C02 捕集，具有吸收速度快、 吸 收能 力强、处理量大、回收 C02 纯度高等优点；2) 设置烟气预处理系统，脱除烟气脱硫后携带的粉尘、水等杂 质，同 时使用抗氧化剂和缓蚀剂，吸收剂消耗低，设备腐蚀小；3) C02 捕集工艺采用贫富液换热器、 C02 冷却器等多级换热， 热量 综合利用，系统能耗低；4) 用尾气洗涤、气液分

6、离等系统，充分回收尾气中的胺溶液，并 保持 整个捕集系统的水平衡，胺溶液和水消耗量低。工程业绩华能北京热电有限公司 3000 5000 吨/年 CO2 捕集示范装置， 为我 国第一套(世界第三套)工业级的燃煤电厂烟气 CO2 捕集装置， 于 2008 年 7 月 16 完成了 168 运行测试并投入商业运行，世界上运 行时间最长的燃煤 电厂二氧化碳捕获装置。该装置全部采用国产设 备，捕集系统捕集到的 CO2 纯度为 99.5% ，进一步精制后产出的液 体 C02 纯度为 99.997%，达到国家 食品级标准，蒸汽消耗为 3.5GJ/tCO2,电耗为250kW/tCO2,溶液消耗为 1.5kg/

7、tCO2,达到了世界先进水平。华能上海石洞口二厂建设 10 万吨年的二氧化碳捕集系统，近 期已投 入运行。这是目前世界上最大的燃煤电厂二氧化碳捕集装置，也是我国一个重 要的低碳发展技术示范工程。四、项目实施的必要性燃煤电厂烟气 CO2 捕集及利用项目符合国家碳减排政策，可能 得到国 家政策的支持，其产品 CO2 的销售可以给发电企业带来一定 利润，如果能够 与石油企业合作利用利用二氧化碳， 就会给双方带来 极大的经济利益和环境 利益。 该项目有利于树立企业环保低碳的良好 社会形象。另外，发电企业加 强烟气 CO2 捕集及利用技术改进与管 理，还可以为我国的碳捕集提供技术储 备和技术支撑。CO2

8、 应用前景CO2 是一种重要的工业气体， CO2 及其衍生产品应用广泛、前 景广阔。 回收的二氧化碳可以广泛用于制造碳酸饮料、 烟丝膨化处理、 金属保护焊接 合成有机化合物、灭火、制冷、作为清洗介质等，也 可用于强化石油开采 （ EOR ）、强化煤层气开采（ ECBM ）。目前全球 回收的二氧化碳约有 40 用于生产化学品， 35用于油田 3 次采油， 10用于制冷， 5用于碳酸 饮料，其他应用占 10。碳酸饮料生产。 CO2 可用作汽水、啤酒、可乐、碳酸饮料等充 气添加 剂。目前，我国碳酸饮料的人均年消费量不到 5kg ，与发达国 家和地区相比（如 西欧为 110kg ，美国为 150kg）

9、 有较大的差距，发展 潜力较大。烟丝膨松剂。液体 CO2 用于烟丝膨化处理，可使每箱香烟节约 5%-6% 的 烟丝，并提高烟丝的质量。 我国每年生产香烟 2000 万箱左 右，如10%用 C02膨化处理，则年C02耗量达60万t,如全部使用CO2膨化处理，则年 CO2耗量达600万t,应用前景十分看好。焊接保护气。 CO2 保护焊是一种高效率、低污染、低成本、省 时省力 的焊接方法,已经在集装箱、船舶、汽车以及金属结构的焊接 中得到应用。我 国 CO2 气体保护焊接仅占全部焊接的 5%,发达国 家 67%,全球平均 23%, 发展前景十分乐观。强化石油开采（ EOR ）。通过向油藏注入 CO2

10、 来提高油田采收 率,从 世界范围内来看相对比较成熟,且在近年来发展较为迅速。以 美国为例, 2004 年美国国内有71个CO2EOR项目运行，采用CO2EOR技术每日生产原油 206000 桶,占全部原油产量的约 4%。 我国在利用 EOR 技术上也有很大潜 力。据测算,我国低渗油藏中约有32亿t适合用于CO2EOR，占全部低渗油 藏的 50.6%。强化煤层气开采（ECBM ）。向不宜开采的深煤层中注入CO2,利用CO2 在煤体表面的被吸附能力是CH4的2倍的特点来驱替吸附在煤层中的煤层 气，可以同时达到提高煤层气的采收率和埋存 CO2 的目的。五、项目的可行性1、项目投资华能北京热电厂的捕

11、集系统年回收二氧化碳3000吨，总投资2400万元， 回收每吨 CO2 的投资约 8000 元。上海石洞口第二发电 厂 10 万吨年二氧 化碳捕集系统工程投资额达 2 亿元，回收每吨 CO2 的投资约 2000 多元。随 着二氧化碳捕集量的提高， 平均投资成 本将大大降低。 据西安热工研究院郜 时旺博士介绍， 在总结上述两个 项目开发经验的基础上，目前可以将项目投 资控制到 1000 元 /吨 CO2。据华能北京热电厂调研，目前北京市 CO2 年消费量约 6 万吨。 估计陕 西省目前二氧化碳的年消费量不超过 10 万吨，如果我厂建设 5 万吨年的二 氧化碳捕集系统，按照 1000 元 /吨 C

12、O2 的最低投资 计算，总投资需要 5000 万元。2、项目运营费用和利润 根据西安热工研究院提供的运行数据， 华能北 京热电厂捕集系统 的蒸汽 消耗 约 3.5GJ/tCO2 ，电 耗约 250kW/tCO2 ， 溶 液消 耗 1.5kg/tCO2 。假设每 GJ 热能的价格为 100 元，每度电价格为 0.3 （上网电价），每吨溶剂的价格为 40000 元，则上述三项主要消耗的 年成 本为：（100+250 XQ.3+1.5 M0000/1000 ）X 3000 = 705000 元。 如果加上 设备维护修理、人员工资等费用，则年运营成本应在 100 万元以上。 另据央 视网消息， 华能北

13、京热电厂捕集系统日运营成本约 420 元，年运行成本也在 100 多万元。而据华能北京热电厂运行部主任介绍，由于该厂的捕集系统属示 范装置，其运营成本和 CO2 销售 额基本持平。由于华能还没有相关的许可证， 目前项目生产的食品级二氧化碳 都是通 过中介公司卖给食品公司。 因此，目前二氧化碳卖出的价格只 有 600 元 / 吨，比市场价低了一半。按每吨 CO2 销售价格约 600 元 计算，每吨 CO2 利 润约 180 元，不计利息的情况下，需要 44 年方 可回收成本。按照上述数据， 上海石洞口第二发电厂回收成本需要 11 年。（由于上海石洞口电厂 CO2 捕 集项目处于试运行阶段，该项

14、目的运营数据暂缺）如果我厂建设 5 万吨年的二氧化碳捕集系统，按照每吨 CO2 利润 180元计算，5年半即可收回成本；按照取得相关许可证后，每吨C02销售价格 约 1000 元计算，则每吨 C02 利润为 1000-420 = 580 元，不到两年即可回收 成本。 随着 CO2 捕集及利用技术的成熟， 其运营成本将会逐步降低，项目 成本回收周期也将进一步缩短。另外，目前市场上干冰的价格约为 8000 元/吨，如果将液态 CO2 进一步 加工成干冰出售， 企业的利润空间将大大提升。 据西安热工研 究院郜时旺博 士介绍，制作干冰的设备投资不大。3、项目场地和人员配备根据捕集装置规模大小不同，整套

15、装置占地面积不超过 3000 平 方米。 华能北京热电厂 3000 吨 /年捕集装置总面积约 600 平方米。其中，CO2捕集设备布置在一个两层的房屋内，纯化装置直接布置在地面上。CO2 捕集和利用装置的 DCS 画面监视和运行操作可由脱硫运行 值班员 负责。4、其它C02捕集纯化装置要求加热汽源压力在0.3MPa左右，温度v158 C,可由厂用辅助蒸汽系统或某段抽汽减温减压后供给。六、项目风险1 、二氧化碳的工业消费量有限。据绿色煤电有限公司生产科技 与国际 部研发工程师刘宇介绍，中国目前二氧化碳的年消费能力是200万 250万吨， 按 1 吨煤含碳750 千克，每燃烧1 吨煤炭将产生275

16、0 千克二氧化碳估算，一 个装机容量为 300MW 的燃煤电厂 1 年 所能捕集出来的二氧化碳约 100 万200 万吨，几乎与全国的消费量 持平。而华能北京热电厂捕集的 CO2 也 不到全厂二氧化碳排放的 1%。所以大型燃煤电厂只能选择对部分烟气进行 CO2 捕集，并且要 有相对稳定的销售市场。我厂捕集 CO2 的主要目的是对 其进行销售 并获取利润，而该项目本身并没有减少 CO2 的排放量。所以，一 旦 CO2 销路不畅，对其进行封存处置将是一件非常复杂的事情。2、工程投资比较大。华能北京热电厂的捕集系统年回收二氧化 碳 3000 吨，总投资高达 2400 万元。上海石洞口第二电厂 10 万吨 年二氧化碳捕集 系统工程投资额突破 2 亿元。3、运行成本高。西安热工院总工程师许世森告诉相关人士，配 套全烟气碳捕获装置的电厂，发电成本