碳捕集与封存（是一种重要的CO2减排技术）

信息简介

碳捕集技术示意图

二氧化碳捕集

二氧化碳的捕集方式主要有三种：燃烧前捕集（Pre-combustion）、富氧燃烧（Oxy-fuel combustion）和燃烧后捕集（Post-combustion）。

燃烧前捕集主要运用于IGCC（整体煤气化联合循环）系统中，将煤高压富氧气化变成煤气，再经过水煤气变换后将产生CO2和氢气（H2），气体压力和CO2浓度都很高，将很容易对CO2进行捕集。剩下的H2可以被当作燃料使用。

该技术的捕集系统小，能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，因此受到广泛关注。然而，IGCC发电技术仍面临着投资成本太高，可靠性还有待提高等问题。

富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，将空气中大比例的氮气（N2）脱除，直接采用高浓度的氧气（O2）与抽回的部分烟气（烟道气）的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体，可以直接进行处理和封存。

欧洲已有在小型电厂进行改造的富氧燃烧项目。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高，还没找到一种廉价低耗的能动技术。

燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集CO2，如今常用的CO2分离技术主要有化学吸收法（利用酸碱性吸收）和物理吸收法（变温或变压吸附），此外还有膜分离法技术，正处于发展阶段，但却是公认的在能耗和设备紧凑性方面具有非常大潜力的技术。

从理论上说，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂。然而，普通烟气的压力小体积大，CO2浓度低，而且含有大量的N2，因此捕集系统庞大，耗费大量的能源。

二氧化碳运输

捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存，可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。一般说来，管道是最经济的运输方式。2008年，美国约有5800千米的CO2管道，这些管道大都用以将CO2运输到油田，注入地下油层以提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）

二氧化碳封存

碳封存示意图

地质封存一般是将超临界状态（气态及液态的混合体）的CO2注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、气田、咸水层、无法开采的煤矿等。IPCC的研究表明，CO2性质稳定，可以在相当长的时间内被封存。若地质封存点经过谨慎的选择、设计与管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上。

把CO2注入油田或气田用以驱油或驱气可以提高采收率（使用EOR技术可提高30%~60%的石油产量）；注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱出来，即所谓的提高煤层气采收率（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。

然而，若要封存大量的CO2，最适合的地点是咸水层。咸水层一般在地下深处，富含不适合农业或饮用的咸水，这类地质结构较为常见，同时拥有巨大的封存潜力。不过与油田相比，人们对这类地质结构的认识还较为有限。

海洋封存是指将CO2通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。然而，这种封存办法也许会对环境造成负面的影响，比如过高的CO2含量将杀死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能会逃逸到大气当中（有研究发现，海底的海水流动到海面需要1600年的时间）。总体来说，人们对海洋封存的了解还是太少。

CCS项目

二氧化碳地下封存的形态区分

美国未来发电计划（FutureGen）

项目原打算在一个260MW的IGCC电厂测试碳捕集技术和CCS系统，目标是将电厂废气减少到近零排放的水平。2008年6月30日美国能源局宣布将重新整合未来煤电计划。美国能源局将只赞助CCS系统，而不再向IGCC电厂投资。

挪威Sleipner项目

Sleipner项目开始于1996年，是世界上首个将CO2封存在地下咸水深层的商业实例，由挪威国家石油公司运营。该项目每年可封存100万吨CO2。

德国黑泵电厂项目

这是世界上首个能捕集和封存自身所产生的CO2的燃煤电厂，于2008年9月9日由瑞典瀑布电力公司在德国东北部的施普伦贝格动工建设，电厂装机容量为30MW。

华能北京高碑店碳捕集装置

华能-CSIRO燃烧后捕集示范项目

该示范项目由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、中国华能集团公司以及西安热工研究院（TPRI）联合建设。该项目是对华能北京高碑店热电厂进行碳捕集改造，设计CO2回收率大于85%，年回收CO2能力为3000吨。该示范项目已于2008年7月16日正式投产。

华能上海石洞口第二电厂

华能上海石洞口第二电厂碳捕获项目是在其二期新建的两台66万千瓦的超超临界机组上安装碳捕集装置，该装置总投资约1亿元，由西安热工研究院设计制造，处理烟气量为66000标准立方米/小时，约占单台机组额定工况总烟气量的4%，设计年运行时间为8000小时，年生产食品级二氧化碳10万吨。该项目已于2009年12月30日投入运营。

中电投重庆合川双槐电厂

中电投重庆合川双槐电厂是在一期两台30万千瓦的机组上建造碳捕集装置，总投资约1235亿元，由中电投远达环保工程有限公司自主研发设计，年处理烟气量为5000万标准立方米，年生产工业级二氧化碳1万吨。该碳捕集项目于 2010年1月20日投入运营。

中英碳捕集与封存合作项目（NZEC）

中英煤炭利用近零排放合作项目（Near Zero Emissions Coal）旨在应对中国日益增加的燃煤能源生产和二氧化碳（CO2）排放。英国计划通过三个阶段实现NZEC示范的目标。第一阶段，研究在中国示范和发展CCS技术的可行性方案；第二阶段，进一步开展CCS技术的开发工作；第三阶段，在2014年之前建成CCS技术示范电厂。

中英煤炭利用近零排放项目（COACH）

中英煤炭利用近零排放项目（

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绿色煤电计划（Greengen）

绿色煤电计划是中国华能集团公司于2004年提出的，计划的总体目标是研究开发、示范推广以煤气化制氢、氢气轮机联合循环发电和燃料电池发电为主、并对污染物和CO2进行高效处置的煤基能源系统；大幅度提高煤炭发电效率，使煤炭发电达到污染物和CO2的近零排放。2009年7月6日，绿色煤电天津IGCC示范电站开工建设，总投资21亿元，采用华能自主研发的具有自主知识产权的每天2000吨级两段式干煤粉气化炉，首台机组将于2011年建成。

重要突破

神华CCUS项目现场全貌

这个由中国最大的煤炭企业神华集团实施的10万吨/年“CCS”示范项目，是中国百万吨级煤直接液化示范项目的环保配套工程，被列为国家科技支撑计划重点科研项目。这个示范项目实现长周期运行，将为中国建设煤基低碳能源系统作出积极的探索，有助于其在清洁利用煤炭资源和温室气体减排方面做出更多贡献。

2019年5月，原神华集团（2018年已并入国家能源集团）承担实施的中国首个10万吨/年二氧化碳捕集和封存全流程示范项目进展顺利，近期已开始研究制定相关技术标准。这是中国实施的首个地下咸水层二氧化碳封存项目，也是目前（2019年5月）亚洲唯一的10万吨级地下咸水层二氧化碳封存项目。^[3]

全球发展现状

二氧化碳捕集利用与封存已经安全投入商业运营45年，至2018年底全球将有21座大规模CCS设施投入运行，每年将捕集3700万吨二氧化碳。中国也在积极推进CCUS，已建成十多个千吨级以上规模的中试和示范项目。

二氧化碳捕集方面，参与者以燃煤电厂和煤化工企业为主，2009年华能公司在上海石洞口第二电厂实施了10万吨/年CO2捕集示范项目；国家电力投资集团投资建设的重庆合川双槐电厂1万吨/年CO2捕集工业示范项目于2010年1月正式投运。

2018年1月15日，华润海丰电厂碳捕集测试平台EPC总承包项目开工。华润海丰正在建设华南地区首个燃煤电厂碳捕集和利用示范项目，二氧化碳捕集能力达到2万吨，预计2019年运行。

《巴黎协定》于2015年12月在巴黎气候变化大会上达成，主要目标是将本世纪全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内。中国政府承诺，2030年单位GDP的二氧化碳排放将比2005年减少60%-65%。

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