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    項(xiàng)目背景

    氣候變化是當(dāng)今世界面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，全球平均氣溫上升帶來(lái)的冰川融化、海平面上升等變化，極大威脅著許多生物的生存環(huán)境，甚至導(dǎo)致物種滅絕的危機(jī)。目前國(guó)內(nèi)外眾多研究學(xué)者認(rèn)為以二氧化碳（CO?）為主的人為溫室氣體排放是全球變暖的主要原因，自工業(yè)革命（1850年）以來(lái)，世界能源消耗逐年增加，隨著人為CO?排放的增加，全球氣溫逐漸上升，2017年全球表面平均氣溫比前工業(yè)革命前水平上升1.0℃。政府間氣候變化（IPCC）報(bào)告指出，為維持自然系統(tǒng)的生態(tài)平衡，保證人類生存安全，到2030至2050年，全球氣溫上升應(yīng)控制在1.5℃。美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）2020年發(fā)表報(bào)告稱2011-2020是全球有記錄以來(lái)最熱的十年，地球表面溫度相比20世紀(jì)增加了0.82?C。因此如何高效控制CO?排放變得至關(guān)重要。

全球氣溫上升與累積人為CO?排放的變化關(guān)系（來(lái)源：IPCC）

全球溫度變化表（數(shù)據(jù)來(lái)源：NOAA）

    化石燃料發(fā)電廠尤其是燃煤電廠是CO?最大的固定集中排放源，且這一趨勢(shì)在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)不會(huì)改變。在全球范圍節(jié)能減排的背景下，碳捕集、利用與封存（Carbon Capture，Utilization and Storage，即CCUS）技術(shù)仍然是快速有效減少CO?排放的關(guān)鍵解決方案，可將捕集的CO?運(yùn)輸利用或以超臨界狀態(tài)儲(chǔ)存在深海地質(zhì)井中。

    根據(jù)全球CCUS研究院2018年的預(yù)測(cè)，要想在2060年達(dá)到巴黎目標(biāo)，必須通過(guò)CCUS實(shí)現(xiàn)14%的累計(jì)CO?減排。

    聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)在《IPCC全球升溫1.5℃特別報(bào)告》中指出， 2030年不同路徑CCUS的減排量為1~4億噸/年，2050年減排量為30~68億噸/年。

世界主要國(guó)家及地區(qū)CCUS地質(zhì)封存潛力及CO?累計(jì)排放量（來(lái)源：IPCC）

    如上圖所示，我國(guó)是世界上CO?排放最多也是應(yīng)對(duì)氣候變化最脆弱的國(guó)家之一，因此，2020年9月22日，中國(guó)政府在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上鄭重宣布：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施， CO?排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！?/p>

    這是中國(guó)對(duì)全球氣候治理和落實(shí)《巴黎協(xié)定》的積極舉措，也為我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化和綠色低碳發(fā)展明確了目標(biāo)與方向，為強(qiáng)化全球氣候行動(dòng)注入了強(qiáng)大的政治推動(dòng)力。

    產(chǎn)業(yè)政策

    氣候變化是人類面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，共同應(yīng)對(duì)氣候變化是全人類共同的責(zé)任。為積極應(yīng)對(duì)氣候變化，世界主要國(guó)家紛紛結(jié)合自身發(fā)展現(xiàn)狀，提出碳達(dá)峰和碳中和（簡(jiǎn)稱“雙碳”）戰(zhàn)略目標(biāo)并制定路線圖?！半p碳”行動(dòng)有助于推動(dòng)形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式、空間格局，是助推經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色轉(zhuǎn)型和系統(tǒng)性深刻變革的重要途徑。初步統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，全球已有120多個(gè)國(guó)家提出了“雙碳”目標(biāo)。蘇里南和不丹已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳中和，率先進(jìn)入負(fù)排放時(shí)代。

    發(fā)達(dá)國(guó)家碳中和主要行動(dòng)對(duì)我國(guó)有3點(diǎn)啟示：一是積極構(gòu)建適應(yīng)我國(guó)碳中和目標(biāo)的政策管理手段和發(fā)展方式，包括制定和完善我國(guó)碳中和的目標(biāo)、時(shí)間表和路線圖，加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，健全和完善碳交易市場(chǎng)等；二是分類施策，制定重點(diǎn)領(lǐng)域碳中和行動(dòng)方案，制定符合國(guó)情的能源發(fā)展路徑，推進(jìn)交通領(lǐng)域結(jié)構(gòu)性減排，推動(dòng)建筑領(lǐng)域電氣化，推進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能降耗等；三是積極發(fā)展氫能、CCUS、生物質(zhì)等新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，助力碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

    應(yīng)用前景

    碳捕集、利用與封存（CCUS）是目前實(shí)現(xiàn)化石能源低碳化利用的唯一技術(shù)選擇，CCUS是碳中和目標(biāo)下保持電力系統(tǒng)靈活性的主要技術(shù)手段。

    CCUS是鋼鐵、水泥等難以減排的行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的可行技術(shù)選擇，它與新能源耦合的負(fù)排放技術(shù)是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的托底技術(shù)保障。

CO2捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)

    全球碳捕集與封存研究院發(fā)布的《全球碳捕集與封存現(xiàn)狀2021》中提到，全球CCUS項(xiàng)目連續(xù)四年呈向上趨勢(shì)，總捕集能力增長(zhǎng)了32%。2021年新增了71個(gè)CCUS商業(yè)項(xiàng)目，使全球CCUS商業(yè)項(xiàng)目增加到了135個(gè)，其中27個(gè)項(xiàng)目已進(jìn)入運(yùn)行，每年捕集能力達(dá)4000萬(wàn)噸。

    全球碳捕集封存研究院首席執(zhí)行官杰拉德·丹尼爾斯（Jarad Daniels）曾預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)中葉，CCUS年產(chǎn)能將從4000萬(wàn)噸增長(zhǎng)至數(shù)十億噸。預(yù)計(jì)未來(lái)30年，該產(chǎn)業(yè)需要6550億美元至1.28萬(wàn)億美元的投資。

    CCUS市場(chǎng)潛力巨大：根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果，碳中和目標(biāo)下中國(guó)CCUS減排需求為2030年0.2~4.08億噸；2050年6~14.5億噸，2060年將達(dá)到10~18.2億噸。

2025-2050中國(guó)CCUS產(chǎn)值規(guī)模預(yù)測(cè)

    CCUS對(duì)于我國(guó)碳中和使不可或缺的技術(shù)，在國(guó)家層面或?qū)⒅贫–CUS總體發(fā)展規(guī)劃，并將CCUS技術(shù)作為國(guó)家重大科技專項(xiàng)予以支持，搭建系統(tǒng)的政策框架體系，有序推動(dòng)CCUS在石化、化工、電力、鋼鐵、水泥等行業(yè)的應(yīng)用。

    CCUS技術(shù)的中國(guó)產(chǎn)值規(guī)模按保守情形估計(jì)2025~2050年平均年增長(zhǎng)率為11.87%。

中國(guó)CCUS項(xiàng)目分布圖（來(lái)源：2021中國(guó)CCUS 年度報(bào)告）

    截止2021年中國(guó)約有40個(gè)CCUS示范項(xiàng)目處于運(yùn)行或建設(shè)中，捕集能力達(dá)到300萬(wàn)噸/年，以石油、煤化工、電力等行業(yè)小規(guī)模的捕集驅(qū)油示范為主。目前中國(guó)已具備大規(guī)模實(shí)現(xiàn)CO?的捕集、利用及封存的工程能力和經(jīng)驗(yàn)。國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯項(xiàng)目已開(kāi)展10萬(wàn)噸/年規(guī)模的碳捕集全流程示范。中石油吉林油田CO?強(qiáng)化石油開(kāi)采（CO?-EOR）項(xiàng)目是全球在運(yùn)行21個(gè)大型CCUS項(xiàng)目中唯一中國(guó)項(xiàng)目，也是亞洲最大的EOR項(xiàng)目，累計(jì)已注入CO?超過(guò)200萬(wàn)噸。中石化于2021年啟動(dòng)建設(shè)齊魯石化——?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目（國(guó)內(nèi)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)）。

    技術(shù)介紹

    二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)是指將CO?從工業(yè)過(guò)程、能源利用或大氣中分離出來(lái)，直接加以利用或注入地層以實(shí)現(xiàn)CO?永久減排的過(guò)程。它不僅實(shí)現(xiàn)了化石能源低碳利用，促進(jìn)鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)的污染物深度減排，還可在滿足碳約束條件下保持燃煤發(fā)電系統(tǒng)的靈活性，保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)不可或缺的重要技術(shù)，按流程可分為CO?捕集、輸送、利用和封存四大環(huán)節(jié)。

    技術(shù)路線

    二氧化碳捕集利用及封存技術(shù)路線可分為三大過(guò)程。首先是從不同的二氧化碳排放源如電廠、水泥廠、鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)等捕集二氧化碳的過(guò)程，隨后氣體經(jīng)過(guò)壓縮后通過(guò)管道或交通工具運(yùn)輸方式對(duì)捕集后的二氧化碳進(jìn)行運(yùn)輸，最后可將二氧化碳注入到地下如鹽水層、枯竭的油氣田和不可開(kāi)采的煤層等，以地質(zhì)封存方式達(dá)到減排目的。另一種則是將捕集后的二氧化碳進(jìn)行工業(yè)再利用，如制造建材、生成甲醇、乙醇等產(chǎn)物。

二氧化碳CCUS技術(shù)路線示意圖

    二氧化碳捕集是指將二氧化碳從工業(yè)過(guò)程、能源利用或大氣中分離處理的過(guò)程，二氧化碳捕集被認(rèn)為是CCUS技術(shù)中的核心部分，也是阻礙CCUS技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的重要難點(diǎn)。目前二氧化碳捕集的三大技術(shù)路線位燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒技術(shù)。

二氧化碳捕集的三大技術(shù)路線

    燃燒前捕集：在碳基燃料燃燒前，首先將其化學(xué)能從碳中轉(zhuǎn)移出來(lái)，然后再和攜帶能量得其他物質(zhì)進(jìn)行分離，從而實(shí)現(xiàn)碳在燃燒前進(jìn)行捕集。主要應(yīng)用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC），技術(shù)發(fā)展比較成熟。整體處于工業(yè)示范階段，與國(guó)際先進(jìn)水平同步。

    燃燒后捕集：從燃燒設(shè)備后的煙氣中捕集或分離二氧化碳，對(duì)原有系統(tǒng)繼承程度高，適用于各類改造和新建電廠的二氧化碳減排，技術(shù)相對(duì)成熟。目前應(yīng)用潛力最大的是燃燒后化學(xué)吸收法，國(guó)際上已處于商業(yè)化應(yīng)用階段。

    富氧燃燒：利用空分系統(tǒng)制取富氧或純氧氣體，然后將燃料與氧氣一同輸送到專門(mén)的純氧燃燒爐進(jìn)行燃燒，生產(chǎn)煙氣的主要成分是二氧化碳和水蒸氣，煙氣中的二氧化碳質(zhì)量濃度可達(dá)95%以上，目前仍處于研究階段。

    富氧燃燒技術(shù)排煙損失少，鍋爐效率高，然而制氧設(shè)備成本及能耗高是阻礙其工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵難點(diǎn)。而燃燒前捕集技術(shù)理論上成本相比燃燒后捕集技術(shù)及富氧燃燒技術(shù)分別可降低38%~45%和21%~24%，但由于其對(duì)現(xiàn)有電廠改造較大且涉及設(shè)備較為復(fù)雜，因此改造成本高限制了其商業(yè)化道路。而燃燒后捕集技術(shù)由于其電廠適配性高，僅需在后端增加CO?捕集裝置，是三種CO?捕集技術(shù)中最具有工業(yè)化應(yīng)用前景的技術(shù)。

    燃燒后捕集技術(shù)其原理為經(jīng)過(guò)冷卻處理后的煙氣送入至吸收塔中，通過(guò)不同方法如化學(xué)吸收法、固體吸附法以及膜吸收法等吸收煙氣中CO?組分。隨后富集CO?的吸收劑富液被送入至高溫解吸塔中解吸CO?，得到高純度CO?再生氣。而解吸后的吸收劑貧液則直接送回吸收塔中繼續(xù)吸收CO?，實(shí)現(xiàn)CO?吸收——解吸持續(xù)循環(huán)。

三種CO?捕集技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

    CO?分離技術(shù)對(duì)比

    二氧化碳捕集中關(guān)鍵技術(shù)為CO?分離技術(shù)， 根據(jù)過(guò)程機(jī)理，CO?分離技術(shù)可分為吸收、吸附、膜分離、低溫分餾等?；瘜W(xué)吸收法技術(shù)相對(duì)成熟、捕集效率高，且不需要對(duì)電廠進(jìn)行大規(guī)模的改造，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和工業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)，因此在諸多技術(shù)路線中最具有大規(guī)模捕集潛力。當(dāng)前，化學(xué)溶劑吸收法尤其是胺吸收法是最成熟的燃燒后捕集技術(shù)。

CO?分離技術(shù)對(duì)比

    CO?吸收劑對(duì)比

各種醇胺吸收劑的比較分析表

不同醇胺溶液常壓下對(duì)煙氣中二氧化碳的脫除率

    CO?吸收與再生工藝

CO?化學(xué)吸收與再生工藝流程圖

    經(jīng)過(guò)脫硫、脫硝及除塵后的燃煤煙氣經(jīng)過(guò)初步冷卻（40 ?C）和增壓后，從吸收塔底部進(jìn)入，在塔內(nèi)與從塔頂噴射的吸收劑逆向接觸，從而使得吸收劑與煙氣中的CO?組分發(fā)生反應(yīng)生成吸收產(chǎn)物（氨基甲酸鹽、碳酸/碳酸氫鹽）。脫除CO?后的煙氣從吸收塔塔頂排出，吸收CO?后的吸收劑富液經(jīng)由富液泵抽離吸收塔，在貧富液換熱器中與吸收劑貧液進(jìn)行熱交換后，送入高溫解吸塔進(jìn)行再生。吸收劑富液中CO?在熱與蒸汽的作用下被釋放，從解吸塔塔頂排出經(jīng)過(guò)冷凝和干燥后進(jìn)行壓縮，以便后續(xù)運(yùn)輸及封存。解吸CO?后的吸收劑貧液通過(guò)貧液泵進(jìn)入貧富液換熱器換熱，隨后通過(guò)貧液冷卻器冷卻后再次送回吸收塔頂部進(jìn)行吸收，以達(dá)到循環(huán)脫除CO?目的。

CO?化學(xué)吸收塔示意圖

    進(jìn)入吸收裝置的煙氣指標(biāo)

    溫度不宜高于45℃

    粉塵含量不宜大于5mg/Nm3

    SO?含量不宜大于10mg/Nm3

    NOx含量不宜大于50mg/Nm3

    二氧化碳吸收與解吸設(shè)計(jì)要點(diǎn)

    吸收劑應(yīng)選用吸收二氧化碳的能力強(qiáng)、再生性能好、腐蝕性小、不易降解的溶劑。

    二氧化碳吸收與解吸系統(tǒng)應(yīng)保持水平衡

    二氧化碳吸收與解吸系統(tǒng)的能量應(yīng)回收利用

    吸收劑應(yīng)定期再生回用

    吸收塔、解吸塔宜采用填料塔，吸收塔的填料高度不易高于20m，解吸塔的填料高度不易高于15m。

    吸收塔、解吸塔的設(shè)計(jì)空塔氣速宜取泛點(diǎn)氣速的50%~70%。

    進(jìn)入吸收塔的貧液溫度宜為40℃~50℃，解吸塔底的溫度宜為100℃~125℃。

    吸收塔洗滌系統(tǒng)補(bǔ)充用水應(yīng)采用脫鹽水。

燃煤電站CO?捕集系統(tǒng)流程圖

    爐膛尾部煙氣平均分成3份并送至吸收塔底部。為提高吸收塔捕集CO?效率， 吸收塔入口煙氣溫度要維持在313K-323K之間。同時(shí)爐膛尾部煙氣需經(jīng)過(guò) 脫硫、脫硝、除塵等處理，以防止污染 吸收溶劑。

    汽輪機(jī)中低壓缸抽汽至再沸器。從汽輪 機(jī)中低壓缸連接處抽汽是能兼顧發(fā)電量和CO?捕集效率的最優(yōu)選擇，此時(shí)汽輪機(jī)抽汽為過(guò)熱蒸汽狀態(tài)，壓力約為4-6bar。同時(shí)為防止再沸器工作溫度過(guò)高，需要對(duì)汽輪機(jī)抽汽進(jìn)行噴水降溫，一般降低至略高于抽汽壓力下的飽和溫度。

針對(duì)燃燒后捕集工藝，不同排放源的CO?吸收法捕集技術(shù)對(duì)比

    CO?吸收與再生成本分析

    對(duì)于二氧化碳捕集環(huán)節(jié)，在整個(gè)CCUS過(guò)程中占有較大的能耗比重，其中最主要的能耗來(lái)自吸收劑再生塔所需的低壓蒸汽，因此再生能耗的降低才能實(shí)現(xiàn)捕集環(huán)節(jié)成本的下降。

    目前，國(guó)內(nèi)已進(jìn)行的CO?吸收法捕集裝置再生能耗在2.4~3.2GJ/t CO?，國(guó)內(nèi)碳捕集成本在300～500元/t CO?之間。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年捕集成本將至250元/t CO?，再生能耗將至2.0~2.2GJ/t CO?，到2030年捕集成本將至150元/t CO?，再生能耗將至1.8GJ/t CO?。

基于MEA工藝系統(tǒng)的(a)主要設(shè)備投資與(b)運(yùn)行成本占比

我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究

    CO?壓縮精制工藝流程

    二氧化碳的壓縮液化精制是將吸收再生裝置捕集的二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化成工業(yè)液體二氧化碳或食品級(jí)液體二氧化碳，并將其存儲(chǔ)的過(guò)程。其基本的技術(shù)路線示意圖如圖所示，包括二氧化碳的壓縮、吸附、干燥、液化與精餾提純。具有工藝技術(shù)與設(shè)備成熟可靠、技術(shù)安全性高、產(chǎn)品純度高等技術(shù)特點(diǎn)。

二氧化碳?jí)嚎s精制工藝流程圖

    二氧化碳?jí)嚎s精制工藝流程如圖所示，來(lái)自回流罐的粗二氧化碳?xì)怏w經(jīng)緩沖罐進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)，壓縮到約2.5MPa并經(jīng)換熱器冷卻脫除大部分游離水后進(jìn)入吸附塔，脫除含硫組分和其它雜質(zhì)，然后進(jìn)入干燥塔進(jìn)行深度脫水。脫水后的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入液化器，與在-14℃條件下與制冷劑換熱被液化，之后進(jìn)入提純塔精餾提純，塔頂排出不凝氣，塔底產(chǎn)出合格的液體二氧化碳產(chǎn)品，液體二氧化碳經(jīng)產(chǎn)品泵與過(guò)冷器后進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。

    CO?壓縮

    二氧化碳?xì)怏w臨界溫度為31.2℃，臨界壓力為7.38MPa。工業(yè)生產(chǎn)中，二氧化碳的壓縮液化有高壓液化法和低溫液化法。

    高壓液化法，一般將二氧化碳?xì)怏w經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到8MPa的較高壓力，然后冷卻到常溫30℃進(jìn)行液化。 低溫液化法，一般將二氧化碳?jí)嚎s工段壓縮機(jī)出口壓力控制在2.5MPa，然后將其冷卻到低于-20℃進(jìn)行液化。

    煙氣碳捕集裝置一般采用低溫液化法，壓縮機(jī)進(jìn)入壓力一般在常壓至110kPa，壓縮機(jī)出口壓力在2.0MPa至2.5MPa范圍內(nèi)。

    二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的選型，可參照以下原則：

    氣量較大時(shí)，宜選用離心式壓縮機(jī)；

    壓比較大、氣量較小時(shí)，宜選用往復(fù)式壓縮機(jī)；

    壓比較小、氣量較小時(shí)，宜選用螺桿式壓縮機(jī)。

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)

    CO?吸附精制、干燥脫水

    二氧化碳吸附精制主要是脫除含硫組分和其他雜質(zhì)。二氧化碳吸附精制工藝一般采用雙塔固定床吸附，操作運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)吸附塔處于運(yùn)行狀態(tài)，另一臺(tái)吸附塔處于備用狀態(tài)。常用的吸附脫硫劑為活性炭，具有轉(zhuǎn)化、吸收有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的雙重作用，特別適用于原料氣中硫含量不高，且要求高精度脫除有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的生產(chǎn)工藝。

    二氧化碳?xì)怏w中的少量的游離水和飽和水通常采用物理吸附法去除?！豆I(yè)液體二氧化碳》GB/T 6052-2011對(duì)液體二氧化碳水分露點(diǎn)要求為-65℃。二氧化碳干燥脫水常用的脫水吸附劑有活性氧化鋁、分子篩、硅膠等吸附劑。分子篩脫水一般用于水露點(diǎn)要求控制較低的場(chǎng)合，其露點(diǎn)深度可達(dá)到-90℃。

二氧化碳吸附精制及干燥脫水設(shè)備

    CO?液化提純

    煙氣碳捕集裝置一般采用低溫液化法，液化溫度在-14℃左右，制冷劑介質(zhì)可以采用氟利昂或液氨，在節(jié)能及投資成本方面綜合考慮，優(yōu)選液氨制冷劑。

    液氨制冷機(jī)組是為二氧化碳液化提供冷量的關(guān)鍵設(shè)備，工藝流程圖如圖所示，包括氨制冷壓縮機(jī)、氨氣冷凝器、液氨儲(chǔ)罐、液氨蒸發(fā)器以及壓縮機(jī)潤(rùn)滑油路所需的部件。氨制冷壓縮機(jī)可采用雙級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)或雙級(jí)螺桿式壓縮機(jī)。

    CO?儲(chǔ)運(yùn)

    液體二氧化碳的儲(chǔ)存可以采用立式、臥式或球形儲(chǔ)罐，對(duì)于單罐容積小于或等于200m3的小型儲(chǔ)罐采用真空粉末絕熱罐。

    液體二氧化碳儲(chǔ)運(yùn)工藝流程圖如下圖所示，來(lái)自產(chǎn)品泵的液體二氧化碳經(jīng)管道輸送至球罐A或B，球罐A或B內(nèi)的液體二氧化碳經(jīng)裝車(chē)泵通過(guò)裝車(chē)鶴管進(jìn)入運(yùn)輸罐車(chē)，完成二氧化碳的儲(chǔ)存運(yùn)輸。

液體二氧化碳儲(chǔ)運(yùn)工藝流程圖

液體二氧化碳生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)裝置圖

    CO?壓縮精制成本分析

1萬(wàn)Nm3/h煙氣CO?捕集裝置的壓縮液化精制工段的運(yùn)行成本分析如下表所示

    CO?利用

    降低CCUS技術(shù)實(shí)施成本的關(guān)鍵在于找到合適的利用技術(shù)。包括提高石油采收率技術(shù)（Enhanced oil recovery，EOR，當(dāng)前主要應(yīng)用在陸上）、化學(xué)利用技術(shù)和生物利用技術(shù)。目前行業(yè)正在衍生新的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，包括諸如在離岸海上油田中開(kāi)發(fā)EOR項(xiàng)目和利用二氧化碳直接合成淀粉等。在各類利用技術(shù)的應(yīng)用上，EOR具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因而被認(rèn)為是短期內(nèi)更可行的方案。然而油價(jià)下行壓力可能影響相關(guān)需求，預(yù)計(jì)EOR需求會(huì)在2035~2040年達(dá)到頂峰，隨后下降?；瘜W(xué)利用技術(shù)包括在化工生產(chǎn)過(guò)程中使用二氧化碳，如有機(jī)碳酸鹽、煤化工等，生物利用技術(shù)將二氧化碳用于食品和飲料生產(chǎn)。

    CO?加氫制甲醇

    中國(guó)中化5000噸二氧化碳加氫制甲醇中試裝置開(kāi)車(chē)。魯西集團(tuán)5000噸/年二氧化碳加氫制甲醇中試裝置一次開(kāi)車(chē)成功標(biāo)志著中國(guó)中化戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（GREAT10）“二氧化碳高效加氫制甲醇”初步達(dá)成目標(biāo)。

    二氧化碳加氫制甲醇具有顯著減碳效應(yīng)，有助于緩解魯西集團(tuán)發(fā)展中面臨的碳減排壓力，鞏固煤化工副產(chǎn)二氧化碳——甲醇——烯烴——新材料/精細(xì)化學(xué)品低碳產(chǎn)業(yè)鏈，提高魯西產(chǎn)業(yè)鏈一體化水平，助力中國(guó)中化達(dá)成“雙碳”減排目標(biāo)。

    甲烷二氧化碳重整制合成氣后制備高附加值化工產(chǎn)品

    合成氣（H2/CO）是重要的化工原料，被化學(xué)工業(yè)譽(yù)為“合成工業(yè)的基石”。合成氣主要是通過(guò)CH4水蒸氣重整的方法制備：CH4+H2O→CO+3H2，而甲烷二氧化碳重整技術(shù)則同時(shí)消耗兩種溫室氣體（甲烷、二氧化碳），獲得合成工業(yè) 前驅(qū)物——合成氣，兼具環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)效益：CH4+CO2→2CO+2H2。而轉(zhuǎn)化成合成氣后將會(huì)有無(wú)限可能，如合成甲醇、丁醇、丁醛、甲酸、草酸、二甲醚、乙二醇等各類烴醇醚類高附加值化工產(chǎn)品，可以通過(guò)費(fèi)托合成制得發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。

    二氧化碳捕集——礦化混凝土建材技術(shù)

    CCUS（碳捕集、利用與封存）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵減排路徑之一，其中二氧化碳礦化混凝土技術(shù)被廣泛認(rèn)為是在發(fā)展中國(guó)家最有潛力的利用技術(shù)路線。其技術(shù)原理則是通過(guò)將工業(yè)排放的二氧化碳與早期水化成型后的混凝土中膠凝成分和其他堿性鈣、鎂組分之間形成礦化反應(yīng)，在混凝土內(nèi)部孔隙和界面結(jié)構(gòu)處形成碳酸鹽產(chǎn)物，并通過(guò)填充效應(yīng)、界面過(guò)渡區(qū)消除效應(yīng)和產(chǎn)物層效應(yīng)等實(shí)現(xiàn)混凝土的強(qiáng)度和耐久性改善，同時(shí)達(dá)到碳固定的效果。利用CCUS技術(shù)生產(chǎn)的固碳混凝土建材近期在國(guó)內(nèi)香港地區(qū)進(jìn)行使用，這也是首個(gè)在中國(guó)應(yīng)用二氧化碳礦化混凝土建材的建筑項(xiàng)目。該款擁有固碳屬性的混凝土將幫助香港有機(jī)資源回收中心二期工程（O·PARK2）項(xiàng)目在施工階段大幅降低碳足跡，助力其成為全國(guó)首個(gè)在施工期內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和的綠色工程。

再生骨料礦化原理示意圖

    國(guó)內(nèi)CCUS項(xiàng)目工程

國(guó)內(nèi)CCUS項(xiàng)目

國(guó)內(nèi)某電廠煙氣二氧化碳捕集示范裝置

國(guó)內(nèi)某知名水泥廠二氧化碳捕集示范裝置

國(guó)內(nèi)某知名水泥廠二氧化碳捕集示范裝置

國(guó)內(nèi)CCUS項(xiàng)目

國(guó)內(nèi)CCUS項(xiàng)目

我國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS（碳捕集、利用與封存）項(xiàng)目：齊魯石化——?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目全面建成

國(guó)家能源集團(tuán)年產(chǎn)15萬(wàn)噸CCUS示范工程

    年產(chǎn)30萬(wàn)噸煤化工CO?捕集項(xiàng)目在國(guó)家重要能源基地——陜西榆林建成投產(chǎn)，此次投產(chǎn)的項(xiàng)目依托煤制甲醇裝置及設(shè)施生產(chǎn)的高純度CO?氣體為原料進(jìn)行捕集，全部用于陜北地區(qū)油田驅(qū)油和地質(zhì)封存，將二氧化碳打入地下，將油驅(qū)出來(lái)。據(jù)了解，項(xiàng)目捕集能耗1.36吉焦/噸，成本105元/噸，是國(guó)內(nèi)CO?捕集項(xiàng)目中能耗和成本較低的裝置之一，項(xiàng)目投產(chǎn)后，每年可減排二氧化碳30萬(wàn)噸，相當(dāng)于植樹(shù)1668萬(wàn)棵。

    國(guó)內(nèi)某CCUS示范工程投運(yùn)后可實(shí)現(xiàn)CO?捕集率大于90%、CO?濃度大于99%、吸收劑再生熱耗低于2.4GJ/tCO2，整體性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為我國(guó)燃煤電廠大規(guī)模碳捕集和巴黎協(xié)定框架下國(guó)家自主貢獻(xiàn)碳減排目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

    該工程應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益，可為我國(guó)“碳達(dá)峰”“碳中和”事業(yè)做出重要貢獻(xiàn)。

    以上就是我們根據(jù)國(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)現(xiàn)狀和政策，和大家探討的二氧化碳捕集、利用及封存這項(xiàng)技術(shù)的項(xiàng)目背景、技術(shù)要點(diǎn)和應(yīng)用前景。