CO2的捕集与封存技术
摘要：温室气体过量排放严重威胁着人类的生存和发展，CO2的减排措施迫在眉睫。近年来兴起的碳捕集与碳封存(CCS)技术被看做是最具发展前景的解决方案之一。本文从燃烧前、富氧燃烧、燃烧后捕集技术和封存技术介绍全球二氧化碳捕集与封存技术发展现状及示范项目实施情况。针对传统二氧化碳捕集与封存技术的不足，介绍了目前最具发展潜能的新兴的二氧化碳捕集与封存技术。
关键词：温室气体；CO2；碳捕集与封存
二氧化碳是温室气体的主要成分，对温室效应的贡献占60%以上，而人类活动中CO2的产生主要来自于工业排放。据调查显示：近几年CO2平均每年放量在300亿吨以上，其中40%来自电厂，23%来自运输行业，22%来自水泥厂[1]。CO2由于其生命期可长达200年，对气候变化影响最大，因此被认为是全球气候变暖的首要肇事者，成为全球减缓温室气体排放的首要目标。近年来兴起的CO2捕集封存技术则日趋得到人们关注，成为各个国家竞相研究的热点以及国际社会应对气候变化的重要策略。碳捕获和存储技术是一种将工业和能源排放源产生的CO2进行收集、运输并安全存储到某处使其长期与大气隔离的过程，从而减少CO2的排放。科学家预测到2050年，CCS 技术可以减少全球20％的碳排放。
1CCS技术的发展现状
CCS技术是指将二氧化碳从相关排放燃烧源捕获并分离出来，输送到油气田、海洋等地点进行长期(几千年)封存，从而阻止或显著减少温室气体排放，以减轻对地球气候的影响。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋[2]。
目前按燃烧工艺划分二氧化碳捕集技术可以有燃烧前、富氧燃烧、燃烧后等三个主要发展方向。二氧化碳封存技术可分为陆上咸水层封存、海底咸水层封存、CO2 驱油、CO2驱煤层气、枯竭气田注入、天然气生产酸气回注等六个方向。现有二氧化碳捕集与封存技术各具特点同时也都有其发展的局限性，每个发展方向都有与之对应的大规模集成示范项目。目前全球很多地方都开展了二氧化碳捕集与封存的大规模集成
示范项目，其中开展较早、较有代表性有3个分别是挪威Sleipner项目、加拿大Weyburn 项目和阿尔及利亚In Salah项目等。这些项目有些将二氧化碳注入海底或地下，有些注入油田，以提高油田的采收率[3]。
2CO2捕集和封存的主要机理
CO2捕集和封存技术主要由3个环节构成：
(1) CO2的捕集，指将CO2从化石燃料燃烧产生的烟气中分离出来，并将其压缩至一定压力，以超临界的状态有效地储存于地质结构层中。
(2)CO2的运输，指将分离并压缩后的CO2通过管道或运输工具运至存储地。
(3)CO2的封存，指将运抵封存地的CO2注入到诸如地下盐水层、废弃油气田、煤矿等地质结构层或者深海海底或海洋水柱或海床以下的地质结构中。封存场址必须有合适的地质环境容量和可注入性、有满意的密封盖岩、有足够稳定的地质环境[4]。2.1 碳捕集技术
碳捕集的主要目标是化石燃料电厂、钢铁厂、水泥厂、炼油厂、合成氨厂等CO2的集中排放源。针对电厂排放的CO2捕集分离系统主要有3类：燃烧前系统、富氧燃烧系统以及燃烧后系统[4]。
燃烧前捕集技术以煤气化联合循环(IGCC)技术为基础，先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把二氧化碳在燃烧前就分离出来，不进入燃烧过程。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，其前景为学术界所看好。问题在于，传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的IGCC 电站，其建造成本是现有传统发电厂的2倍以上。目前IGCC项目发展较为迅速，在中国就有5个示范项目在运作过程中[5]。包括有华能天津200MW IGCC电站示范工程、中科院连云港IGCC示范工程、华电杭州200MWIGCC(水煤浆四喷嘴气化)电站示范项目、广东东莞天明电厂120MW IGCC改造项目和太阳洲4×200MW IGCC新建项目，其中天津项目已经通过初步调试。目前国外已建成投运IGCC电站约50余座，总装机约2000万kW。这些电站主要分布在美国、欧洲、日本等发达国家，像澳大利亚、韩国、印度也在积极推动IGCC 的发展。
富氧燃烧捕集技术(又被称为O2/CO2燃烧技术或空气分离/烟气再循环技术) 是针对燃煤电厂特点所发展的CO2减排技术。该技术利用空气分离获得的高纯氧和部分再
循环烟气混合物代替空气与燃料组织燃烧，从而提高了排烟中的CO2浓度。通过循环烟气来调节燃烧温度，同时循环烟气又替代空气中的N2来携带热量以保证锅炉的传热和锅炉热效率。富氧燃烧技术是一种既能直接获得高浓度CO2，又能综合控制燃煤污染物排放的新一代煤粉燃烧技术。目前世界上建成的采用富氧燃烧技术的中试规模以上的电站已经超过10个[6]，日本石川岛播磨，法国阿尔斯通和英国巴布库克都已经建成了煤粉炉O2/ CO2燃烧的示范电站。但是富氧燃烧技术的发展主要受空气分离氧气能耗大、燃烧后尾气污染物的产生和控制等一些技术问题的制约。
燃烧后捕集技术是针对燃料燃烧后烟气中CO2的分离路线，该技术适用性强，发展相对成熟。但是燃烧后二氧化碳捕集技术由于处理气体量大，烟气CO2浓度低等造成运行成本高、工艺流程复杂、项目投资大等方面的根本性问题尚未解决。燃烧后二氧化碳捕集技术主要包括化学吸收法、吸附分离法、膜分离法等。燃烧后二氧化碳捕集技术是针对燃料燃烧后烟气中CO2 的分离路线，该技术适用性强，发展相对成熟。但是燃烧后二氧化碳捕集技术由于处理气体量大，烟气CO2 浓度低等造成运行成本高、工艺流程复杂、项目投资大等方面的根本性问题尚未解决。燃烧后二氧化碳捕集技术主要包括化学吸收法、吸附分离法、膜分离法等。
2.2 碳运输
二氧化碳的运输主要有管道运输和罐装运输两种方式，技术上问题不大。管道运输是一种成熟的技术，也是运输二氧化碳最常用的方法，一次性投资较大，适宜运输距离较远、运输量较大的情况。罐装运输主要通过铁路或公路进行运输，仅适合短途、小量的运输，大规模使用不具有经济性。输送大量CO2最经济的方法是通过管道运输。管道运输的成本主要有3部分组成：基建费用、运行维护成本以及其它的如设计、保险等费用。特殊的地理条件，如人口稠密区等对成本很有影响，陆上管道要比同样规模的海上管道成本高出40％~70％，当运输距离较长时，船运将具有竞争力，船运的成本与运距的关系极大。
2.3 碳封存技术
碳封存技术相对于碳捕集技术也更加成熟，主要有3种：含盐咸水层封存、油气层封存和煤气层封存[7]。
咸水层封存是指将二氧化碳封存于距地表800m 以下的咸水层当中。通常咸水层
空气体积大，可封存相当多的二氧化碳。但是我国缺少咸水层地质情况的数据资料，目前尚不能实施咸水层封存。而且这项技术的投资也较大。
油气层封存分为废弃油气层封存和现有油气层封存。国际上有企业在研究利用废弃油气层的可行性，但并不被看好。要原因在于，目前对油气层的开采率只能达到30%~40%[7]，随着技术的进步，存在着将剩余的60%~70%的油气资源开采出来的可能性。所以，世界上尚不存在真正意义上的废弃油气田。而利用现有油气田封存二氧化碳被认为是未来的主流方向，这项技术被称为二氧化碳强化采油(CO2-EOR)技术，即将二氧化碳注入油气层，起到驱油作用，既可以提高采收率，又实现了碳封存，兼顾了经济效益和减排效益。这项技术起步较早，最近10 年发展很快，实际应用效果得到了肯定，也是我国优先发展的技术方向。
依据目前的采油技术，全球油田的采收率平均只有32%左右，如果采用CO2-EOR 技术，那么采收率可提高至40%~45%[8]。全球大概有9300×108t以上的二氧化碳可以被封存到油藏中，这个数值相当于2050 年全球累计排放量的45%。美国能源署发布的一份报告显示，目前美国剩余的石油可采储量200×108bbl，如果采用CO2-EOR技术提高可采储量的话，其可采储量最多可增加至1600×108bbl。煤气层封存是指将二氧化碳注入比较深的煤层当中，置换出含有甲烷的煤层气，所以这项技术也具有一定的经济性。但必须选在较深的煤层中，以保证不会因开采而造成泄漏。我国已经和加拿大合作开发了示范项目，投资高、效果不错。问题在于二氧化碳进入煤气层后发生融胀反应，导致煤气层的空隙变小，注入二氧化碳会越来越难，逐渐再也无法注入。所以，该技术并不为研究人员看好。
3 CCS技术面临的问题
CCS技术存在的最大风险是二氧化碳在地质储层中可能发生泄漏。考虑到未来二氧化碳封存的规模可能在亿吨级，如果封存的二氧化碳泄漏到大气中，可能会引发显著的气候变化[9]。此外，还有与二氧化碳管道运输相关联的局部突发的二氧化碳大量释放，若空气中二氧化碳浓度超过7%~10%，则会对人类生命和健康产生直接威胁。地下浅层二氧化碳浓度升高会对植物及土层动物造成致命的影响和地下水污染。
CCS技术成本包括捕集、输送与封存3部分，都要消耗大量的能源，成本高昂。IPCC在2005年对发电厂的CCS技术投资进行过估算[10]，应用CCS技术使发电成本
增加约0.01~0.05美元/(kW·h)，但如果项目中包括EOR，会使CCS造成的额外发电成本下降约0.01~0.02美元/(kW·h)。在大多数CCS系统中，捕集(包括压缩)成本所占比例最大。由于地区差异，不同CCS系统的成本存在较大差异，主要因素包括应用CCS 技术的电厂或工业设施的设计、运行和投资，使用燃料的类型、成本和运输距离，二氧化碳的输送地形和输送量，以及封存二氧化碳的类型和特点等。此外，CCS技术的组成部分和系统的绩效与成本的关系仍然存在不确定性。
4 总结
CCS技术被看作是解决全球气候变暖问题的最具发展前景的解决方案之一，世界上许多国家都开展了相关的研究工作。随着研究的不断深入，CCS 技术成本将进一步降低，应用前景广阔。
CCS技术的两大步骤是碳捕集和碳封存，此外还有二氧化碳运输等。碳捕集工艺中最具发展前景的是富氧燃料捕集，但制氧成本的降低还需要制氧技术的进一步发展。通过将二氧化碳封存入油气田，既可以减少二氧化碳排放，又可以提高油气田采收率，实际应用效果得到了肯定，也是我国优先发展的技术方向。
虽然近几年CCS技术得到了长足发展，但还面临着很多问题。如二氧化碳泄漏问题、技术难点、建设和运行成本高昂、缺乏相应的政策法规支持等，离真正大规模实际应用仍需相当长的时间。
我国积极参与温室气体减排行动，密切关注CCS技术进展，同时开展了相关的研究工作，并已着手建立大型的CCS示范工程，相信今后在全球CCS 活动中将会发挥更大的作用。
参考文献
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二氧化碳的捕集、封存与综合利用
前言 近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点，如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含量成为挑战人类智慧的难题。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的CO2排放源为燃煤的发电厂。从总量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二，预计到2025年，我国的CO2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国急需对所排放的二氧化碳进行捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。目前CO2的应用领域得到了广泛开拓，除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，工业、农业、国防、医疗等部门都在使用CO2。科学研究己经证明，CO2具有较高的民用和工业价值:以CO2为原料可合成基本化工原料；以CO2为溶剂进行超临界萃取；还可应用于食物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域；近年来开发出的新用途如棚菜气肥、保鲜、生产可降解塑料等也展现出良好发展前景。[1]
1.CO2捕集系统 CO2捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。依据捕获系统的技术基础和适用性，通常将火电厂CO2的捕集系统分为以下4种：燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术以及化学链燃烧技术。 1.1 燃烧后脱碳 燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后，如电厂的锅炉或者燃气轮机，从排放的烟气中脱除CO2的过程。 在燃烧后捕集技术中，由于烟气中CO2分压通常小于0. 15个大气压，因此需要与CO2结合力较强的化学吸收剂分离捕集CO2，用于CO2捕集的化学吸收剂主要是能与CO2反应生成水溶性复合物的有机醇胺类。目前在CO2捕集方面研究和采用较多是醇胺法(MEA法)。[2] 燃烧后捕集技术是一种成熟的技术，这种技术的主要优点是适用范围广，系统原理简单，对现有电站继承性好。但捕集系统因烟气体积流量大、CO2的分压小，脱碳 的捕集成本较高。 过程的能耗较大，设备的投资和运行成本较高，而造成CO 2 1.2 燃烧前脱碳 燃烧前脱碳就是在碳基原料燃烧前，采用合适的方法将化学能从碳中转移出来，然后将碳与携带能量的其他物质分离，从而达到脱碳的目的。燃烧前分离捕集CO2实质上是H2和CO2的分离，由于合成气的压力一般在2. 7MPa以上(取决于气化工艺)，CO2的分压远高于化石燃料在空气燃烧后烟气中的CO2分压。典型的燃烧前CO2捕集流程分三步实施: (1)合成气的制取：将煤炭、石油焦、天然气等燃料与水蒸气、氧气进行不完全的燃烧反应，生成CO和H2的合成气。 (2)水煤气变换：将合成气的CO进一步与水蒸气发生CO变换反应，生成CO2和H2。 (3)H2/CO2分离：将不含能量的CO2同能量载体H2分离，为后续的氢能量利用和CO2封存等作准备。[3] 燃烧前捕集技术的成本比燃烧后捕集技术的成本低，具有较大的发展潜力。
碳捕捉与封存 链接：https://www.doczj.com/doc/7a2043860.html,/baike/2285.html 碳捕捉与封存 百科名片 碳捕捉，就是捕捉释放到大气中的二氧化碳，压缩之后，压回到枯竭的油田和天然气领域或者其他安全的地下场所。吸引力在于能够减少燃烧化石燃料产生的有害气体——温室气体。在世界石油会议（WPC）上，能源行业的老总们都热切希望把它当作一个解决气候将变暖的方案。但是，技术瓶颈仍然存在，大规模发展的价格依然昂贵，让项目进行困难重重。 封存 一个经常被谈及的可能性就是碳捕捉和封存（CCS），也就是把二氧化碳深埋于地下。能源公司对这项技术有着很高的期望。 但是有两个问题。其一是没人知道这项技术是不是真的那么管用（或者说，是不是深埋的二氧化碳不会泄露）。另外一点便是虽然我们还不知道效果如何，可以肯定的一点是CCS技术很贵--它高昂的成本甚至使替代能源都显得十分具有吸引力。 原理 捕捉 “捕捉”碳并不难。二氧化碳和胺类物质发生反应。二者在低温情况下结合，在高温中分离。这样，可以使电厂产生的废气在排放前通过胺液，分离出其中的二氧化碳；之后在适当的地方加热胺液就可以释放二氧化碳。更好的方法是使煤和水发生反应，产生一种二氧化碳和氢气的混合物。在这种混合物中二氧化碳含量比一般电厂废气中的更高，所以更容易分离。之后燃烧的就是纯氢气了。 这套处理工序成本很高，但没有证据表明这个方 碳捕捉 法是没有效果的。丹麦一家使用单乙醇胺做二氧化碳吸收剂的实验厂已经运行了两年。法国的阿尔斯通公司一所设在威斯康星的使用氨水捕捉碳的实验基地也即将建成完工。 埋藏 真正麻烦的是下一个步骤。二氧化碳需要长期埋藏，因此必须达到很多要求。要成功地封存二氧化碳，需要一块在地平面1000米以下的岩体。在这样的深度，压力会将二氧化碳转换成所谓的“超临界流体”，只有这样状态的二氧化碳才不容易泄露。另外，这片岩体还要有足够多的气孔和裂缝来容纳二氧化碳。最后，还需要一块没有气孔和裂缝的岩层来防止泄露。 原文地址：https://www.doczj.com/doc/7a2043860.html,/baike/2285.html 页面 1 / 1
附件 二氧化碳捕集、利用与封存环境风险评估技术指南（试行）Technical Guideline on Environmental Risk Assessment for Carbon Dioxide Capture,Utilization and Storage(on Trial)
目次 前言 (5) 1总则 (6) 1.1适用范围 (6) 1.2规范性引用文件 (6) 1.3术语与定义 (6) 2环境风险评估工作程序 (7) 2.1评估流程 (7) 2.2评估范围 (8) 3主要环境风险源 (8) 3.1捕集环节的环境风险源 (8) 3.2运输环节的环境风险源 (9) 3.3地质利用与封存环节的环境风险源 (9) 4环境风险受体 (10) 5确定环境本底值 (10) 6环境风险评估 (10) 6.1环境风险可能性界定 (10) 6.2影响界定 (10) 6.3环境风险水平评估 (11) 7环境风险管理 (11)
前言 为贯彻落实《关于加强碳捕集、利用和封存试验示范项目环境保护工作的通知》（环办[2013]101号）要求，规范和指导二氧化碳捕集、利用与封存项目的环境风险评估工作，制定本指南。 本指南以当前技术发展和应用状况为依据，规定了一般性的原则、内容以及框架性程序、方法和要求，可作为二氧化碳捕集、利用和封存环境风险评估工作的参考技术资料。 本指南为首次发布，将根据环境管理要求及技术发展情况适时修订。 本指南由环境保护部科技标准司组织制定。 本指南主要起草单位：环境保护部环境规划院、中国科学院武汉岩土力学研究所、环境保护部环境工程评估中心和中国地质调查局水文地质环境地质调查中心。 本指南自2016年7月1日起实施。 本指南由环境保护部解释。
CO2捕捉及封存技术研究进展* 钟栋梁1刘道平2邬志敏2 （1.重庆大学动力工程学院，重庆 400030；2.上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093） 摘要重点讨论了CO2捕捉与封存技术，包括针对火力发电厂的后燃烧处理、预燃烧处理和加氧燃烧处理技术，以及针对CO2固定的植树造林、海洋施肥、光合作用、矿物碳化和气体水合物等技术，期望为CO2捕捉与封存技术的研发提供重要参考。 关键词CO2大气环境煤烟气捕捉 Progress in the development of carbon dioxide capture and sequestration technologies Zhong Dongliang1，Liu Daoping2，Wu Zhimin2.(1.School of Power Engineering，Chongqing University，Chongqing 400030；2.School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093) Abstract：The huge amount of CO2 emitted into the atmosphere has been threatening the earth environment seriously. This paper emphatically discussed the technologies of CO2 capture and sequestration, including post-combustion process, pre-combustion process and Oxy-combustion process, which are mainly used in the fossil-fueled power plants. The process such as forestation, ocean fertilization, photosynthesis, mineral carbonation, and gas hydrate are widely used for carbon fixation. The introduction of these technologies is in the hope of making valuable references for the development of carbon dioxide capture and sequestration technologies. Keywords：carbon dioxide；atmospheric environment；coal；flue gas；capture 20世纪世界人口和能源消耗迅速增长。地球总人口翻了四番，超过了62亿。能源消耗从0.9×109 t石油当量（TOE）上升到1.02×1010 t。20世纪的煤炭消耗量占能源消耗总量的43％，石油消耗量占31％，天然气约占15%，而核能和水电的累积总量不超过10％，见图1，因此20世纪也被称作煤炭世纪[1]。本世纪人类社会除了面临能源供应紧张问题，还面临环境保护的巨大压力，尤其是温室效应问题。目前，世界能源消耗的85％来自化石燃料，火力发电厂的CO2排放占全球CO2总排量的40％，其中燃煤发电厂所占比重最大[2]。国际政府间气候变化专门委员会（IPCC）预测，2100年全球平均气温上升1.9 ℃，海平面升高38 m，同时伴随多个物种的灭绝[3]。因此，CO2作为最主要的温室气体，设法对其进行减排、捕捉和封存成为各国关注的焦点，同时也是世界各国科学研究人员急需解决的重大课题。 减少CO2排放量，目前主要有3种方式：（1）降低能源强度；（2）减少碳排放强度；（3）加强CO2隔离。第1种方式要求高效利用现有能源；第2种方式要求使用非化石燃料，例如，使用氢气或可再生能源；第3种方式则要求高度发展CO2分离和捕捉技术。CO2捕捉与封存技术被认为是缓解环境压力的中期解决方案，因为它允许人类继续使用化石能源直到可再生能源技术发展成熟。RIAHI等[4]研究了包含经济、人口及能源需求等因素的CO2 1第一作者：钟栋梁，男，1980年生，博士，研究方向为能源利用及水合物技术研究。 * 国家自然科学基金资助项目（No.50276038）。 1
863计划资源环境技术领域重点项目 “二氧化碳的捕集与封存技术”课题申请指南 一、指南说明 全球气候变暖已成为国际热点问题，二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。如何减少二氧化碳排放，降低大气中二氧化碳浓度，是人类面临的共同难题。研究开发具有我国自主知识产权的、经济高效的二氧化碳捕集与封存技术，推动二氧化碳减排，对于实现我国社会经济可持续发展和营造良好的国际环境具有重要意义。 本项目针对二氧化碳减排的迫切需求，瞄准国际技术前沿，研发吸附、吸收等二氧化碳捕集技术，探索二氧化碳封存技术，为我国二氧化碳减排提供科技支撑，项目下设3个课题。 二、指南内容 课题一、二氧化碳的吸收法捕集技术 研究目标： 研发先进实用的CO2高效吸收溶剂、吸收塔填料以及新型高效吸收分离设备和分离技术，发展CO2吸收分离过程模拟和集成优化新技术，通过关键技术的突破，着重研究解决CO2捕集的高能耗和高费用问题，进行中间试验并进行技术经济与风险评价，形成具有自主知识产权的吸收法捕集CO2的技术方案。 研究内容： （1）新型高效吸收溶剂的研制 针对燃煤电厂等工业的CO2排放源，采用分子模拟、分子设计和
实验研究相结合的方法开发高性能、低能耗和低腐蚀性的化学、物理及化学物理耦合吸收溶剂。测定其中CO2的吸收溶解度和吸收-解吸动力学，建立相应的溶解度和动力学模型，研究吸收性能和溶剂分子结构的定量关系，根据不同气体情况研制和优化溶剂体系，并进行硫、碳一体化脱除、以及膜—吸收耦合等新技术的探索性研究。 （2）特大型吸收设备强化和过程优化 通过先进的实验测量技术、计算流体力学模拟和实验相结合的方法，研究特大型分离设备强化的途径,研制高效吸收塔填料等塔内构件；发展CO2吸收分离过程模拟优化技术，研究节能降耗的新流程，继而形成吸收法捕集CO2的集成技术方案及开发平台。进行中间试验，获取工艺和能耗数据，进行技术经济与风险评价。 主要考核指标： （1）针对燃煤电厂等工业的CO2排放源，研发1～2项具有自主知识产权的、国际先进水平的高效吸收溶剂。 （2）研发1～2项具有自主知识产权的、国际先进水平的高效吸收塔填料。 （3）通过过程模拟优化和中间实验，形成1～2种具有自主知识产权的吸收法捕集CO2的新技术。 （4）中间试验规模和指标： 常压（1bar），试验规模为吸收塔径≥200mm，气体处理量≥60万标准立方米/年，对溶剂的指标要求是在气体含8－15％的CO2的情况下对CO2的循环吸收量≥50～60克/升； 中高压（≥20bar），试验规模为吸收塔径≥60mm，气体处理量≥60万标准立方米/年，对溶剂的指标要求是在气体含30～40％CO2的情况下对CO2的吸收量≥37～50克/升；
我国碳捕集、利用和封存的现状评估和发展建议 碳捕集、利用和封存（以下简称“CCUS”）技术是未来全球实现大规模减排的关键技术之一，也是我国实现长期绝对减排和能源系统深度低碳转型的重要技术选择。2016年10月，国务院发布了《“十三五”控制温室气体排放工作方案》，提出“在煤基行业和油气开采行业开展碳捕集、利用和封存的规模化产业示范”、“推进工业领域碳捕集、利用和封存试点示范”，为我国下一步发展CCUS指明了方向。本文在深入研究和调研的基础上，总结评估了“十一五”以来我国CCUS的发展状况，分析了我国推动CCUS发展面临的挑战，提出了中长期推动我国CCUS发展的思路和政策建议。 一、我国发展CCUS的重要意义 CCUS是实现我国长期低碳发展的重要选择。国际上将碳捕集与封存（以下简称“CCS”）1作为实现长期绝对减排的重要措施。在国际能源署（IEA）的2℃情景下，到2050年，CCS将贡献1/6的减排量；2015-2050年间，CCS累计减排占全球总累计减排量的14%，其中中国CCS的减排贡献约占1/3。根据西北太平洋实验室及中国科学院武汉岩土力学研究所的测算，中国当前有超过1600个大型CO2排放源，包括火电厂、水泥厂、钢铁厂等，技术上可实现的碳捕集量超过 1 CCS与CCUS称呼略有不同但实质基本相同。国际上常用CCS，主要包括三个环节，即对二氧化碳进 行捕集、运输和地质封存；中国在此基础上，结合本国实际提出CCUS，在原有三个环节基础上增加了CO2 利用环节，可将CO2资源化利用并产生经济效益，在现有技术发展阶段更具有实际操作性。
38亿吨CO2，而通过强化采油、驱煤层气和盐水层封存等方式可封存的容量分别为10、10和1000亿吨CO2。此外，中国源汇匹配条件好，90%以上的大型碳源距潜在封存地在200公里以内。 CCUS是实现我国煤基能源系统低碳转型的必然选择。我国能源结构以煤为主，虽然近些年国家已经采取了极为严格的控煤措施并取得了显著成效，但预计在未来相当长时间内，煤炭消费总量仍将维持相当规模。例如，从发电用能结构看，即便煤炭占比以每年2个百分点的速度下降，降到30%仍需要15-20年的时间。CCUS同煤基能源的发展具有很好的耦合性，尤其在煤化工、火力发电等行业，尽管当前其实施成本仍较高，但如果碳排放的外部成本能被充分考虑并实现其内部化，将极大提升CCUS在这些行业的应用空间。随着国家对碳排放控制要求的不断提升和能源生产消费革命的积极推进，为实现我国能源系统的绿色低碳转型，CCUS应该也必然会成为煤炭合理化和清洁化利用的一个重要举措。 CCUS是促进我国低碳产业发展的重要支撑。尽管我国CCUS技术的发展起步较晚，但国家对CCUS技术的研发和示范非常重视，过去十几年投入了大量科研经费，推动CCUS技术水平不断提升。在碳捕集、利用和封存各个环节的技术水平上，我国都已经与发达国家处于同一水平线。未来如进一步加大CCUS技术示范力度，促进技术应用成本的不断下降，能逐步实现技术的规模化应用，不仅有助于我国在低碳技术领域占据国际制高点，更能带动相关低碳产业的发展和壮大。 CCUS是提升我国能源安全的积极动力。我国政府特别强调要加
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
浅析碳捕集与封存技术 黄丹 20090390105 （郑州大学09级化工与能源学院热能与动力工程一班） 1.摘要 [Abstract] 全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存(CCS)技术被看作是最具发展前景的解决方案之一，随着研究的不断深入，CCS技术成本将进一步降低。碳捕集工艺按操作时间可分为燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集，其中最有发展前景的是富氧燃烧捕集。我国在CCS技术的研究上进行了大量工作，CCS技术已被列入“973计划”和“863计划”，但仍面临着很多问题，如二氧化碳泄漏问题、技术难点、建设和运行成本高昂等。好在种种迹象表明，随着全球气候问题的加剧，各国政府越来越重视CCS技术的研发和利用。 【关键词】 CCS技术二氧化碳碳捕集封存 Carbon Capture and Sequestration Technology [Abstract] Carbon capture and sequestration (CCS) technology is seen as one of the most promising solutions to deteriorating climate changes. As research progresses，the cost of CCS is set to decline. By operational time，carbon capture technology can be categorized into pre-combustion capture，enriched oxygen combustion capture and post-combustion capture technologies，of which the enriched oxygen combustion capture technology is the most promising. China has done a lot of work on the research of CCS technology. The development of this technology has been listed in the country′s 973 Plan and 863 Plan. Although substantial advance has been made in CCS technology ，many challenges remain，such as the leakage of CO2，technical bottlenecks and high facility construction and operational costs. The good news is that as global climate problems worsen，governments across the globe are putting increasing emphasis on the research，development and utilization of CCS technology. [Keywords] CCS technology；carbon dioxide；carbon capture；carbon sequestration 2引言 全球气候变暖问题已经越来越严重，目前二氧化碳在大气中的含量水平为百万分之三百八十五，而其正以每年3%的速度增长。按这个速度发展，到2100年，空气中的二氧化碳的聚集量将达到百万分之一千一百，温室效应造成的高温将不适合任何动物的生存，人类社会则将在这一进程中崩溃。然而，时至今日，全球有80%的能源来自煤炭、石油和天然气等化石能源。水电和核能虽然成本并不高，但环境条件限制了其发展规模。至于风能、太阳能和生物质能等新能源，虽然环保前景喜人，但受高成本和技术不成熟等客观因素制约，这些新能源完全取代传统的化石能源仍处于探索阶段，真正做到大规模商业化开发还需很长时间。因此，发展可靠技术、减少化石燃料的温室气体排放是一个明智的“缓兵之计”。
二氧化碳封存的几种方法 二氧化碳是大气中的主要温室气体，温室气体会截留从地面上反射的太阳光，因此大气中高浓度 的二氧化碳含量会迫使全球气候变暖，导致洪水、严重的热带风暴、沙漠化和热带地区扩大等问题。 大气中的二氧化碳主要是由燃烧化石燃料产生的，在工业革命时期，大量释放的二氧化碳堆积在 大气中，而人类生活质量的提高也导致大气中额外的二氧化碳堆积。 目前降低大气中二氧化碳的方法包括对能源的合理和有效使用；用天然气代替煤做燃料；用风能、太阳能和核能代替化石能源；通过热带雨林、树木或农场等的陆地封存，海洋处置，矿物封存以 及地质封存等。其中，利用自然界光合作用等方式来吸收并贮存二氧化碳，是最直接且副作用最 小的方法。 海洋处置 海洋处置是指通过管道或船舶将二氧化碳运输到海洋封存的地点，将二氧化碳注入海洋的水柱体 或海底。被溶解和消散的二氧化碳随后会成为全球碳循环的一部分。 这一方法存在许多问题。一是海洋处置费用昂贵。二是二氧化碳进入海洋会对海洋生态系统产生 危害。研究表明，海水中如果溶解了过多的二氧化碳，海水的 PH 值就会下降，这可能对海洋生 物的生长产生重要影响。三是海洋处置绝非一劳永逸之举，贮藏在海洋中的二氧化碳会缓慢地逸 出水面，回归大气。因此，二氧化碳的海洋处置只能暂时缓解二氧化碳在大气中的积累。地质封 存 地质封存 地质封存是将二氧化碳加压灌注至合适的地层中，用地层的孔隙空间储存二氧化碳。该地层之上 必须有透水层作为盖层，以封存注入的二氧化碳，防止泄漏。在石油采钻业中，通常的做法是用 钻孔机将二氧化碳注入地层以采集更多的石油。全球都可能存在适合二氧化碳封存的沉积盆地， 包括沿海地区。 如果二氧化碳从封存的地点泄漏到大气中，那么就可能引发显著的气候变化。如果泄漏到地层深处，就可能给人类、生态系统和地下水造成灾害。此外，对地质封存二氧化碳效果进行测试的科 学家发现，被注入地层深处的二氧化碳还会破坏贮藏带的矿物质。 矿石碳化 矿石碳化是指利用碱性和碱土氧化物，如氧化镁和氧化钙将二氧化碳固化，这些物质目前都存在 于天然形成的硅酸盐岩中，如橄榄石等。这些物质与二氧化碳化学反应后产生如碳酸镁和碳酸钙(即石灰石)等化合物。二氧化碳碳化后不会释放到大气中，因此相关的风险很小。但矿石碳化的 自然发生过程非常缓慢，因此其研究重点在于寻找各种加工途径使这一进程加快。
二氧化碳捕集与封存成本估算 一、假想项目 在我国，化石燃料主要用于电力、交通运输和化工等行业。而交通运输业用能较分 散，不易大规模捕集二氧化碳；所以，电力和化工是我国控制二氧化碳排放量的重点行业。由于海洋封存还仅停留在实验室研究阶段，在本文中也未考虑，仅考虑EOR（强化石油开采）、ECBM（强化煤层气开采）和Aqufier（深部盐水层封存）。本文共假想了8 个中国CCS 项目。这些CCS 项目有如下假设：1. 原料均为煤；2. 所有CCS 项目都采用燃烧后脱碳技术，吸收剂为MEA；3. 国内燃煤机组的运行小时数为5500 小时，即负荷运行系数为5500/(24×365)=0.63；4. 合成氨厂负荷运行系数为0.85；5. 燃煤电厂的CO2 排放因子为0.81kg/KWh，合成氨厂的CO2 排放因子为3.8t/t 氨；6. 采用管道运输CO2；7. EOR和ECBM的封存量不大于现行项目的最大封存量，100Mt/y，深部含盐水层封存则不受此限制。 表1假想ccs项目 注释:EOR 二、CCS 项目成本分析 2.1总论 CCS 项目按照过程可分为捕集、压缩、运输和封存四个主要过程。有些文献也将压缩过程合并到捕集过程中。IPCC、Hendriks、David等对CCS 项目进行了经济性分析， 本文将主要参考这些研究成果对中国假想的CCS 项目进行成本分析。 Hendriks研究了燃烧后脱除CO2 的各种过程的碳捕集成本，得出： 对于煤基合成氨厂，变换后的合成气要进行脱硫、脱碳处理而获得氢气，脱硫、脱碳剂均为MEA。脱硫过程中，合成气中大约30-40％的CO2 也会随着H2S 和SO2 等硫化物一起脱除；而在随后的脱碳过程中60-70% 的CO2 会以纯CO2 的形式被脱除。对于60 万吨 合成氨厂，仅有52％的CO2 被捕集，所有的CO2 均可以来自脱碳过程产生的纯CO2，因
碳收集中的二氧化碳捕获封存技术(CCS) CO2作为含碳能源消耗过程中产生的最主要温室气体，设法对其进行节能减排而捕捉和封存成为各国关注的焦点。本文综述了碳捕获和碳封存的技术方法，以及CCS技术在储存方面存在的问题。 CCS技术概述 二氧化碳（CO2）捕获和封存技术（Carbon Capture and Storage）简称CCS技术。CCS 技术是减少排放二氧化碳，迈向低碳，应对全球气候变暖的重要手段。 CCS技术是将工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，将其输送并封存到海底或地下等与大气隔绝的地方。通过此过程，CO2将被压缩、输送并封存在地质构造、海洋、碳酸盐矿石中，或是用于工业流程。 它主要用于处理大型的CO2点源排放，例如大型化石燃料或生物能源设施，主要CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以及基于化石燃料的制氢工厂等。 CCS技术目前仍有很多亟待解决的问题，包括： ①二氧化碳的永久安全埋存； ②二氧化碳能否对环境产生负面影响，特别是生物多样性； ③如何采取国际协商一致的程序以独立核查监测二氧化碳的相关活动； ④怎样降低碳捕集埋存的成本，以大规模实施这一技术等。
找到解决这些问题的方法需要进行相应的工业实践及理论研究。 在理论上，CO2的捕获封存技术包含了捕获和封存两个方面。碳捕获分为燃烧前捕获、富氧燃烧捕获和燃烧后捕获。碳封存方式有地质封存、工业利用、矿石碳化及生态封存等，其中地质封存是主流方式。 碳捕获 1.燃烧前捕集技术 燃烧前捕集技术的反应阶段如下： 首先化石燃料先同氧气或者蒸汽反应，产生以CO2和H2为主的混合气体（称为合成气）。 待合成气冷却后，再经过蒸汽转化反应，使合成气中的CO转化为CO2，并产生更多的H2。 最后，将H2从CO2与H2的混合气中分离，干燥的混合气中CO2的含量可达15%～60%，总压力2～7MPa。 CO2从混合气体中分离并捕获和存储，H2被用作燃气联合循环的燃料送入燃气轮机，进行燃气轮机与蒸汽轮机联合循环发电。这一过程也就是考虑了碳的捕获和存储的煤气化联合循环发电（IGCC）。 从CO2和H2的混合气中分离CO2的方法包括：变压吸附、化学吸收、物理吸收（常用于具有高的CO2分压或高的总压的混合气的分离）、膜分离（聚合物膜、陶瓷膜）等。
全球科技经济嘹望２００９年９月第２４卷第９期 大规模用于天然气分离ＣＯｚ的技术相似；燃烧前收集碳技术现已大规模应用于生产氢气；富氧燃烧收集ＣＯ：的技术还处于示范阶段。 １．燃烧后捕获：燃烧后捕获是在排放废气中把ＣＯｚ捕获，是目前从大气中捕获ＣＯ：的主要方法。燃烧后捕获系统从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体中分离ＣＯ：。这些系统通常使用液态溶剂从主要成分为氮（来自空气）的烟气中捕获少量的ＣＯ：成分（一般占体积的３％一１５％）。对于现代粉煤（ＰＣ）电厂或天然气复合循环（ＮＧＣＣ）电厂，目前的燃烧后捕获系统通常采用某一种有机溶剂。由于必须利用化学吸收剂从废气中把ＣＯ：捕捉住，使得捕获成本偏高。 ２．燃烧前捕获：是由源头直接产生高浓度的ＣＯ：。燃烧前捕获是在一个有蒸汽和空气或氧的反应器中处理一次燃料，产生主要成分为一氧化碳和氢的混合气体（“合成”气体）。在第二个反应器内（“变换反应器”）通过一氧化碳与蒸汽的反应生成其余的氢和ＣＯｚ。可从最后产生的由氢和ＣＯ：组成的混合气体分离出一个ＣＯ：气流和一个氢流。若把该合成气做为燃烧或发电用的燃料，燃烧后排放废气中的ＣＯｚ浓度就可高达４０％－６０％。这时再利用捕获技术把ＣＯ：浓度至９０％以上，显然较直接燃烧后的低浓度ＣＯ：的捕获更经济。如果ＣＯ：被封存，氢就成为无碳的能源载体，可用来燃烧发电，但成本较高。燃烧前捕获系统可以在采 燃烧后 燃烧前 氧燃料 上业过程用综合汽化复合循环（ＩＧＣＣ）技术的电厂中使用。 ３．富氧燃烧：还有一种由燃烧源头直接产生高浓度ＣＯ：的方法，就是利用富氧燃烧。一般燃烧是以空气提供燃烧所需的氧气，氧气浓度仅约２ｌ％，若改以高浓度或９５％以上的氧气，则称为富氧燃烧或纯氧燃烧。这是燃料中的碳与氢在纯氧中燃烧，由于少了空气中的氮气，燃烧后的废气含有９０％以上的ＣＯ：，便不需要再经由ＣＯ：捕获或分离程序，通过对气流进行冷却和压缩清除水汽就能直接把ＣＯ：压缩封存或再利用。目前富氧燃烧技术仍在研究发展中，德国对该项技术的研究处于领先水平，已制造出了示范模拟设备。 （二）ＣＯｚ的运输 除非工厂直接位于地质封存地上部，否则收集到的ＣＯ：必须运送到一个合适的场所进行封存。由于ＣＯ：既不是爆炸气体，又无毒无味，所以适合于铁路、公路和船运，如果运输量较大，可以采用管道运输，可降低运输的成本。在运输工程中，ＣＯ：气体处于高压下，以便于运输和提高运输效率，降低运输成本。 （三）Ｃ０２的封存 ＣＯ：封存方式又分成４种：一是通过化学反应将ＣＯｚ转化成固体无机碳酸盐；二是工业直接应用，或作为多种含碳化学品的生产原料；三是注入海洋１０００米深处以下；四是注入地下岩层。第四种方式最具潜力，向地层深处注入Ｃ０：的技术， 一４０一一村■天镍气．■．一簟 图１ＣＯ。捕获方法示意图 在很多方面与油气工业已开发成功 的技术相同，有些技术从２０世纪８０ 年代末就开始使用了。 １．矿石碳化 矿石碳化是指利用碱性和碱土 氧化物，如氧化镁（（ＭｇＯ）和氧化 钙（ＣａＯ）将ＣＯ：固化，这些物质目 前都存在于天然形成的硅酸盐岩 中，例如：蛇纹岩和橄榄石。这些 物质与ＣＯ：化学反应后产生诸如碳 酸镁（ＭｇＣＯ，）和碳酸钙（ＣａＣＯ，， 通常称作石灰石）这类化合物。地 壳中硅酸岩的金属氧化物数量超过 了固化所有可能的化石燃料储量燃 烧产生的Ｃ０２量。矿石碳化产生出
CO2的捕集与封存技术 摘要：温室气体过量排放严重威胁着人类的生存和发展，CO2的减排措施迫在眉睫。近年来兴起的碳捕集与碳封存(CCS)技术被看做是最具发展前景的解决方案之一。本文从燃烧前、富氧燃烧、燃烧后捕集技术和封存技术介绍全球二氧化碳捕集与封存技术发展现状及示范项目实施情况。针对传统二氧化碳捕集与封存技术的不足，介绍了目前最具发展潜能的新兴的二氧化碳捕集与封存技术。 关键词：温室气体；CO2；碳捕集与封存 二氧化碳是温室气体的主要成分，对温室效应的贡献占60%以上，而人类活动中CO2的产生主要来自于工业排放。据调查显示：近几年CO2平均每年放量在300亿吨以上，其中40%来自电厂，23%来自运输行业，22%来自水泥厂[1]。CO2由于其生命期可长达200年，对气候变化影响最大，因此被认为是全球气候变暖的首要肇事者，成为全球减缓温室气体排放的首要目标。近年来兴起的CO2捕集封存技术则日趋得到人们关注，成为各个国家竞相研究的热点以及国际社会应对气候变化的重要策略。碳捕获和存储技术是一种将工业和能源排放源产生的CO2进行收集、运输并安全存储到某处使其长期与大气隔离的过程，从而减少CO2的排放。科学家预测到2050年，CCS 技术可以减少全球20％的碳排放。 1CCS技术的发展现状 CCS技术是指将二氧化碳从相关排放燃烧源捕获并分离出来，输送到油气田、海洋等地点进行长期(几千年)封存，从而阻止或显著减少温室气体排放，以减轻对地球气候的影响。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋[2]。 目前按燃烧工艺划分二氧化碳捕集技术可以有燃烧前、富氧燃烧、燃烧后等三个主要发展方向。二氧化碳封存技术可分为陆上咸水层封存、海底咸水层封存、CO2 驱油、CO2驱煤层气、枯竭气田注入、天然气生产酸气回注等六个方向。现有二氧化碳捕集与封存技术各具特点同时也都有其发展的局限性，每个发展方向都有与之对应的大规模集成示范项目。目前全球很多地方都开展了二氧化碳捕集与封存的大规模集成
1.碳捕获和存储技术研究进展 一、前言 政府间气候变化专门委员会(IPCC)在第三次评估报告¨中指出，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。而这一气候变化的发生是与大气中温室气体的增加所产生的自然温室效应紧密联系的。CO2是其中对气候变化影响最大的气体，它产生的增温效应 占所有温室气体总增温效应的63％，且在大气中的留存期最长，可达到200年。 一系列的研究表明全球气候变化对自然生态系统造成重大影响，进而威胁到人类社会的生存和发展。为了应对气候变化可能带来的不利影响，20世纪80年代末以来，国际社会对气候变化问题给予了极大的关注和努力。1992年通过的《联合国气候变化框架公约》(以下简称公约)表达了国际社会应对气候变化挑战的行动意愿，是为解决气候变化问题建立的基 本国际政治和法律框架。1997年通过的《京都议定书》(以下简称议定书)规定了2008-2012年全球减少排放温室气体的具体目标，提出了发达国家减少温室气体排放的量化指标，该议定书已于2005年2月16日正式生效。 为了尽可能减少以二氧化碳(CO2)为主的温室气体排放，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的解决途径。近年来兴起的二氧化碳捕获与封存(ccs)技术成为研究的热点和国际社会减少 温室气体排放的重要策略。 二、碳捕获和存储的科学和方法学问题 碳捕获和存储的种类很多，本文主要介绍地质碳捕获和存储(包括陆地地质结构和海底以下地质结构)及海洋碳捕获和存储。海洋碳捕获和存储主要有2种方式：一是将CO2通过固定管道或移动船舶注入或溶解到水柱中(通常在地下1 km)；二是通过固定管道或离岸平台 将其存放于深于3 km的海底。海洋碳捕获和存储及其生态影响仍处于研究阶段，因此，国际社会推动的只是地质碳捕获和存储，本文也不对海洋碳捕获和存储的技术及影响进行研究。 另外，地质碳捕获和存储与陆地、海洋生态系统的固碳是不同的，陆地、海洋生态系统对CO2的吸收是一种自然碳捕获和存储过程。陆地和海洋植物在其生长过程中，需要利用CO2合成有机物，它们能够在一定的浓度范围内吸收CO2。 2.1 碳捕获和存储的概念
常用的CO2回收利用方法有： （1）溶剂吸收法：使用溶剂对CO2进行吸收和解吸，CO2浓度可达98％以上。该法只适合于从低浓度 CO2废气中回收CO2，且流程复杂，操作成本高。 （2）变压吸附法：采用固体吸附剂吸附混合气中的 CO2，浓度可达60％以上。该法只适合于从化肥厂变换气中脱除CO2，且CO2浓度太低不能作为产品使用。 （3）有机膜分离法：利用中空纤维膜在高压下分离 CO2，只适用于气源干净、需用CO2浓度不高于90％的场合，目前该技术在国内处于开发阶段。 （4）催化燃烧法：利用催化剂和纯氧气把CO2中的可燃烧杂质转换成CO2和水。该法只能脱除可燃杂质，能耗和成本高，已被淘汰。 上述方法生产的CO2都是气态，都需经吸附精馏法进一步提纯净化、精馏液化，才能进行液态储存和运输。吸附精馏技术是上述方法在接续过程中必须使用的通用技术。 美国电力研究院（EPRI）所作的研究指出，在发电厂中采用氨洗涤可使CO2减少10%，而较老式的MEA（胺洗涤）法可使CO2减少29%。 世界新的CO2回收和捕集技术正在加快发展之中。 1? 脱除CO2新溶剂 巴斯夫公司和日本JGC公司已开始联合开发一种新技术，可使天然气中含有的CO2脱除和贮存费用削减 20%。该项目得到日本经济、贸易和工业省的支持。 CO2可利用吸收剂如单乙醇胺（MEA）从燃烧过程产生的烟气中加以捕集，然而，再生吸收剂需额外耗能，对于MEA，从烟气中回收CO2需耗能约 900kcal/kgCO2，通常这是不经济的。日本三菱重工公司（MHI）与关西电力公司（KEPCO）合作，开发了新工艺，可给CO2回收途径带来新的变化。MHI发现的CO2新吸收剂是称为KS-1和KS-2的位阻胺类，其回收所需能量比MEA所需能量约少20%。因为KS-1和 KS-2对热更稳定、腐蚀性也比MEA小，因此操作时胺类的总损失约为常规吸收剂的1/20。对于能量费用不昂贵的地区，大规模装置使用新的工艺，CO2回收费用（包括压缩所需费用）约为20美元/tCO2，它比基于MEA的常规方法低约30%。MHI已在马来西亚一套尿素装置上验证了这一技术，可从烟气中回收 200tCO2/d。 巴斯夫公司实验室试验表明，采用新型溶剂从发电厂排放物中脱除CO2，具有耐用和耗能少的优点。这种溶剂由巴斯夫公司与欧盟“捕集CO2并贮存”开发项目组共同开发。2006年3月已在位于丹麦Esbjerg（埃斯比约）的世界最大的中型煤发电装置上试用。首次试验采用MEA作为参比溶剂。捕集CO2所用溶剂的重点在于减少脱除CO2所需的能量，如果需要能量太高，会减少电厂的电力产量。例如，燃煤电站使用常规的MEA溶剂捕集CO2，会使发电量减少30%～45%。新开发的溶剂可除去或收集燃烧过程中排放出来的CO2。从电厂排放气中除去CO2，先是用化学溶剂把CO2结合住，然后，溶剂在返回到工艺前释放出这种CO2。为防止CO2跑到大气中，需要将它冷凝和储存，例如，存放在岩石的含水层（砂石含水层）中、矿层中或原来的石油天然气矿层中。但常规的溶剂容易被电厂废气中夹带的氧气分解，这种工艺要达到吸收、释放和储存CO2，需要很大的能量输入。实验室试验表明，巴斯夫开发的胺基新溶剂比常规溶剂要稳定得多，并可使用较长时间，在吸收和释放CO2过程中，耗能也比较低，用新溶剂进行气体洗涤能大大降低除去CO2的费用。 巴斯夫公司、RWE电力公司和林德集团2007年9月底宣布，联手开发并将推广使用从燃煤电厂烟气中捕集CO2的新工艺。目标是先去除，然后在地下贮存超过 90%的CO2。这些公司的合作包括在RWE电力公司德国 Niederaussem的褐煤燃烧发电厂建设和运作中型装置，试验巴斯夫公司用于CO2洗涤的新溶剂。林德公司进行该中型装置的工程建设。目标是到2020年在褐煤燃烧发电厂上商业化应用CO2捕集。一旦中型试验完成，合作方将于2010年对此进行验证，为新工艺的商业化应用提供可靠的设计基准。RWE和巴斯夫公司是30家CO2从捕集到贮存（CASTOR）合作项目的成员，该项目得到了欧盟的资助。2005年，巴斯夫开发了新的
CCS（Carbon Capture and Storage)技术示意图 CCS是稳定大气温室气体浓度的减缓行动组合中的一种选择方案。 CCS具有减少整体减缓成本以及增加实现温室气体减排灵活性的潜力。CCS的广泛应用取决于技术成熟性、成本、整体潜力、在发展中国家的技术普及和转让及其应用技术的能力、法规因素、环境问题和公众反应。CO2的捕获可用于大点源。CO2将被压缩、输送并封存在地质构造、海洋、碳酸盐矿石中，或是用于工业流程。CO2大点源包括大型化石燃料或生物能源设施、主要CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以及基于化石燃料的制氢工厂。潜在的技术封存方式有：地质封存（在地质构造中，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。
碳捕集 CCS（Carbon Capture and Storage)技术示意图 CCS技术由碳捕集和碳封存两个部分组成。其中，碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业。由于这些行业排放的CO2浓度高、压力大，捕集成本并不高。而在燃煤电厂排放的CO2则恰好相反，捕集能耗和成本较高。现阶段的碳捕集技术尚无法解决这一问题。 碳捕集技术目前大体上分作三种：燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集。三者各有优势，却又各有技术难题尚待解决，目前呈并行发展之势。哪一种先取得突破，哪一种就会成为未来的主流。 燃烧前捕集技术以IGCC（整体煤气化联合循环）技术为基础：先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把CO2在燃烧前就分离出来，不进入燃烧过程。而且，CO2的浓度和压力会因此提高，分离起来较方便，是目前运行成本最廉价的捕集技术，其前景为学界所看好。问题在于，传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的IGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的两倍以上。 燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，北京高碑店热电厂所采用的就是这条技术路线。这一技术路线对传统电厂烟气中的CO2进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多，可以分为化学吸收法、物理吸附法、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，但设备运行的能耗和成本较高。 事实上，由于传统电厂排放的CO2浓度低、压力低，无论采用哪种燃烧后捕集技术，能耗和成本都难以降低。如果说，燃烧前捕集技术的建设成本高、运行成本低，那么燃烧后捕集技术则是建设成本低、运行成本高。 富氧燃烧捕集技术试图综合前两种技术的优点，做到既可以在传统电厂中应用，排出的CO2的浓度和压力也较高。由于该技术主要着力在燃烧过程中，也被看作是燃烧中捕集技术。与