碳捕集与封存技术的现状与发展分析
王虎齐
中国电能成套设备，市安德里北街15号100011
The Status of Carbon Capture & Storage and development analysis
WANG Hu-qi
No.15 Andelibei Street Beijing，China
ABSTRACT:Global warming has been more and more serious, carbon capture and storage (CCS) technology in future years will be to solve the greenhouse effect of the main means. Although CCS technology has made good progress, CO2 capture, transportation, storage three links of the development of the technology is very rapid, but still faces many problems, such as the high cost, CO2leaks problems, lack of awareness. At present CCS technology is still in the early stages of development, whether can be expected as CCS to cope with climate change in the important transitional emission reduction technology and be large scale application will depend on various factors.
KEY WORD: Carbon Capture and Storage；High Cost；CO2 Leaks Program；Lack of Awareness
摘要：全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存（CCS）技术在未来的若干年后将成为解决温室效应的最主要手段之一。虽然CCS技术取得了长足的进步，CO2捕集、运输、封存三大环节的各种技术发展都很迅猛，但仍面临着很多问题，如成本高昂、CO2泄露问题、认识不足等。目前CCS 技术仍处于发展的早期阶段，CCS 是否能如预期成为应对气候变化中重要的过渡性减排技术并被大规模应用，将取决于多种因素。
关键词：碳捕集与封存；成本高昂；CO2泄露；认识不足
1前言
1896 年，诺贝尔化学奖得主、瑞典化学家
阿伦尼乌斯（S.Arrhenius）提出气候变化的科学假设，认为“化石燃料燃烧将会增加大气中的CO2 浓度，从而导致全球变暖”。2007 年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了第四次评估报告，认为气候变化归因于人类活动所排放的温室气体的可能性超过了90%。2009年12 月《联合国气候变化框架公约》第15 次缔约方会议暨《京都议定书》第5次缔约方会议在丹麦首都哥本哈根的落幕，将全球温升控制在2℃以的目标作为全球共识写入《哥本哈根协定》（Copenhagen Accord），至此，全球应对气候变化的任务上升到了前所未有的高度，关于如何快速推广应对气候变化新技术的讨论也趋于白热化。
提高能效、发展替代能源（包括可再生能源和核能）和CCS 技术是最为重要的三种减排手段。根据国际能源署（IEA，International Energy Agency）的研究，在2℃温升情景下，2020 年、2030 年和2050 年由提高能效带来的减排量将分别占当年能源相关减排量的65%、57% 和54%。但随着提高能效技术的“天花板效应”逐渐显现、替代能源资源由易开发逐渐转为难开发等原因，CCS 的减排贡献将从2020 年占总减排量的3% 上升至2030年的10%，并在2050 年将达到19%，详见表1。
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表1 各技术减排量占当年能源相关减排量的百分比年份
技术
2020 2030 2050
提高能效65 57 54
替代能源19 23 21 核电13 10 6
CCS 3 10 19
不仅如此，IEA 在综合分析了各类减排技术的长期减排成本后认为，CCS 技术的使用可降低总减排成本——如果在不采用CCS技术的情况下实现温度控制目标，那么到2050 年总减排成本将比使用CCS 技术增加70%。
2 世界各国CCS项目情况
世界著名工程咨询公司WorleyParsons在一份全球CCS项目现状的分析报告中提到：从世界围499个CCS相关项目中遴选出275个符合评定标准的项目进行了详细的分析，其中已完成项目34个，计划实施或正在实施的项目213个，取消或推迟项目26个，当地各种原因阻碍未进行的项目2个。这些项目分布在世界各国，其中美国最多，占37%（104个项目），其次是欧盟24%（66个项目），之后是澳大利亚、新西兰和中国，具体情况见图1。
图1 CCS项目在世界围分布情况
不同研究机构和企业对CCS的类型的定义不同，在这份报告里，WorleyParsons根据捕集CO2的规模将CCS项目类型划分为四种，分别是实验室研究项目、试点项目、示项目、商业运行项目，详见表2。表3指出了213个计划实施或正在实施的CCS项目的情况，其中商业类项目达到了101个，示类项目63个，试点类项目35个，研究类项目12个，未分类项目2个。
项目分类最小规模备注
商业100% 产品完全商业应用
示
10%~100%
（含10%）
产品部分商业应用或出售试点
5%~10%（含
5%）
产品没有商业应用，在小型工厂
进行实际烟气处理流程研究研究<5%
产品没有商业应用，进行系统设
计并模拟烟气处理流程研究
未分类
研究
项目
试点
项目
示
项目
商业
项目计划中 2 7 24 29 73 正在实施0 5 11 34 28
由于进行CCS整个技术链的研究在技术上存在着很大难度，而且投资巨大，因此大多数项目都选择捕集、运输和封存三个环节中的部分技术进行研究，其中59个项目进行了CCS整个技术链的研究，约占28%，而只进行CO2捕集的项目占比最大，约39%（83个项目）。详细情况见图2。图2 计划或正在实施的CCS项目技术分类情况
目前，国际社会对CCS都显示出了巨大的兴
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趣，正在开展的CCS项目也很多，其中比较著名的是：
（1）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。（2）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。
（3）加拿大Weyburn项目
Weyburn项目始于2000年，位于加拿大Saskatchewan省东南部的Weyburn油田。封存的CO2是从约200英里之外的北达科他州Beulah的大型煤气化装置中捕集并输送过来的，用于提高油田采收率，目前每年注入的CO2约150万吨。（4）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。
（5）华能-CSIRO燃烧后捕集示项目
该示项目由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、中能集团公司以及热工研究院（TPRI）联合建设。该项目是对华能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。该示项目已于2008年7月16日正式投产。
（6）华能石洞口第二电厂
华能石洞口第二电厂碳捕集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，由热工研究院设计制造，处理烟气量为66000Nm3/h，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CO2 10万吨。该项目已于2009年12月30日投入运营。
（7）中电投合川双槐电厂
中电投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1235万元，由中电投远达环保工程自主研发设计，年处理烟气量为5000万标准立方米，年生产工业级CO2 1万吨。该碳捕集项目于2010年1 月20日投入运营。
（8）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示的目标。第一阶段，研究在中国示和发展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技术示电厂。（9）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（Cooperation Action within CCS China-EU）旨在促进中欧碳捕集与封存（CCS）领域的合作。目前中国计划在
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2010 年之前建造一座具备CO2捕集与封存技术的燃煤电厂，COACH 项目将为这一计划提供必要的技术支持。
（10）绿色煤电计划（Greengen）
绿色煤电计划是中能集团公司于2004 年提出的，计划的总体目标是研究开发、示推广以煤气化制氢、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。
3 CCS技术发展现状
CCS 技术主要包括捕集、运输和封存三大环节，各环节技术发展水平不一，其中以运输技术最为成熟，封存技术最为薄弱。CCS的构成部分具有不同的发展阶段（参见表4）。
从表4中可以看出，捕集、运输和封存都有成熟的技术已在应用，但是还不具备大规模完整进行CO2捕集、运输并封存的技术条件。完备的CCS系统可通过利用成熟的或在特定条件下经济可行的现有技术组合而成，虽然整体系统的发展状态可能慢于其中某些单独部分的发展。
注：对于EOR的CO2注入是一项成熟的市场技术，但是当这项技术用于CO2封存时，其仅是“在特定条件下经济可行”。
4 CCS 技术面临的主要问题
4.1 成本高昂
CCS技术成本包括捕集、输送与封存三部分，每部分要消耗大量的能源，成本高昂，这也是大多数项目迟迟不能进行的最主要原因。CCS成本价格受捕集方法、运输方法、源汇距离以及封存方法的影响，在不同的国家和地区也因劳动成本和建设成本的不同有较大差异。表5列出了四家不同研究机构对CCS成本价格的分析，目前这些分析得到的成本并不具有高的可信度。未来随着研究、技术的发展以及由于规模经济，CCS的成本将会大幅降低。
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注：以上表格中数据以每吨CO2减排量为单位，其中中科院热物理所模型计算、COACH 和NZEC 项目的成本测算专门针对中国，而IPCC 给出的数据具有国际意义。
4.2 二氧化碳泄露
地质储层中CO2封存渗漏所引发的风险分为两大类：全球风险和局部风险。全球风险包括，如果封存构造中的部分CO2泄漏到大气中，那么释放出的CO2可能引发显著的气候变化。此外，如果从封存构造中泄漏CO2，那么可能给人类、生态系统和地下水造成局部灾害，这是局部风险。
关于全球风险，根据对目前CO2封存地点、自然系统、工程系统和模式的观测和分析，保留在经过适当选择和管理的储层中达100年之久的部分很可能超过99％，历经1000年的保留程度有可能超过99％，因为随着时间推移，渗漏的风险预计会减少。CO2 泄漏的全球性风险可在选址时避开。
关于局部风险，可能发生渗漏的有两种情景。
第一种情景，注入井破裂或废弃油气井泄漏有可能造成CO2突然快速的释放。如果使用当今技术来控制油气井的井喷，则可以快速检测并阻止这种释放。与这种释放有关的灾害主要影响发生地附近的工人或前来控制井喷的人员。空气中CO2的浓度大于7–10%将立刻危害人们的生活和健康。控制这种释放可能需要数小时乃至数天，与注入的总量相比，所释放的CO2总量可能很小。在石油和天然气行业，采用工程和行政控制措施能定期对这些灾害进行有效的管理。
第二种情景，通过未被发现的断层、断裂或漏泄的油气井发生渗漏，其释放到地面更加缓慢并扩散。在这种情况下，灾害主要影响饮用蓄水层和生态系统，因为CO2聚集在地面与地下水位的上部之间的区域。在注入过程由于CO2的置换，直接泄漏到蓄水层的CO2和进入蓄水层的盐水都能影响地下水。在该情景中，也可能存在土壤的酸化和土壤中氧的置换。此外，如果在无风的低洼地区或位于弥散泄漏上方的蓄水池和地下室发生渗漏，如果没有检测到该渗漏现象，则人和动物将受到伤害。从沿海的封存地点的泄漏对人的影响要比从沿岸封存地点受到的泄漏影响要小。使用各种技术和根据储层的特征可以判定渗漏的路径。当了解了可能的渗漏路径后，就可采取监测和补救策略以解决这些潜在的渗漏问题。
谨慎的封存系统设计和选址以及渗漏的早期检测方法（最好在CO2到达地面之前较长时间）
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是减少渗漏相关灾害的有效方法。现有的监测方法越来越具有前景，但需要更多的经验来确定检测层面和分辨率。一旦检测到渗漏，就应使用补救技术来阻止或控制渗漏。根据渗漏的类型，这些技术可包括标准油气井维修技术，或通过把渗漏阻挡在一个浅的地下水蓄水层，以从中提取CO2。也有把CO2从土壤和地下水中提取的技术，但成本有可能很高。需要经验来证明其实用性，并确定这些技术的成本，以便用于CO2的封存。
4.3 认识不足
（1）捕集和封存技术
根据工业应用方面的经验，捕集CO2的技术相对理解得比较透彻。同样，在采用管道运输或者地质封存捕集CO2方面不存在重大技术或知识障碍。然而，在大规模项目中实现捕集、运输和封存的一体化则还需要扩大知识和经验，这是更广泛运用CCS技术的需要。需要研发提高有关用于CO2捕集的新概念和可用技术的知识。更具体而言，在认识具有几百兆瓦（或者几百兆吨CO2）量级的大型煤电厂和天然气电厂的CO2捕集方面还存在不足。需要在这个规模上开展CO2捕集示，以建立采用捕集的不同类型的发电系统的可靠性和环境影响，从而降低CCS的成本以及提高对成本估算的可信度。除此之外，需要大规模实施，以便获得更好的确定CCS在工业流程中的成本和业绩估算，如在水泥和钢铁行业，它们是显著的巨大CO2源，但在CO2的捕集方面经验很少，甚至根本就没有经验。
在矿石碳化技术方面，一个重要的问题是如何在实际设计中利用反应过程中发出的热降低成本和净能源需求。需要在试点规模的设施开展试验，以便弥补这些不足。
关于在工业上利用捕集的CO2，需要深入研究利用捕集的CO2的工业流程的净能源和CO2平衡，这类研究将有助于对该方案潜力作出更完整的描述。
（2）CO2源和封存机遇的地理关系
更好地了解适合封存（所有类型）地点的主要CO2源的距离并建立捕集、运输和封存CO2成本曲线，这将有利于作出有关大规模部署CCS的决策。为此，需要开展详实的区域评估，评估大的CO2排放源（现在的和未来的）如何能够很好地与能够封存所需储量的封存方案相匹配。（3）地质封存能力和效果
需要在全球、地区和局地层面上改进对封存能力估算，需要更好地了解长期封存、流动和渗漏过程。为了解决后一个问题，需要加强监测和检验地质封存CO2的能力。在各种地质、地理和经济条件下建立更多的试点和封存示项目，这对于深入了解这些问题具有重要意义。
（4）海洋封存的影响
在评估海洋封存的风险和潜力之前应该弥补的主要知识空缺涉及深海中CO2对生态的影响。需要对深海生物系统对加入的CO2的反应进行研究，包括比迄今为止所开展的研究时间尺度更长、规模更大的研究。与之相配合，需要研发探测和监测海底升浮出的CO2羽状体及其生物和地球化学后果的技术和传感器。
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（5）法规问题
目前对大规模实施CCS的法规需求掌握的情况仍不充分。现在没有一个合适的法律框架以推进地质封存的实施，也没有考虑到相关的长期责任。需要澄清有关海洋环境封存（海洋或海床下地质封存）的各种潜在法律限制。其它一些关键性知识空缺与排放清单和核算方法学相关。
综上所述，CCS 技术仍处于发展的早期阶段，CCS 是否能如预期成为应对气候变化中重要的过渡性减排技术并被大规模应用，将取决于多种因素。在国际气候政策、国利益相关者的参与和合作、知识产权转让、技术、安全、融资等问题上的正确处理，以及示项目、国家的宏观政策等方面的进展都将决定CCS在中国的最终走向。
5 CCS给中国企业带来的机遇
国际社会对CCS的呼声日渐高昂，以欧盟、美国、澳大利亚、英国、挪威为代表的发达国家和地区组织已分别宣布即将开展CCS示项目，并为项目提供资金支持。虽然中国政府尚未制定明确的CCS 发展战略，但到目前为止，中国无论在技术研发和项目示上，均已有一定成果。当国际气候政策逐渐明朗后，一旦CCS技术开始大规模应用，将会形成很大市场。除了在中国的大规模应用潜力，CCS技术的潜在市场还包括美国、欧盟、澳大利亚、印度等国。如果中国可以提前占领CCS技术高地，那么借助在过去30年中积累起来的装备制造能力，中国具有在未来CCS市场中占领一席之地的巨大潜力，中国企业也可借此进军国际市场。
6 小结
(1) CCS技术被看做是解决全球气候变暖问题的最为重要的手段之一，世界上许多国家都开展了相关的研究工作，并建设了一些CCS项目，取得了不菲的成绩。随着研究的深入以及新技术的应用，CCS的成本将进一步降低，应用前景广阔。
(2) CCS技术主要分为CO2的捕集、运输和封存三个环节，各环节技术发展水平不一，以运输技术最为成熟，封存技术最为薄弱。根据项目所在地的特点选择合适的技术是项目成功的关键。
(3) 虽然近几年CCS技术得到了长足发展，但仍然面临着诸多问题，如成本高昂、CO2泄露问题、CCS相关认识不足等，目前CCS技术仍处于发展的早期阶段，CCS 是否能如预期成为应对气候变化中重要的过渡性减排技术并被大规模应用，将取决于多种因素。
(4) 国际社会对CCS技术都很重视，许多国家和公司都开展了相关探索性研究和实践，作为CO2排放大国，我国应积极开展CCS相关研究和实践工作，抢占CCS技术高低，今后在全球的CCS活动中发挥更大的作用。
参考文献
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France, 2008.
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[8] IPCC 2007, Climate Change 2007: Synthesis Report.
Contribution of Working Groups I, II and III to the
Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, Pachauri, R.K and Reisinger, A. (eds.)]. Intergovernmental Panel on Climate Change,Geneva, Switzerland.
收稿日期：
作者简介：
王虎齐（1981年出生），男，新疆，研究生，工程师，目前主要从事IGCC以及煤制天然气项目等相关工作。
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碳捕捉与封存 链接：https://www.doczj.com/doc/814387630.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/814387630.html,/baike/2285.html 页面 1 / 1
碳捕集与封存技术的现状与发展分析 王虎齐 中国电能成套设备有限公司，北京市安德里北街15号100011 The Status of Carbon Capture & Storage and development analysis WANG Hu-qi No.15 Andelibei Street Beijing，China ABSTRACT:Global warming has been more and more serious, carbon capture and storage (CCS) technology in future years will be to solve the greenhouse effect of the main means. Although CCS technology has made good progress, CO2 capture, transportation, storage three links of the development of the technology is very rapid, but still faces many problems, such as the high cost, CO2leaks problems, lack of awareness. At present CCS technology is still in the early stages of development, whether can be expected as CCS to cope with climate change in the important transitional emission reduction technology and be large scale application will depend on various factors. KEY WORD: Carbon Capture and Storage；High Cost；CO2 Leaks Program；Lack of Awareness 摘要：全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存（CCS）技术在未来的若干年后将成为解决温室效应的最主要手段之一。虽然CCS技术取得了长足的进步，CO2捕集、运输、封存三大环节的各种技术发展都很迅猛，但仍面临着很多问题，如成本高昂、CO2泄露问题、认识不足等。目前CCS 技术仍处于发展的早期阶段，CCS 是否能如预期成为应对气候变化中重要的过渡性减排技术并被大规模应用，将取决于多种因素。 关键词：碳捕集与封存；成本高昂；CO2泄露；认识不足 1前言 1896 年，诺贝尔化学奖得主、瑞典化学家 阿伦尼乌斯（S.Arrhenius）提出气候变化的科学假设，认为“化石燃料燃烧将会增加大气中的CO2 浓度，从而导致全球变暖”。2007 年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了第四次评估报告，认为气候变化归因于人类活动所排放的温室气体的可能性超过了90%。2009年12 月《联合国气候变化框架公约》第15 次缔约方会议暨《京都议定书》第5次缔约方会议在丹麦首都哥本哈根的落幕，将全球温升控制在2℃以内的目标作为全球共识写入《哥本哈根协定》（Copenhagen Accord），至此，全球应对气候变化的任务上升到了前所未有的高度，关于如何快速推广应对气候变化新技术的讨论也趋于白热化。 提高能效、发展替代能源（包括可再生能源和核能）和CCS 技术是最为重要的三种减排手段。根据国际能源署（IEA，International Energy Agency）的研究，在2℃温升情景下，2020 年、2030 年和2050 年由提高能效带来的减排量将分别占当年能源相关减排量的65%、57% 和54%。但随着提高能效技术的“天花板效应”逐渐显现、替代能源资源由易开发逐渐转为难开发等原因，CCS 的减排贡献将从2020 年占总减排量的3% 上升至2030年的10%，并在2050 年将达到19%，详见表1。
我国碳捕集与封存技术发展前景及行动 中国的国情、发展阶段和能源结构决定了碳捕集与封存技术（CCS）是中国应对气候变化的一项重要战略选择，也是全球碳捕集与封存最具潜力的市场；虽然该技术仍处于研发和示范阶段，但国内高校、科研机构和企业已积极行动，取得进展，中国CCS中心筹建的可行性研究也在进行之中；全面认识CCS技术本身及发展中存在的问题，对于中国提高技术研发能力、应对气候变化能力和综合竞争力具有重要意义。 中国应对气候变化的重要选择：碳捕集与封存 《京都议定书》的生效为人类共同应对气候变化提供增添了希望，但通过提高能效、使用可再生能源等来减少二氧化碳排放的技术手段仍比较单一，而以能源驱动的现代社会，化石燃料仍将继续是主要的能源供给，二氧化碳等温室气体的减排面临巨大压力。要实现温室气体浓度稳定在一定水平，还需要采用综合的减排措施，在这样的背景下，IPCC特别推荐碳捕集与封存技术，以期来共同灵活应对温室气体到减排。 所谓二氧化碳的收集与储存，及时收集化石燃料燃烧产生的二氧化碳，并在天然地下储层中长期储存，以减少二氧化碳向大气排放。这项技术手段不但是全球温室气体减排的重要选择，而且是减少大气中二氧化碳浓度的根本措施，能够真正实现能源利用的近零排放。 近年来，中国快速的经济增长对能源的需求日益增加，温室气体排放量已位居世界前列，而中国又是一个深受气候变化影响的发展中国家，极端天气事件频发。目前以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，使碳捕集与封存在中国应用前景极其广阔，也必将成为中国碳减排和应对气候变化的重要技术选择。 中国CCS：仍处于研发阶段 从20世纪70年代起，我国开始注意二氧化碳提高石油采收率的研究工作。但与国际先进的做法相比，中国的CCS研究与开发还处于前期。二氧化碳捕集只适用于一些二氧化碳纯度高、比较容易捕集的炼油、合成氨、制氢、天然气净化等工业过程。整体看，目前我国的二氧化碳捕集与封存仍处于实验室阶段，而且大都采用燃烧后捕集的方式，工业上的应用也主要是提高采油率。 但是近年来中国在CCS的研究上作了很多工作，从2003年开始中国政府就参加了碳捕集领导人论坛。“973计划”、“863计划”在内的国家重大课题都对CCS进行了研究。此外，华能和神华等大型公司也对CCS进行规划、研究和示范。2008年7月16日，我国首个燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程——华能北京热电厂二氧化碳捕集示范工程正式建成投产，标志着二氧化碳气体减排技术首次在我国燃煤发电领域得到应用。 作为发展中国家第一个CCS中心，煤炭信息研究院将与国际能源署合作开展筹建“中国CCS中心”的工作。它将积极推动中国CCS技术的研发与示范、技术转移和信息共享。 CCS面临的现实挑战
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
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”。
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。
1前言 当前，减排CO 2的呼声日益高涨，其主要排放源是化石燃料的使用。根据国际能源署(IEA)的统计，2008年世界能源需求中，化石能源占到约80%的比例[1]。由于煤炭利用的成本比石油、天然气低很多，且从全球能源储量分布情况来看煤炭资源较为丰富，因此，可以肯定未来一段时期内煤炭利用总量仍将持续增长。特别是像中国、印度等国家煤炭比例占绝对优势，经济的快速增长及对能源安全的考虑都将促进对煤炭的利用。在未来相当长的时间内，我国的一次能源仍将以煤为主。 近年来，国内用于发电的煤炭量占到煤炭消耗总量的一半以上。燃煤发电企业作为CO 2排放的重要来源之一，面临的环保压力逐年增大。在这种形势下，国内相关企业、研究机构积极致力于燃煤发电领域各种CO 2减排技术的研究，包括燃烧前碳捕集、燃烧后碳捕集及纯氧燃烧等。其中，燃烧前碳捕集技术在电力行业中主要应用于整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂。 IGCC 发电技术被认为是目前世界上最清洁的燃煤发电技术，其粉尘、SO 2、NO x 等污染物接近零排放。目前，美、欧、日均已建成IGCC 示范电站，并 拟在示范成功之后逐步推广。IGCC 发电技术不仅具有燃料来源广、发电效率提升空间大等优点，而且可以实现燃烧前脱除CO 2，以较低的成本实现 CO 2减排。在未来减排温室气体，应对全球气候变化的过程中，IGCC 具有广泛的应用前景。 本文以从IGCC 电站捕集CO 2，并通过管道运输至油田用于强化采油为例，分析得出IGCC 电站进行碳捕集与封存(CCS)的CO 2减排成本，提出CCS 在中国推广应用的相关政策建议。 2案例分析 2.1IGCC 电站CO 2减排成本 在本文的案例分析中，IGCC 电站设计输出功率为400MW 级，整个系统主要包括空分单元、气化单元、净化单元及动力单元，所选用设备均基于现有技术，气化炉选用水煤浆气化技术，燃气轮机选用F 级燃机，粗煤气净化采用湿法净化工艺，空分系统选用独立的低压空分系统。在进行经济性估算时，假设电厂建设周期为3年，从2007年1月开始 碳捕集与封存技术(CCS)成本及政策分析 张建府 (中国华能集团绿色煤电有限公司，北京100098) 摘要 当前，减排CO 2的呼声日益高涨。在未来相当长的时间内，我国一次能源仍将以煤为主，而用于发电的煤炭量占到煤炭消费总量的一半以上，已成为国内CO 2排放的重要来源。整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术不仅具有燃料来源广、发电效率提升空间大等优点，而且能以较低的成本实现CO 2减排。以IGCC 碳捕集结合强化采油为例，分析碳捕集与封存(CCS)全过程CO 2减排成本。结果表明，在IGCC 电站进行碳捕集结合强化采油的情景下，捕集CO 2的IGCC 系统的发电成本低于不捕集CO 2的IGCC 电站的发电成本。CO 2减排成本主要受井口油价及CO 2利用率影响，当井口油价超过14.642美元/bbl 时，CO 2减排成本为负值。CCS 的发展将经历示范、扩大规模和商业化三个阶段，针对不同的发展阶段，政府应分别采取相应的政策措施。在示范阶段，应加强对相关技术研究的支持，提供财政补贴；在扩大规模阶段，应重点采取财政补贴措施，并配以CCS 发电配额标准和CCS 电力贸易体系；在商业化阶段，政府已无需继续提供财政补贴，而CCS 发电配额标准和认证贸易体系仍将是一个有效的方法。 关键词CO 2减排 碳捕集与封存强化采油发电成本政策措施 作者简介：张建府，工程师，2009年获得清华大学热能工程系工学硕士学位，曾参与国内第一台IGCC 电站的技术研发工作。 E-mail ：jf.zhang@https://www.doczj.com/doc/814387630.html, SINO-GLOBAL ENERGY ·21· 第3期
“十二五”国家碳捕集利用与封存科技发展 专项规划 碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是一项新兴的、具有大规模二氧化碳减排潜力的技术，有望实现化石能源的低碳利用，被广泛认为是应对全球气候变化、控制温室气体排放的重要技术之一。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》（以下简称《科技纲要》）将“主要行业二氧化碳、甲烷等温室气体的排放控制与处置利用技术”列入环境领域优先主题，并在先进能源技术方向提出“开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术”；《国家“十二五”科学和技术发展规划》（以下简称《规划》）提出“发展二氧化碳捕集利用与封存等技术”。《中国应对气候变化科技专项行动》、《国家“十二五”应对气候变化科技发展专项规划》均将“二氧化碳捕集、利用与封存技术”列为重点支持、集中攻关和 1
示范的重点技术领域。 为贯彻落实《科技纲要》和《规划》的部署，配合国务院《“十二五”控制温室气体排放工作方案》有效实施，统筹协调、全面推进我国二氧化碳捕集、利用与封存技术的研发与示范，特制订《国家“十二五”碳捕集、利用与封存（CCUS）科技发展专项规划》。 一、形势与需求 （一）碳捕集、利用与封存是应对全球气候变化的重要技术选择 全球气候变化问题日益严峻，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。有关研究显示，未来几十年化石能源仍将是人类最主要的能量来源，要控制全球温室气体排放，除大力提升能源效率、发展清洁能源技术、提高自然生态系统固碳能力外，CCUS技术将发挥重要的作用。IPCC估算，全球CO2地质封存潜力至少为2000亿吨，到2020年全球CO2捕集潜力为26-49亿吨/年。 2
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
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
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；
０引言 我国能源以煤为主，能耗总量大，根据国家统计局统计公报，我国２０１２年全年能源消费总量为３６．２亿吨标准煤，比上年增长３．９％。随着我国经济的高速发展，对能源特别是化石燃料能源的需求迅猛增长。而减少碳排放是我国发展低碳经济的必然途径，我国的能源结构决定了碳捕集、利用与封存（ＣａｒｂｏｎＣａｐｔｕｒｅ，ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｔｏｒａｇｅ，简称ＣＣＵＳ）技术是我国应对气候变化的一项重要战略选择。 １我国碳捕集、利用与封存（ＣＣＵＳ）技术发展现状我国ＣＣＵＳ各环节的技术研发取得了显著进展，企业积极开展ＣＣＵＳ研发与示范活动，已建成多个万吨以上级ＣＯ２捕集示范装置。 １．１我国ＣＯ２捕集技术研发与示范发展现状 我国成功的开展了ＣＯ２捕集研发与示范活动，并且在ＣＯ２资源化利用研发等技术环节有自主知识产权的技术，形成了自身的技术特点（见表一）。 １．２我国ＣＯ２资源化利用技术研发与示范发展现状 目前，我国企业在ＥＯＲ、ＥＣＢＭ、微藻生物能源、化工合成等领域都开展了初步的研发和示范工作（见表二）。 １．３我国全流程ＣＣＵＳ技术集成与示范发展现状 截至２０１１年，我国有１３个ＣＣＵＳ试验示范项目已建成，甚至有些关键技术已经达到世界先进水 低碳经济背景下我国碳捕集、利用与封存技术研发与示范分析研究 ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣａｒｂｏｎＣａｐｔｕｒｅ，ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｔｏｒａｇｅｉｎＣｈｉｎａｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＬｏｗＣａｒｂｏｎＥｃｏｎｏｍｙ 杨锦琦 ＹａｎｇＪｉｎｑｉ （江西省社会科学院，江西南昌３３００７７） （ＪｉａｎｇｘｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｏｃｉａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＪｉａｎｇｘｉＮａｎｃｈａｎｇ３３００７７） 摘要：二氧化碳捕集、利用与封存（ＣＣＵＳ）技术是一项新兴的，被广泛认为是应对全球气候变化、控制温室气体排放的重要技术之一，应积极进推动我国ＣＣＵＳ技术的研发与示范，制定权责清晰的ＣＣＵＳ安全法律法规等。 关键词：碳捕集、利用与封存（ＣＣＵＳ）；减排技术；应对气候变化 中图分类号：Ｆ０６２．２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７９２（２０１４）０５－０２０３－０４ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｃａｐｔｕｒｅ，ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｔｏｒａｇｅ（ＣＣＵＳ），ａｎｅｍｅｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｓｗｉｄｅｌｙｃｏｎｓｉｄ－ｅｒｅｄａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｏａｄｄｒｅｓｓｇｌｏｂａｌｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｗｅｓｈｏｕｌｄａｃｔｉｖｅｌｙｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＣＣＵＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ，ａｎｄｌａｕｎｃｈｒｅｌａｔｉｖｅｌａｗｓａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｃｌｅａｒｒｉｇｈｔｓａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅ，ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｔｏｒａｇｅ（ＣＣＵＳ）；ＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＥｍｉｓｓｉｏｎＡｌｌｅｖｉａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＲｅｓｐｏｎｓｅｔｏＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅ低 碳 经 济 背 景 下 我 国 碳 捕 集、利 用 与 封 存 技 术 研 发 与 示 范 分 析 研 究
碳捕获与封存法律制度研究 摘要：二氧化碳本身并不属于有毒有害物质，但若空气中的二氧化碳含量过高，就会产生很多不利的影响。本文结合我国的国情，提出完善碳捕获与封存法律制度的建议。 关键词：碳捕获与封存；现状建议每一项技术的发展都需要法律的推动，当前，我国对碳 捕捉与封存制度的研究尚不完善，需要引起更多的关注。 、碳捕捉与圭寸存的概念 碳捕获与封存，指的是将工业及其他相关的能源产业中， 所产生的二氧化碳进行分离，运输并把它封存在地质构造中，使他与大气长期隔离的一个过程。 碳捕获与圭寸存包含的环节主要是。①成功捕获工业厂房、 发电厂等排放的二氧化碳。②把捕捉到的二氧化碳进行压缩，并运输到指定地点。③运用一定的技术方式，将二氧化碳存储于地下，与外界隔绝。 碳捕获与封存主要应用于发电厂，以减少在发电过程中 所燃烧的矿物燃料所产生的二氧化碳的排放，解决在以煤炭 和天然气为燃料的工厂里的过量排放。同时，在水泥、石油、化工、钢铁等二氧化碳排放量高的行业也可适用。 对于二氧化碳的地质圭寸存，其方式也有很多。主要包括 以下几点：①目前为使石油的采收率得以提高而遭到废弃或者是已经衰退的油田；②已经废弃的天然气田；③含盐层，该岩层埋藏较深，且世界上有着大范围的此类岩层；④玄武岩层等其他可用来储存二氧化碳的岩层；⑤不能够进行开采的煤层。
碳捕获与封存是一个连贯的过程，它需要各个部门及方 便的综合考量，协调工作。 、我国的立法现状及问题一）我国的立法现状 我国针对碳捕获与封存法律制度的提出，主要是基于发 展新能源，完成减排目标，改善生存环境等发展战略。作为 个煤炭消耗大国，面对当前我国国内法关于碳捕获与封存的法律规定仍然处于真空的状态，完善相应的法律法规是我们亟待解决的问题。 2013 年4 月，我国发改委下发的《关于推动碳捕集、利 用和封存试验示范的通知》，主要是要加强我国对于目前存在的碳捕集与利用，以及对碳封存中存在的安全隐患进行考量，制定相应的法律法规，规范我国碳捕获、利用与封存。 同时，在十八届四中全会上提出的《关于全面推进依法治国若干重大问题决定》，再次强调了在能源范围内立法的重要性，制定并完善我国关于能源的法律法规。 二）我国碳捕获与封存法律制度的问题 1.碳捕获与封存法律法规不健全当前我国的CCS技术仍处于不断进 行尝试的阶段，法律 法规中，关于碳捕获与封存的规定少之又少。对于碳捕获与封存的理解，仍是一个新兴的概念，并且其经济的前瞻性还有待观察，并且对未来环境所造成的长期影响也尚不能准确评估。因此，我国对CCS项目的开展，人处于对其可行性的研究阶段，缺少实践性，尚未制定相应的政策、法律对其进行规范保障。 2.碳捕获与封存中存在的技术风险 虽然CCS的应用能够减少空气中大量的二氧化碳，但若 对其进行大规模的推广与应用，仍存在很多的风险性及技术 问题。一是成本太高，根据有关统计，利用CCS技术，每处理一吨的二氧化碳，至少要花费八十到一百美元，建造一个运用CCS技术的电厂，至少要十三亿美元。此外，二氧化碳在运输、储存过程中可能，面临
碳捕集与封存（CCS）简介 碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，简称CCS）是指将大型发电厂、钢铁厂、水泥厂、 化工厂等排放的二氧化碳收集起来并封存而与大气隔绝的一种技术。CCS是为了实现温室气体减排、 应对全球气候变化而开发的一项新技术，其重要意义在Array于：它是在继续利用煤、石油等化石能源的同时实现CO2 近零排放的唯一有效技术。 CCS技术包括CO2捕集、运输以及封存三个环节， 每个环节都已有成熟技术，但在串联起来应用于大规模 CO2减排时尚需要通过各种途径降低成本，包括进行技术 改造和将所捕集的一部分CO2提供利用，如用于提高石 油采收率等。 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）、燃烧后捕集（Post-combustion）。 燃烧前捕集 目前主要采用IGCC（整体煤气化联合循环）发电系统。其过程是在燃烧之前将煤气化成煤气并 净化除去CO2、H2S、NOx及粉尘等，再将煤气分离得到得到H2和CO2。H2作为燃气轮机的燃料，CO2经脱水和压缩后提供封存。伴生的高温废气再利用来产生蒸汽供蒸汽轮机发电。该技术的捕集系统小，效率高、用水少、环保（同时实现脱碳、脱硫、脱硝和除尘），还可与煤化工相结合，实现电、热、化工产品（氢气、甲醇、烯烃）等多联产。IGCC的研发已列入我国“十一五”发展规划纲要和863计划重大项目。 富氧燃烧 采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，将空气中占大比例的氮气（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。该技术目前尚处于研发阶段，最大的难题是制氧技术的投资 和能耗太高。
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
在低碳经济的大背景。Ｆ，ＣＣＳ有着帮助煤电等行业实现零排放昀巨大潜力．但同时，作为 一项谶未成熟的技术叉两瞒种种不确定性和撬战。７解并跟踪这一葡沿技术在国际ｌ二的发矮 与泣ｍ。并积极作好栩区的准备。是中毽能源企业在减捧方两随当考虑的一步。 碳捕集和储存技术的现状与未来口埃森哲大中华区资源事业部董事总经理丁民丞 埃森哲大中华区资源事业部高管吴缨 低碳经济背景下ＣＣＳ减排技术的发展潜力 气候变化的现实性和减排温室气体现状的严峻性 全球气候变暖已是不争的事实。如果情况持续恶化，到本世纪末，地球气温将攀升至二百万年来的最高位。引发全球气候变化的主要原因是，过去一百多年间，人类一直依赖石油煤炭等化石燃料来提供生产生活所需的能源，燃烧这些化石能源排放的二氧化碳（ＣＯ：）等温室气体，使得温室效应增强。 如果将全球温室气体排放量按行业统计，发电行业是最大的排放源，它还将是在２０５０年前增长最快的排放源。而燃煤发电又是发电行业中碳排放的最主要来源。全球发电行业燃煤发电占４０％。由于其储量巨大并且价格低廉，燃煤发电还将延续增长的趋势，中国和印度的速度尤其惊人。照这样的趋势发展，到２０３０年，全球发电总量将比现在增加一倍而达到３３万亿千瓦时（如图ｌ中“参考”一栏所示），煤炭仍将是主要发电燃料。 由此可见，碳减排要获得突破性进展，需要发电方式的根本性转变。目前， 可再生能源和核电已经站在应对气候变 化的前列，但这些替代发电方式要达到 规模经济尚需时日，而现实是紧迫的，全 球有大量的化石燃料电厂在运行，发展 中国家如印度和中国，新建电厂仍以化 石燃料为主。这就需要找到一种针对化 石燃料发电的脱碳解决方案。 缓解全球变暖的关键是减少ＣＯ， 的排放，在减少ＣＯ：排放的过程中，发电 厂所肩负的责任最为重大，而在煤电当 道，替代发电无法短期内实现规模效应 的情况下，碳捕集和储存（ＣＣＳ）技术应 运而生。 ＣＣ９是一种值得继续推广的ＣＯ， 减排技术 对于ＣＣＳ的定义有许多，目前被广 泛接受的定义是“一个从工业和能源相 关的生产活动中分离二氧化碳，运输到 储存地点，长期与大气隔绝的过程”。 ＣＣＳ的产业链由四部分组成，即（１）捕 获、（２）运输、（３）存储和监测，还可用 于（４）增强石油采收率（ＥＯＲ）。通俗而 言，ＣＣＳ就是在二氧化碳排放之前就对 其捕捉，然后通过管线或船舶运到封存 地，最后压缩注人地下，达到彻底减排的 目的。 高度依赖燃煤的发电模式仍将持 续，而ＣＣＳ是目前此种模式下已知的唯 一可行的技术解决方案。燃煤燃气发电 产生的ＣＯ：经过ＣＣＳ技术可以消除高 达９０％。要实现从现在高碳的发电方式 转变为未来零排放发电的低碳目标， ＣＣＳ潜力巨大，除了可以减少排放，ＣＣＳ 还可以通过提高煤炭利用率，从而有助 于这些国家实现更大的能源安全。 现在，行业内和各国政府对ＣＣＳ技 术的可行性有着越来越多的共识，ＣＣＳ 自２０００年起迅速发展到现在，已成为广 受重视的解决气候变化的重要技术。国 际能源机构（ＩＥＡ）在２００８年世界能源 展望中提出的蓝色情景分析中预测，到 ２０５０年ＣＣＳ将对燃煤和燃气发电厂有 重大贡献。各国政府也对此做出响应，纷 纷设立专项资金，以供发展ＣＣＳ技术之 用。其中包括欧盟提供的８０亿美元，澳 大利亚ＣＣＳ旗舰计划的２０亿美元，以 及奥巴马政府刺激计划中用于ＣＣＳ的 ２４亿美元。在最近刚刚通过的《美国清 洁能源与安全法案》中，也特意将分派 给各公司用于温室气减排的补助中的 ２６％专门用于资助ＣＣＳ等公共项目。 ２００９１１中国电力企业管理１ ５