CCS二氧化碳捕集與封存.ppt

淺談CCS技術（碳捕集與封存）（CARBENCHAPTURE&STORAGE）,李麗嬌,主要內(nèi)容,全球與中國環(huán)境背景CCS的主要技術環(huán)節(jié)捕集方法運輸能力封存技術CCS的全球性應用CCS普及面臨問題,全球環(huán)境背景,全球氣候變化，溫室效應嚴重，冰川加速融化、生物環(huán)境惡化以及極端天氣頻繁等一系列問題，促使人們開發(fā)各種技術以減少排放。,中、美、印二氧化碳排放總量單位：百萬噸,資料來源：BP，StatisticalReviewofWorldEnergy2011,中國能源背景,中國在能源與環(huán)境領域面臨三個基本事實：（1）能源消費將長期以煤為主；（2）石油供應日趨緊張；（3）二氧化碳排放總量已居全球第一，并仍將持續(xù)增長。,在應對全球氣候變化的背景下，如何利用好儲量相對比較豐富但卻高碳的煤炭資源？,CO2捕集與封存技術(CarbonCaptureandStorage，CCS)被廣泛認為是目前唯一能夠大規(guī)模減少由于化石能源利用而導致的CO2排放的前沿技術。是在不降低當前化石燃料使用量的情況下減少排入大氣CO2氣體量的手段，是世界各國普遍關注的減緩溫室氣體排放的重要技術之一。,根據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的定義，CCS是指CO2從工業(yè)或與能源相關的排放源中分離出來，輸送到一個合適的地點，進而埋存到地下并長期與大氣隔絕的過程。,CCS技術主要環(huán)節(jié)-捕集,CO2捕集是指為得到較高純度的CO2以便于運輸和儲存，將CO2從工業(yè)尾氣中分離出來并進行壓縮的過程。主要對象：大型發(fā)電廠鋼鐵廠水泥廠煉油廠、合成氨廠等CO2的集中排放源。捕集方式燃燒前捕集(Pre-combustion)、富氧燃燒(Oxy-fuelcombustion)燃燒后捕集(Post-combustion)。,CO2的運輸將CO2壓縮成液態(tài)，通過管道或汽車、火車、輪船等運輸工具運至存儲地，是連接CO2排放源和封存地的紐帶，在CCS三大環(huán)節(jié)中，CO2運輸技術較為成熟。一般說來，管道是最經(jīng)濟的運輸方式，是距CO2排放源1000km距離內(nèi)大量輸送CO2的首選途徑。對于每年幾百萬噸以下的CO2輸送或是更遠距離的海外運輸，使用輪船可能在經(jīng)濟上更有吸引力。,CCS技術主要環(huán)節(jié)-運輸,CO2封存是指將捕集的CO2以超臨界狀態(tài)(氣態(tài)及液態(tài)的混合體)安全注入并封存在深層地質(zhì)結構中。封存地類型海洋陸地（衰竭油氣層和煤層沉積盆地的咸水層）CO2的安全封存安全性經(jīng)濟可行性,CCS技術主要環(huán)節(jié)-封存,碳捕集方法,(1)燃燒前捕集：在燃料煤燃燒前，先將其氣化，得到CO和H2，再將CO轉(zhuǎn)化為CO2。然后通過分離得到CO2。(2)富氧燃燒捕集：利用空分系統(tǒng)將CO2從空氣中分離出來。得到高濃度的O2，使燃料煤充分燃燒，然后得到較充足的CO2。(3)燃燒后捕集：將燃料煤燃燒后產(chǎn)生的煙氣分離，得到CO2。,燃燒前捕獲(IGCC),燃燒前捕集技術主要應用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(IGCC)上。IGCC電廠以純氧為氧化劑，原料煤被氣化為CO和H2O。煤氣化產(chǎn)物在催化劑作用下經(jīng)水煤氣反應轉(zhuǎn)化成CO2和H2的混和氣。混和氣中的CO2濃度較高(35%45%),可在燃燒前除掉CO2，從而轉(zhuǎn)化成不含碳的燃料。其優(yōu)勢在于處理的煙氣量少，CO2濃度較高，有利于降低運行費用。,中國有5個示范項目：,華能天津200MWIGCC電站示范工程中科院連云港IGCC示范工程華電杭州200MWIGCC(水煤漿四噴嘴氣化)電站示范項目廣東東莞天明電廠120MWIGCC改造項目太陽洲4200MWIGCC新建項目，,富氧燃燒,利用空分系統(tǒng)獲得富氧或純氧，與燃料共同進入專門的純氧燃燒爐進行燃燒，由CO2煙氣循環(huán)流控制燃燒溫度。富氧燃燒產(chǎn)生的煙氣主要是水和CO2,采用水分離技術在后端很容易捕獲CO2。優(yōu)點是：提高燃氣流CO2濃度，分離容易，有利于捕獲。缺點是：增加成本與能耗（專門材料的純氧燃燒設備和空分裝置分離氧氣）,燃燒后捕獲（PCC：燃燒后脫碳技術）,吸收/再生法吸附法（范德華力）膜分離（滲透性）,物理法（溶解度原理：環(huán)丁砜法、聚乙二醇二甲醚法和低溫甲醇法化學法（酸堿反應原理：醇胺法、熱鉀堿法和氨水噴淋法）,變溫吸附變壓吸附變電吸附,無機膜聚合物膜混合膜,碳運輸能力,前提都是要將氣態(tài)的CO2在8MPa以上的壓力下進行壓縮液化，從而提高CO2的密度，降低運輸成本。,管道運輸運輸方向固定，更加適合地質(zhì)封存，對管道的結構設計以及防腐保溫要求也很高船舶運輸方向就相對靈活些，適合海底封存，但目前大規(guī)模的CO2運輸船還未投入運營,技術相對較為成熟,碳封存技術,地質(zhì)封存海洋封存礦石碳化及工業(yè)利用,石油和天然氣儲層封存（強化采油技術EOR、強壓氣體回收EGR）不可開采煤層封存（強化煤田甲烷回收ECBM）深部咸水層封存（深部800m含咸水的巖層，上覆不滲透的頁巖蓋層）,淺海(200-300m)溶解封存深海(500m)籠形包合物封存深海(3000m)籠形水合物封存,生成碳酸鹽，含碳化合物填料形式、滅火、制冷、碳酸飲料、金屬保護焊接、煙絲膨化處理、合成有機物,自然溶解,地表800m下，溫度31.1，壓力7.38MPa，CO就處于超臨界狀態(tài)。密度約為水的50%80%，儲存空間縮小，CO2具有較好的流動性、擴散性和溶解能力，具有超臨界流體的特點。,將封存與提高原油、天然氣或煤層氣采收率結合起來分別稱為,碳封存技術,CO2地質(zhì)封存主要方式,CCS的全球化應用,按照澳大利亞全球CCS研究所的統(tǒng)計，目前世界上運行、在建和計劃中的CCS項目有270個左右，其中70個達到每年封存超過1000kt二氧化碳的商業(yè)級規(guī)模。但是真正商業(yè)化項目不超過10個，并且主要集中在油氣生產(chǎn)領域，因為油氣領域的CCS項目可將捕集到的二氧化碳用于提高油氣采收率，從而更具經(jīng)濟性。,國內(nèi)外開展的主要CO2封存項目,把CO2注入油田或氣田用以驅(qū)油或驅(qū)氣可以提高采收率（使用EOR技術可提高30%60%的石油產(chǎn)量）；注入無法開采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅(qū)出來，即所謂的提高煤層氣采收率（EnhancedCoalBedMethaneRecovery，ECBM）。,世界主要的CCS項目（包括在建和計劃）,其中比較成功的為美國大平原合成燃料廠2000kt/a二氧化碳封存項目（用于加拿大韋本油田強化采油）和挪威北海天然氣中二氧化碳封存于海底鹽水層項目。,我國大型能源企業(yè)開展CCS的項目,中國對于CCS技術的了解和關注程度非常高，目前已經(jīng)擁有了具有自主知識產(chǎn)權的二氧化碳捕集技術。中石化南化公司研究院開發(fā)了低分壓（煙道氣等）二氧化碳捕集技術，截至2009年末，國內(nèi)采用該技術進行二氧化碳捕集利用的工業(yè)企業(yè)已有20多家，年捕集高純度二氧化碳100104多噸。大連理工大學的低溫甲醇洗技術可用于燃燒前的二氧化碳捕集，目前已經(jīng)在30多套化肥裝置上得到應用，未來可用于CCS項目。工業(yè)化方面，我國通過973計劃支持中國石油和北京大學進行CCS的工業(yè)試驗，將長春氣田天然氣中22%的二氧化碳分離到3%以下，捕集的二氧化碳埋藏到大情宇油田，實施強化采油，首次完成從捕集到封存的工業(yè)化試驗。2008年6月到2009年下半年，該項目已經(jīng)注入了10kt二氧化碳。,華能集團在北京高碑店和上海石洞口電廠分別開展了3000t/a和100kt/a規(guī)模的燃燒后捕集的工業(yè)化示范。高碑店電廠CCS項目由華能與澳大利亞合作開展，于2008年開始運行。項目采用中國石化南化研究院低分壓二氧化碳捕集技術進行燃燒后吸收，二氧化碳純度可達99.5%，目前捕集的二氧化碳出售給食品工業(yè)，并未實施封存。石洞口電廠為規(guī)模更大的同類示范裝置，2010年開始運行，捕集的二氧化碳也未實施封存。中國石化中原油田15kt/aCCS項目用于強化采油，約3.4t二氧化碳可采油1t。該項目到2009年底已通過二氧化碳增產(chǎn)石油2800多噸。勝利油田30kt/a驅(qū)油項目將于2011年建成投產(chǎn)，預計每年可增產(chǎn)石油近10kt。,綜上所述，我國CCS的工業(yè)示范，主要集中在發(fā)電廠。發(fā)電廠二氧化碳捕集主要采用燃燒后捕集方式，溶劑為胺液型化學溶劑。我國的燃燒前捕集技術主要用于煤化工的合成氣變換后脫碳，溶劑為物理溶劑，并未應用到CCS項目。未來天津的綠色煤電項目有可能將燃燒前脫碳技術應用于CCS項目。我國富氧燃燒還沒有進入工業(yè)化試驗。在封存方面，我國的CCS項目還沒有大規(guī)模封存的經(jīng)