碳捕集、利用與封存技術(shù)課件

目錄

13.1概述13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景復習思考題第十三章碳捕集、利用與封存技術(shù)目錄13.1概述13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理碳捕集、利用與封存(carboncapture,utilizationandstorage,CCUS)技術(shù)：將CO2從電廠等工業(yè)或其他排放源分離,經(jīng)捕集、壓縮并運輸?shù)教囟ǖ攸c加以利用或注入儲層封存以實現(xiàn)被捕集的CO2與大氣長期分離的技術(shù)。CCUS技術(shù)一般包括CO2捕集、運輸、利用和封存,其中CO2的利用主要是在封存的同時實現(xiàn)利用(如用于驅(qū)油、驅(qū)煤層氣等)。CO2的資源化利用,可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益,減少CCUS技術(shù)的綜合成本。13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義一、碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念碳捕集、利用與封存(carboncapture,util13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義一、碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念從電力生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和燃料處理過程中分離、收集CO2,并凈化和壓縮。目前,常用的CO2

捕集方式主要有燃燒前捕集、富氧燃燒捕集和燃燒后捕集,其中以燃燒后捕集方式應用最廣、技術(shù)上最為成熟。將收集到的CO2

通過罐車、管道或船舶等方式運輸?shù)椒獯娴?。通過管道運輸壓縮CO2是當前采用的主要方法,在海運便利的地方,液態(tài)CO2也可以通過船舶輸送,而且是一種更經(jīng)濟的輸送方案。碳封存是指將CO2長期封存于生物圈、地下構(gòu)造或海洋中,以減少CO2在空氣中的含量。地質(zhì)封存是應用最廣泛的碳封存技術(shù),適于CO2地質(zhì)封存的結(jié)構(gòu)一般包括海底鹽沼池、衰竭油氣藏、煤層和咸水層等地質(zhì)體。此外,還可以通過化學反應將CO2轉(zhuǎn)化成無機礦物性碳酸鹽從而達到幾乎永久性的儲存,這方面的技術(shù)仍處于研究階段,其經(jīng)濟可行性和減排效率存在很大的不確定性在封存的同時實現(xiàn)CO2的利用,可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟利益,降低CCUS技術(shù)的總體成本。這方面應用比較多的是將CO2注入衰竭的油藏,提高原油采收率(enhancedoilrecovery,EOR),或者將CO2注入滲透率較低的煤層,達到增采煤層氣(enhancedcoalbedmethane,ECBM)的目的。另外,CO2在食品、化工、生物和建材等領(lǐng)域也得到了較為廣泛的應用捕集階段運輸階段封存階段CO2

的利用13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義二、發(fā)展碳捕集、利用與封存技術(shù)的意義2016年,國際能源署提出解決全球氣候變化的主要手段是發(fā)展清潔能源(包括可再生能源和核能)、提高能效(包括最終使用燃料和電力效率以及最終使用燃料轉(zhuǎn)換)和CCUS技術(shù)。政府間氣候變化專門委員會也指出,如果沒有CCUS,絕大多數(shù)氣候模式都不能實現(xiàn)緩解氣候變化的目標;重要的是,如果不采用CCUS技術(shù),在2050年前實現(xiàn)大氣中溫室氣體濃度控制在0.045%CO2當量的成本會增加138%。據(jù)全球碳捕集與封存研究院的統(tǒng)計,2018年年底,全球共有37個大型CCUS項目,其中有22個項目處于運行或建設(shè)階段,綜合捕集CO2的能力約為3700萬t/a。因此,CCUS技術(shù)是一種減少溫室氣體排放和利用溫室氣體的技術(shù),是解決全球氣候變化的重要手段之一,其發(fā)展及廣泛應用對建立清潔低碳的能源體系,倡導綠色低碳的生活方式以及推動國家可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)綠色發(fā)展進程都有積極的意義。我國在提高能效和發(fā)展清潔能源方面已經(jīng)位居世界前列,政府在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源供給、提高節(jié)能效率、控制非能源活動溫室氣體排放、增加碳匯等方面采取了一系列行動,取得了一定的積極成效,如2017年碳強度比2005年下降約46%,已經(jīng)提前完成了到2020年碳強度下降40%~45%的目標。CCUS技術(shù)作為重要的減排技術(shù),是我國踐行低碳發(fā)展戰(zhàn)略的重要技術(shù)選擇,對實現(xiàn)綠色發(fā)展至關(guān)重要。截至2017年年底,全國已建成或運營的萬噸級以上CCUS示范項目13個,大規(guī)模全流程的集成項目有14個正在部署中。

13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義第1章

隨機事件與概率1.1隨機現(xiàn)象與隨機試驗

1.2隨機事件1.3概率及其性質(zhì)1.4條件概率1.5事件的獨立性1.6應用實例第1章隨機事件與概率1.1隨機現(xiàn)象與隨機試驗 1.1隨機現(xiàn)象與隨機試驗隨機現(xiàn)象確定性現(xiàn)象非確定性現(xiàn)象—隨機現(xiàn)象統(tǒng)計規(guī)律性1.1隨機現(xiàn)象與隨機試驗隨機現(xiàn)象隨機試驗

E1：投擲一枚均勻骰子，觀測出現(xiàn)的點數(shù)(即朝上那一面的點數(shù)).

E2：在一批產(chǎn)品中，任取一件，檢測它是正品，還是次品.E3：投擲兩枚質(zhì)地均勻的硬幣，觀測正面和反面出現(xiàn)的次數(shù).E4：記錄某網(wǎng)站一天的點擊量.E5：從一批燈泡中，任取一只，測試其壽命.可重復性明確性隨機性隨機試驗1.2隨機事件樣本空間：

樣本點：必然事件：不可能事件：1.2隨機事件樣本空間：樣本點事件的關(guān)系子事件：事件A發(fā)生必然導致事件B發(fā)生，稱事件A是事件B的子事件和事件：事件A與事件B中至少有一個發(fā)生，稱為事件A與事件B的和事件積事件：事件A與事件B同時發(fā)生，稱為事件A與事件B的積事件或事件的關(guān)系事件的關(guān)系及運算差事件：事件A發(fā)生而事件B不發(fā)生，稱為事件A關(guān)于事件B的差事件互不相容事件：事件A與事件B不能同時發(fā)生，稱事件A與事件B互不相容對立事件：事件A不發(fā)生，稱為A的對立事件事件的關(guān)系及運算事件的運算交換律結(jié)合律分配律對偶律吸收律事件的運算1.3概率及其性質(zhì)1.3概率及其性質(zhì)碳捕集、利用與封存技術(shù)課件碳捕集、利用與封存技術(shù)課件古典概型定義:設(shè)E

是一個隨機試驗,若它滿足以下兩個條件： (1)僅有有限多個基本事件； (2)每個基本事件發(fā)生的可能性相等。這類隨機試驗的數(shù)學模型稱為古典概型。古典概型定義:設(shè)E是一個隨機試驗,若它滿足以下兩個條件：定義：設(shè)試驗E為古典概型試驗，Ai，i=1,2,…,n是基本事件,則由樣本空間的樣本點總數(shù)所含樣本點的數(shù)目基本事件總數(shù)所含的基本事件個數(shù)AAAP==)(所確定的概率稱為事件A的古典概率。注：在古典概率的計算中常用到排列組合的知識，如乘法原理、加法原理等等。定義：設(shè)試驗E為古典概型試驗，Ai，i=1,2,…,n是基本碳捕集、利用與封存技術(shù)課件幾何概型定義:設(shè)E是一個隨機試驗,若它滿足以下兩個條件： (1)如果一個隨機現(xiàn)象的樣本空間W充滿某個幾何區(qū)域，其度量(長度、面積、體積等)大小可以用SW表示； (2)任意樣本點落在度量相同的子區(qū)域內(nèi)是等可能的。這類隨機試驗的數(shù)學模型稱為幾何概型。幾何概型定義:設(shè)E是一個隨機試驗,若它滿足以下兩個條件：碳捕集、利用與封存技術(shù)課件碳捕集、利用與封存技術(shù)課件碳捕集、利用與封存技術(shù)課件13.1概述13.1.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的特點和應用一、CCUS技術(shù)的特點在技術(shù)成熟的前提下,CCUS技術(shù)有可能實現(xiàn)近零排放,這是全球氣候解決方案的重要組成部分。CCUS技術(shù)在促進煤清潔利用方面具有重要作用,有可能對油氣、燃煤發(fā)電、煤化工等行業(yè)的優(yōu)化發(fā)展起明顯的推進作用,對世界能源供給也具有戰(zhàn)略意義。13.1概述13.1.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的特點和應用13.1概述13.1.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的特點和應用二、CCUS技術(shù)的應用表13-2總結(jié)了CCUS技術(shù)的應用領(lǐng)域，主要包括物理應用、化工應用和生物應用等。其中，物理應用主要包括：在啤酒、碳酸飲料中的應用；石油三采的驅(qū)油劑；焊接工藝中的惰性氣體保護焊；將液體、固體CO2的冷量用于食品蔬菜的冷藏、儲運；在果蔬的自然降氧、氣調(diào)保鮮劑，以及用于超臨界CO2萃取等行業(yè)中。化工應用主要包括：無機和有機精細化學品、高分子材料等的研究應用上。如以CO2為原料合成尿素、生產(chǎn)輕質(zhì)納米級超細活性碳酸鹽；CO2催化加氫制取甲醇；以CO2為原料生產(chǎn)系列有機原料；CO2與環(huán)氧化物共聚生產(chǎn)的高聚物；通過CO2轉(zhuǎn)化為CO，從而合成一系列羥基化碳等化學品。生物應用主要以微藻固定CO2轉(zhuǎn)化為生物燃料和化學品，生物肥料、食品和飼料添加劑等。目前，我國在CCUS全流程的各種技術(shù)路線上都開展了示范工程，新建規(guī)模也在不斷擴大。根據(jù)麥肯錫的估算，在經(jīng)過初期的示范階段之后，CCUS產(chǎn)能規(guī)模每翻一番，成本將有望下降10~20%。13.1概述13.1.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的特點和應用13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)目前，碳捕集技術(shù)主要有3種類型：燃燒前捕集（pre-combustioncapture）、富氧燃燒捕集（oxy-fuelcombustioncapture）和燃燒后捕集（post-combustioncapture)，其技術(shù)路線的典型工藝如圖13-1所示。此外，一些新型的捕集技術(shù)，如化學鏈燃燒捕集技術(shù)、電化學泵、CO2水合工藝和光催化工藝分離煙氣CO2技術(shù)等也逐漸受到研究者們的關(guān)注和重視。碳捕集技術(shù)的選擇主要取決于燃料的類型、燃燒方式、燃燒的溫度、氣體中CO2濃度和分壓以及現(xiàn)有技術(shù)和成本等。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)一、燃燒前捕集技術(shù)在燃燒前去除燃料中的碳元素，那么就需要將燃料中的碳轉(zhuǎn)化為易分離的物質(zhì)。以燃煤火電廠為例，如圖13-2所示，煤與水蒸汽或者O2在高溫高壓下發(fā)生部分氧化反應，產(chǎn)生一定量的CO和H2，即得到所謂的“合成氣”。合成氣經(jīng)過顆粒去除純化以后，合成氣中的CO與水蒸汽發(fā)生反應生成CO2，然后經(jīng)過吸收法、吸附法等技術(shù)去除CO2，例如已得到廣泛工業(yè)應用的Seloxol法，然后得到幾乎純凈的H2燃料氣。盡管燃料氣化相對于傳統(tǒng)的直接燃燒的步驟較為復雜且成本較高，但是在CO2的分離過程中，在高壓、且CO2濃度較高的分離條件下，分離更為簡單且成本較低。與燃燒后捕集CO2是通過CO2與吸收劑發(fā)生化學反應不同的是，燃燒前捕集CO2更適合的方法是CO2在高壓、高濃度條件下發(fā)生物理吸收吸附，然后降壓進行解吸。但是燃燒前捕集的能耗較大，特別是燃料氣氣化重組轉(zhuǎn)換和CO2與H2混合氣變壓分離CO2的過程，最初的燃料轉(zhuǎn)化步驟較為復雜，與燃燒后系統(tǒng)相比成本較高。但由變換反應器產(chǎn)生的高濃度CO2（在烘干條件下一般占體積的15~60%），以及在這些應用中的高壓條件，則更有利于CO2的分離。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)一、燃燒前捕集技術(shù)燃燒前系統(tǒng)可以在采用整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（Integratedgasificationcombinedcycle,IGCC）技術(shù)的電廠中使用。IGCC技術(shù)是20世紀70年代西方國家在石油危機時期開始研究和發(fā)展的一種技術(shù)，是把煤氣化和燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)有機集成的一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)。系統(tǒng)主要由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。第一部分的主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設(shè)備。第二部分的主要設(shè)備有燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。IGCC系統(tǒng)流程示意如圖13-3所示。IGCC的工藝過程如下：煤制備后經(jīng)氣化成為中低熱值煤氣，經(jīng)過凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料；然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動燃氣輪機做功；燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐，加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機做功。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)二、富氧燃燒捕集技術(shù)如圖13-4所示，富氧燃燒技術(shù)是指在燃燒過程中通入不含N2的純氧，燃燒后的煙氣CO2體積濃度可達85%以上，便于后續(xù)的封存。富氧燃燒捕集具有非常大的發(fā)展前景，由于燃燒過程中沒有N2的參加，其燃燒溫度更高，且只產(chǎn)生微量的NOx，因而整個碳捕集過程其能耗較低。但是富氧燃燒捕集整個核心是制氧過程，常采用低溫分離和膜分離技術(shù)，制氧過程費用很高。由于富氧燃燒過程溫度較高，因而涉及燃燒器的材料耐受力和燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和改造。綜合考慮制氧成本和燃燒器結(jié)構(gòu)這兩方面問題，該過程目前主要限制于實驗室和中試研究。美國阿貢國家實驗室正在研究改造富氧燃燒器，使得燃燒器能夠同時將CO2的傳輸利用以及保存集于一體。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)三、燃燒后捕集技術(shù)火電廠的CO2燃燒后捕集在特定的經(jīng)濟條件下是可行的，且已有工業(yè)化應用。如圖13-5所示，傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠通過煤與空氣混合燃燒產(chǎn)生熱和電，在燃燒過程中會產(chǎn)生SO2、NOx和顆粒物等污染物，由于CO2的捕集過程需要保持混合氣體的相對潔凈度，因而一般捕集的過程是在除塵、脫硫、脫硝以后。燃燒后捕集技術(shù)的分支較多，主要分為吸收法、吸附法、膜分離法、低溫蒸餾法等，目前應用得最廣泛且高效的CO2捕集方法是醇胺吸收法。醇胺法能夠捕集85~95%的CO2，吸收了CO2的溶劑再進行升溫解吸，可得到高濃度的CO2氣體進行運輸封存。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)四、化學鏈燃燒技術(shù)近年來，化學鏈燃燒技術(shù)（chemicalloopingcombustion,CLC）逐漸發(fā)展起來。CLC技術(shù)改變了傳統(tǒng)的燃燒方式，可通過煤的間接燃燒，得到高濃度的CO2尾氣，這將便于CO2的回收利用。CLC的基本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應的燃燒借助于載氧劑的作用分解為兩個氣固反應，燃料與空氣無需接觸，由載氧劑將空氣中的氧傳遞到燃料中。反應方程式如下：燃料側(cè)反應為：燃料+MO（金屬氧化物）→CO2+H2O+M（金屬）空氣側(cè)反應為：M（金屬）+O2（空氣）→MO（金屬氧化物）13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)四、化學鏈燃燒技術(shù)CLC系統(tǒng)由氧化爐、還原爐和載氧劑組成。其中，載氧劑由金屬氧化物與載體組成，金屬氧化物是真正參與反應傳遞氧的物質(zhì)，而載體是用來承載金屬氧化物并提高化學反應特性的物質(zhì)。燃料從固體金屬氧化物MO獲取氧，無需與空氣直接接觸，燃料側(cè)的生成物為高濃度的CO2、水蒸氣和固體金屬M；空氣側(cè)是前一個反應中生成的固體金屬M與空氣中的氧反應，重新生成固體金屬氧化物MO。金屬氧化物MO與金屬M在兩個反應之間循環(huán)使用，起到傳遞氧的作用。整個過程中不會產(chǎn)生NOx，采用物理冷凝法即可分離回收CO2，可以節(jié)省大量能耗。這種新的能量釋放方法是解決CO2、NOx環(huán)境污染的一個重大突破，其動力系統(tǒng)如圖13-6所示。熱力學計算和分析表明，還原反應和氧化反應的反應熱總和等于總反應放出的燃燒熱，也即傳統(tǒng)燃燒中放出的熱量，但由于CLC系統(tǒng)降低了傳統(tǒng)燃燒的?損失，提供了提高能源利用率的可能性；同時，由于燃料與空氣不直接接觸，整個過程中不會產(chǎn)生NOx，在還原反應器內(nèi)生成的CO2和水不會被過量的空氣和N2稀釋，分離回收CO2只需將水蒸氣冷凝、去除，無需消耗能量和CO2分離裝置。盡管CLC的優(yōu)點已引起了許多國內(nèi)外學者的興趣，但該技術(shù)目前仍處于研究發(fā)展階段，其有效利用還有待于進一步開發(fā)。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)CO2可以以氣體的形式在管道中運輸，也可以以液體的形式在管道、船舶和罐車（包括公路罐車和鐵路罐車）中運輸。表13-3簡要列出了各種運輸方式的優(yōu)缺點及其適用場合。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)采用罐車對CO2進行運輸?shù)募夹g(shù)已經(jīng)成熟，罐車運輸主要有卡車運輸（公路罐車運輸）和火車運輸（鐵路罐車運輸）兩種方式。公路罐車運輸規(guī)模有2~50t不等，運輸方式較為靈活，適應性強，但運輸過程中存在CO2的蒸發(fā)問題，依據(jù)車內(nèi)儲藏時間的不同，該蒸發(fā)量可以高達10%。鐵路罐車適用于較大容量、長距離的CO2輸送。但是鐵路輸送除了需要考慮現(xiàn)有的鐵路條件外，還需要考慮CO2的罐裝、卸除和臨時儲存等基礎(chǔ)設(shè)施的條件，如果這些條件不具備，其運輸成本同樣會很高。罐車運輸目前已經(jīng)廣泛應用在食品級CO2的運輸方面，由于食品級CO2的運輸量很小，采用其他的運輸方式容易“大材小用”。目前已有小型的CO2運輸船舶，但還沒有大型的適合CO2運輸?shù)拇?。不過在石油工業(yè)中，液化石油氣（liquidpetroleumgas,LPG）和液化天然氣（liquidnaturalgas,LNG）的船舶運輸已經(jīng)商業(yè)化，未來可以考慮利用已有的LPG油輪來進行CO2的運輸。和罐車運輸一樣，采用船舶運輸?shù)臅r候也必須考慮CO2的蒸發(fā)與泄漏；在長距離運輸時，這種蒸發(fā)和泄漏可能很嚴重，因而需要對泄露的CO2進行回收。相對于管道運輸而言，輪船具有運輸方向靈活和運輸距離遠等優(yōu)點。因此，未來海上油田EOR或者在海底地質(zhì)層封存CO2時，船舶運輸將是一種較有競爭力的選擇。一、罐車和船舶運輸13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)（1）管道運輸?shù)脑鞢O2具有其獨特的物理性質(zhì)，這也決定了CO2的管道運輸方式與其他氣體不同。圖13-7為CO2的三相圖。在常溫常壓下，CO2呈氣態(tài)，密度小，黏度大，不利于管道運輸。和其他氣體的管道運輸一樣，CO2需以壓縮態(tài)來運輸。從圖13-7可以看出CO2的臨界溫度和壓強分別為31.1°C和7.38MPa，運輸過程中只要溫度和壓強同時保持在臨界點以上，CO2就會處于超臨界狀態(tài)，避免運輸過程中氣液兩相流的產(chǎn)生。超臨界狀態(tài)的CO2基本上仍是一種氣態(tài)，但又不同于氣態(tài)，其密度比一般氣態(tài)CO2要大兩個數(shù)量級，與液體相似（如當壓力高于臨界壓力、溫度低于20°C時，CO2的密度范圍為800~1200kg/m3，相當于密度為1000kg/m3的水的密度）。在擴散力和黏度上，它卻更接近于氣態(tài)CO2。由于超臨界CO2有黏度小、密度小的特點，因此可將CO2轉(zhuǎn)化為超臨界態(tài)后在管道中運輸。這也是目前大多數(shù)學者建議的一種CO2運輸方式。但由圖13-7可以看出，只要保證CO2的壓力高于7.38MPa，在溫度大于-60°C的情況下，CO2都會是壓縮態(tài)，不會有兩相流產(chǎn)生。這就意味著沒有必要對溫度進行嚴格的限制，環(huán)境溫度完全可以滿足運輸要求。二、管道運輸在一定的溫度下，CO2的可壓縮性會隨壓力的不同而不同，同時還會受CO2中可能混入的雜質(zhì)的影響。有研究表明，CO2的可壓縮性在8.6MPa時會發(fā)生顯著變化，為了減少設(shè)計和操作過程中可能遇到的麻煩，一般情況下建議CO2的管道運輸壓力應保持在8.6MPa以上。通過管道輸運CO2存在摩擦損耗，通常摩擦損耗范圍為4~50kPa/km，這取決于管道直徑、質(zhì)量、CO2的流速以及管道的粗糙系數(shù)。一般來說，管道直徑越大，摩擦損耗越小。因此，為了使CO2在整個管道中都保持為致密相，通常采用足夠高的管道入口壓力來克服損失，或者通過在每100~150km處安裝增壓壓力站來彌補壓力損失，從而使CO2在輸運過程中始終保持為超臨界狀態(tài)。另外，CO2管道與天然氣管道類似，CO2需經(jīng)過脫水以降低管道被腐蝕的可能性，因為鋼制的管道不會被干燥的CO2腐蝕，在脫水站之前的短管道需用一種耐蝕合金制成。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)二、管道運輸對于大規(guī)模CO2的運輸，管道運輸是一種廉價的方式。在100~500km每年運輸1~5MtCO2或者在500~2000km每年運輸5~20MtCO2將會在經(jīng)濟上形成規(guī)模效益。未來40年中CCUS的需求規(guī)模決定了管道運輸將是最主要的CO2運輸方式。然而，在CCUS技術(shù)從示范到商業(yè)化的漫長歷程中，為確定管道網(wǎng)絡和常規(guī)運載工具將如何發(fā)展而進行的大量工作尚待完成。在世界的很多地區(qū)，只有弄清埋存地分布之后，管道運輸網(wǎng)絡的規(guī)劃才能進入實質(zhì)性階段。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)二、管道運輸①CO2預處理②CO2管道輸送系統(tǒng)的壓縮方案③風險控制（2）管道運輸相關(guān)問題13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)二、管道運輸一般來說，捕集得到的CO2中往往含有N2、H2O、O2、H2S等雜質(zhì)氣體，這些氣體一方面容易形成氣泡，導致運輸阻力增加、能耗增大，從而降低經(jīng)濟性；另一方面也可能對壓縮泵、管道和儲存罐等設(shè)備造成氧化、腐蝕，影響管道的使用壽命和經(jīng)濟性。因此，在進行運輸之前，需要對CO2進行凈化，使其中雜質(zhì)的含量低于某一數(shù)值。不同國家或者企業(yè)，對管道運輸?shù)腃O2成分有不同的規(guī)定，一般來說，應該滿足如下要求：CO2的體積分數(shù)應該大于95%；不含自由水，水蒸氣的含量低于0.489g/m3（氣態(tài)）；H2S的質(zhì)量分數(shù)小于1500ppm，全硫質(zhì)量分數(shù)小于1450ppm；溫度低于48.9°C；N2的體積分數(shù)小于4%；O2的質(zhì)量分數(shù)小于10ppm。吸收法捕集系統(tǒng)所捕集的CO2基本能夠滿足以上要求，無須進一步凈化。這種濃度的CO2可以用于地質(zhì)封存或者強化石油開采。對采用富氧燃燒捕集系統(tǒng)得到的CO2可能還需要進一步凈化才能滿足運輸要求。另外，對于其他用途的CO2，如食品級的CO2，則純度要更高、所含的雜質(zhì)也要更少。①CO2預處理13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)二、管道運輸如圖13-8所示，CO2的壓縮一般情況下包括如下三步：初壓縮，即入管前的壓縮；中間壓縮，即中間壓氣站的壓縮；注入點的壓縮。考慮到壓縮機和壓縮泵各自的工作特點以及它們在工作時效率與能量消耗的不同，通常將CO2的初壓縮分成兩步進行：首先用壓縮機將CO2氣體壓縮為具有一定壓力的液態(tài)，然后利用泵來進一步將其提壓至規(guī)定的壓力值。工程中常將（6MPa，23°C）作為泵和壓縮機的工作區(qū)間分界點，低于6MPa時采用壓縮機壓縮，高于6MPa后采用泵來壓縮。需要注意的是，經(jīng)壓縮機壓縮后，CO2的溫度可能會超過23°C，為了確保通過泵時CO2處在液態(tài)，必要時需要對CO2進行冷卻處理，使其溫度不超過23°C。如果管道太長，當管道內(nèi)CO2的壓力降低到9MPa時，就需對CO2進行中間加壓。當CO2運輸?shù)椒獯纥c時，如果其出口壓力低于注入壓力，則需要對CO2繼續(xù)加壓。需要注意的是，此時CO2的壓力不再受管道所能承受壓力極限的限制，只需滿足注入的要求即可。②CO2管道輸送系統(tǒng)的壓縮方案13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)二、管道運輸CO2不存在爆炸和著火有關(guān)的風險，但氣體CO2比空氣的密度大，它可以在低洼地積累。高濃度的CO2會影響人類的健康，有時甚至會有致命的危險。某些雜質(zhì)（如H2S和SO2)的存在會增加與管道泄漏有關(guān)的風險，潛在的管道泄漏可能由管道中損傷、腐蝕或損壞的閥、焊縫引起。裂縫的外部檢測和目視檢查（包括通過使用外部監(jiān)督設(shè)備或者分布式光纖傳感器），可以有效減少與腐蝕相關(guān)的風險。③風險控制13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.2碳運輸技術(shù)三、三種運輸方式的比較從目前已知的CO2運輸成本來看，管道和船舶的CO2運輸成本最低，且隨著CO2運輸規(guī)模增大，其成本能夠進一步降低。但是，對于小規(guī)模的CO2運輸，公路罐車運輸相對較靈活，固定投資成本較小，也是經(jīng)常采用的一種方法?？傊饭捃囘m合小規(guī)模（<105t/年）、近距離、目的地較分散的場合。鐵路罐車適合較大規(guī)模（105~106t/年)、較遠距離的運輸。但是對于大規(guī)模（>106t/年）、遠距離、運輸目的地穩(wěn)定的場合，管道運輸?shù)慕?jīng)濟性會比較好。當然，對于未來海洋封存，船舶運輸和管道運輸一樣具有成本優(yōu)勢。由于火電站每年的CO2排放量在百萬t以上（30萬kW燃煤機組每年捕集的CO2約為lMt)，且進行大規(guī)模封存時，其封存地相對穩(wěn)定，因此適宜采用管道運輸13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)CO2利用的前提是如何持續(xù)穩(wěn)定地獲取CO2資源，目前我國已經(jīng)掌握了碳捕集、分離與凈化技術(shù)，這為實現(xiàn)CO2資源化和規(guī)?；谩p少CO2排放提供了有力的技術(shù)支撐。CO2的應用途徑主要包括強化驅(qū)油（CO2-EOR)、驅(qū)煤層氣(CO2-ECBM)。CO2驅(qū)油技術(shù)具有提高石油產(chǎn)量的潛力，同時還能封存一部分CO2。石油產(chǎn)量的提高將創(chuàng)造額外利潤，能抵消部分碳捕集與封存技術(shù)應用的成本。中國煤層氣資源豐富，煤層氣勘探開發(fā)實踐表明，中國煤層氣儲層滲透率偏低，向煤層中注入CO2，可以達到增采煤層氣的目的。此外，CO2在生物、化工、建材等領(lǐng)域也得到了廣泛的應用。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)EOR主要指在油藏開采過程中不包括一次采油和二次采油的增產(chǎn)措施，主要開采目標是油藏剩余油。一次采油是利用地層天然能量來生產(chǎn)原油，石油的開采一般開始時是依靠自身壓力壓向地面，當壓力不足時，采用泵抽的方法。二次采油是通過向地層注入流體，恢復油藏壓力來驅(qū)替原油。目前，CO2-EOR已成為美國提高石油采收率的主導技術(shù)，2004年美國CO2-EOR增加的原油產(chǎn)量占全國提高采收率項目總產(chǎn)量的31%。一、CO2-EOREOR主要工藝熱采工藝化學驅(qū)工藝微生物驅(qū)油技術(shù)CO2-EOR13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)1）CO2混相驅(qū)油技術(shù)在二次采油結(jié)束時，由于毛細作用，不少原油殘留在巖石縫隙間，而不能流向生產(chǎn)井，不論用水或烴類氣體驅(qū)油都是非均相驅(qū)油，油與水（或氣體）均不能相溶形成一相，而是在兩相之間形成界面。必須具有足夠大的驅(qū)動力才能將原油從巖石縫隙間擠出，否則一部分原油就會停留下來。如果能注入一種同油相混溶的物質(zhì)，即與原油形成均勻的一相，孔隙中滯留油的毛細作用力就會降低甚至消失，原油就能被驅(qū)向生產(chǎn)井。CO2能通過逐級提取原油中的輕組分與原油達到完全互溶。CO2混相驅(qū)油一般采用CO2與水交替注入儲層的方法，注水改變CO2的驅(qū)油速度，擴大CO2的波及效率?；煜囹?qū)油的基本原理是CO2和地層原油在油藏條件下形成穩(wěn)定的混相帶前緣，該前緣作為單相流體移動并有效地把原油驅(qū)替到生產(chǎn)井（圖13-9）。一、CO2-EOR13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)（2）CO2非混相驅(qū)油技術(shù)儲層壓力較低時，石油組成不利于混相驅(qū)油工藝的實施（如重油）；所注入的CO2將不與石油相溶或只部分相溶。在這種條件下，就會發(fā)生不溶或接近相溶的CO2驅(qū)油過程。CO2非混相驅(qū)油的機制是將CO2注入圈閉構(gòu)造的頂部，使原油向下及構(gòu)造兩邊移動，在構(gòu)造兩邊的生產(chǎn)井中將原油采出（圖13-10）。一、CO2-EOR主要采油機理是對原油中輕烴汽化和抽提，使原油體積膨脹、黏度降低、界面張力減小。另外，CO2還可以提高或保持地層壓力，當?shù)貙訅毫ο陆禃r，CO2就會從飽和了CO2的原油中溢出，形成溶解氣驅(qū)，從而達到提高原油采收率的目的。在大多數(shù)情況下，CO2非混相驅(qū)油的效率比混相驅(qū)油的效率低，并且之前使用的頻率也較低，但在考慮CO2封存時，可以設(shè)計不溶或接近混溶的CO2注入技術(shù)。CO2非混相驅(qū)油技術(shù)的主要應用包括：用CO2來恢復枯竭油藏的壓力，重力穩(wěn)定非混相驅(qū)替（用于開采高傾角、垂向滲透率高的油藏），重油CO2驅(qū)替（可以改善重油的流度，從而改善水驅(qū)效率），應用CO2驅(qū)替開采高黏度原油。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)（3）CO2吞吐技術(shù)CO2吞吐技術(shù)的實質(zhì)是非混相驅(qū)油，采油機理主要是原油體積膨脹、降低原油界面張力和黏度，以及CO2對輕烴的抽提作用。該方法的一般過程是把大量的CO2注入生產(chǎn)井底，然后關(guān)井幾個星期，讓CO2滲入到油層以降低石油的黏度，然后重新開井生產(chǎn)。這種單井開采技術(shù)不依賴于井與井間的流體流動特性，適用范圍很廣，一般對開采井間流動性差或其他提高采收率方法不能見效的小型斷塊油藏、裂縫性油藏、強烈水驅(qū)的塊狀油藏、有底水的油藏等一些特殊油藏，以及不能承受油田范圍的很大前沿投資的油藏等幾類油藏具有更重要的意義。CO2吞吐技術(shù)增產(chǎn)措施相對來說具有投資低、返本快的特點，能在CO2耗量相對較低的條件下增加采油量。一、CO2-EOR13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)地下的煤儲層受到地質(zhì)史中構(gòu)造、地溫、低壓等諸多應力場的作用。固相的煤層中發(fā)育有極為豐富的裂隙，此外由于煤基質(zhì)塊中的原生孔裂隙，在煤層有機化學生烴階段產(chǎn)生的次生孔裂隙導致煤含有大量的微孔隙，比表面積巨大，且孔隙表面存在不飽和能，與非極性氣體分子之間產(chǎn)生一種范德華力，從而達到吸附氣體分子的效果，并且由于吸附力的作用導致分子間距離的下降致使氣體吸附量遠大于煤層體積。地下煤層在沒有注入CO2之前，主要吸附著有機化學反應階段生成的CH4氣體。但是煤對不同氣體的吸附能力不同。試驗表明，煤對CO2的吸附能力大于CH4，也就是說在保持煤層壓力的同時注入CO2，CH4氣體將會進行解吸，同時煤層達到吸附固定CO2的效果（圖13-11）。因此，在保持煤層壓力的同時注入CO2，就可以把煤層中多余的CH4驅(qū)出來，從而達到增采煤層氣的目的。二、CO2-ECBM13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)CO2的生物固定或利用主要指陸地和海洋生態(tài)環(huán)境中的植物、自養(yǎng)微生物等通過光合或化學作用，吸收和固定大氣中游離的CO2，并在一定條件下實現(xiàn)向有機碳的轉(zhuǎn)化，從而達到固定或利用CO2的目的。因其符合自然界循環(huán)和節(jié)省能源的理想方式（經(jīng)濟、安全、有效），目前被認為是地球上最主要和最有效的固碳方式，在碳循環(huán)中起決定作用。森林約占陸地植物現(xiàn)存量的90%，另外，與草原、農(nóng)田植物相比，森林具有較高的碳儲存密度（即與別的土地利用方式相比，單位面積內(nèi)可以儲存更多的有機碳）。因此，本部分將從森林固碳和微生物固碳兩個方面對CO2的生物利用加以闡述。三、生物固定或利用13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)（1）森林固定全球植物每年固定大氣中11%左右的CO2，森林每年固定4.6%。森林通過光合作用吸收CO2，制造碳氫化合物，即生物量，從而將CO2以有機碳的形式固定于森林植物中。森林在陸地植物中擁有最高的生物量，是陸地生物光合產(chǎn)量的主體，也是全球碳循環(huán)的主體。所以森林具有CO2儲存庫的重要地位，其光合作用過程為：三、生物固定或利用13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)三、生物固定或利用根據(jù)減緩大氣CO2濃度升高的方式，進行分類（1）保存現(xiàn)有碳，減少森林采伐、改變現(xiàn)有的采伐體制和保護森林，以保存現(xiàn)有的森林碳庫不再向大氣凈排放；（2）固定大氣碳，增加天然林、人工林和農(nóng)林復合林的面積或森林碳密度，以增加森林的碳儲量；（3）替代碳排放，利用森林生物質(zhì)替代石化產(chǎn)品，把生物碳轉(zhuǎn)化為生物燃料和長壽命的木材產(chǎn)品。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)三、生物固定或利用森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳作用取決于兩個對立的過程，即碳素輸入過程和碳素輸出過程。植物首先通過光合作用吸收CO2生成有機質(zhì)儲藏在體內(nèi)，形成總初級生產(chǎn)量（GPP）。而后，通過植物自身的呼吸作用釋放出一部分碳素（RA），GPP減去這一部分即為凈初級生產(chǎn)量（NPP）。NPP可反映森林生態(tài)系統(tǒng)的碳素輸入能力。植物以枯枝落葉、根屑等形式把碳儲藏在土壤中，而土壤中的碳有一部分會被微生物和其他異養(yǎng)生物通過分解和呼吸釋放到大氣中（RH），這是碳素輸出過程，NPP減掉這一部分即為凈生產(chǎn)量（NEP），它可以反應森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力，可用如下公式表示：NEP=GPP-RA-RH。根據(jù)該公式，如果在自然生長狀態(tài)下，一般森林生態(tài)系統(tǒng)的NEP為正值，是個碳匯。然而，由于人類活動的干擾和破壞，尤其是對熱帶森林的濫伐或把其變?yōu)檗r(nóng)業(yè)用地等行為，就會使森林生態(tài)系統(tǒng)的NEP為負，從而成為碳源。我國森林生態(tài)系統(tǒng)在陸氣系統(tǒng)碳循環(huán)中表現(xiàn)為碳匯，其NEP值為0.48PgC。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)三、生物固定或利用（2）微生物固定①固定CO2的微生物種類固定CO2的微生物一般有兩類：光能自養(yǎng)型微生物和化能自養(yǎng)型微生物。前者主要包括微藻類和光合細菌，它們都含有葉綠素，以光為能源，CO2為碳源合成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物；后者以CO2為碳源，以H2、H2S、S2O32-、NH4+、NO2-、Fe2+等為能源。固定CO2的微生物種類見表13-4。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)三、生物固定或利用②微藻固定CO2微藻在固定CO2的同時會產(chǎn)生大量的藻體，如不對藻體加以綜合利用必然會帶來污染。若開發(fā)合適的綜合利用途徑，不僅可以避免二次污染，還可降低過程成本。其綜合利用主要包括在固定CO2的過程中利用現(xiàn)代高新技術(shù)，將微藻轉(zhuǎn)化為生物柴油等高價值液體燃料；生產(chǎn)有用物質(zhì)如類脂和蛋白質(zhì)；作為提取高附加值藥物的原料；固定煙道氣中CO2的同時生產(chǎn)高蛋白、易消化的動物飼料；與α-亞麻酸的生產(chǎn)結(jié)合，以得到高產(chǎn)量的α-亞麻酸等?？梢姡⒃骞潭–O2的綜合利用有著非常廣闊的應用前景。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)四、其他資源化利用途徑除了上述的CO2驅(qū)油和提高煤層氣開采率外，CO2還可被應用于化工、建材等領(lǐng)域，如合成有機高分子化合物、無機化工產(chǎn)品、焊接保護、礦化制建材和煙絲膨化等。從規(guī)模尺度上評價，相對于EOR和ECBM技術(shù)而言，這五種利用方式能夠減排的CO2量都比較??；但從時間尺度上評價，利用CO2制備合成有機高分子化合物、無機化工產(chǎn)品等方式可在一定時間范圍內(nèi)起到碳減排的作用，而在這些材料被消耗的過程中將再次排放CO2。由于這些方式在一定程度上使CO2得到利用，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益，因而這些利用方式屬于廣義的CO2資源化利用方式。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)四、其他資源化利用途徑合成有機高分子化合物碳酸酯聚脲聚氨基甲酸酯聚酮、聚醚、聚酮醚酯無機化工產(chǎn)品尿素白炭黑碳酸鋇晶體碳酸鈣13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳利用技術(shù)四、其他資源化利用途徑（3）焊接保護CO2電弧焊是一種高效率的焊接方法，以CO2氣體作為保護氣體，依靠焊絲與焊件之間的電弧來熔化金屬的氣體保護焊的方法稱CO2焊。由于CO2具有一定的氧化性，因此，CO2焊一般采用一定脫氧元素的專業(yè)CO2焊絲。CO2電弧焊接在我國的造船、機車、汽車制造、石油化工、工程機械、農(nóng)業(yè)機械中已獲得廣泛應用。（4）煙絲膨化卷煙廠的煙絲如果不膨化，則需要三年以上才能使用，如果采用CO2膨化，則只需要兩個月就可以使用，并且膨化后的煙絲透氣性、耐燃性和味道都有很大改觀，所以現(xiàn)在的卷煙廠全部采用CO2膨化技術(shù)。CO2和氟利昂是兩種常用的煙絲膨化劑，但后者已被列為淘汰禁用品，這給CO2在煙草業(yè)中的發(fā)展提供了良機。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳封存技術(shù)目前潛在的可用于封存CO2的技術(shù)有：地質(zhì)封存（在地質(zhì)構(gòu)造中，如石油和天然氣田、不可開采的煤田以及深部咸水層構(gòu)造）、海洋封存（直接釋放到海洋水體中或海底）、森林和陸地生態(tài)系統(tǒng)封存以及將CO2固化成無機碳酸鹽等。表13-6給出了各種封存方式潛在的封存能力。相比來說，CO2的地質(zhì)封存是最具潛力的封存技術(shù)，其優(yōu)點如下：①在油氣田開發(fā)、廢物處置和地下水保護中積累的經(jīng)驗有助于該項技術(shù)的順利開展；②在世界范圍內(nèi)有著較大容量的封存潛力；③有較好的安全性，可以保證注入的CO2長期封存于儲層中。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳封存技術(shù)地質(zhì)封存是目前最經(jīng)濟、最可靠的CO2封存技術(shù)。目前主要的CO2地質(zhì)封存場地包括深部咸水層、廢棄的油氣田、氣儲層和不可采的貧瘠煤層，如圖13-12所示。油氣田是CO2封存的首選之地。因為這種地質(zhì)構(gòu)造在地質(zhì)年代時期內(nèi)一直保存流體；在油氣田開發(fā)中已經(jīng)積累了不少CO2封存的專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗；將CO2注入油氣藏，可提高采收率，在經(jīng)濟上抵消CCUS的整體成本。向煤層中注入CO2提高CH4回收率的研究正處于示范階段。假設(shè)煤層有充分的滲透性且這些煤炭以后不可能被開采，則該煤層也可用于封存CO2。咸水層的CO2封存容量相當大。對油氣田的勘探和開發(fā)能夠獲得大量的地質(zhì)數(shù)據(jù)，而咸水層則相反，由于缺乏資金支持，對咸水層的大規(guī)模研究尚未展開，關(guān)于咸水層的詳細信息目前還較為缺乏。一、地質(zhì)封存13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳封存技術(shù)（1）地質(zhì)封存的機制向深層地質(zhì)構(gòu)造中注入CO2所使用的技術(shù)與石油天然氣開采工業(yè)的許多技術(shù)相同。目前正進一步深入研究與CO2封存相適應的鉆探技術(shù)、井下注入技術(shù)、封存地層的動力學模擬技術(shù)以及相應的監(jiān)測技術(shù)。在石油天然氣儲層或咸水層構(gòu)造中封存CO2的深度應在800m以下，在這種溫度和壓力條件下，CO2處于液態(tài)或超臨界狀態(tài)，其密度為水的50~80%，可產(chǎn)生驅(qū)使CO2向上的浮升力。因此，選擇用于封存CO2的地層必須有良好的圈閉性能，以確保把CO2限制在地下。當CO2被注入地下時，CO2需置換已經(jīng)存在的流體。在石油天然氣儲層中，置換量較大，而在咸水層構(gòu)造中，潛在的封存量就比較低，估計僅占孔隙體積的百分之幾到30%。CO2注入地層以后，儲層構(gòu)造上方的大頁巖和黏質(zhì)巖起到了阻擋CO2向上流動的作用。毛細管力則可使CO2停留在儲層空隙中。當CO2與地層流體和巖石發(fā)生化學反應時，CO2就從地質(zhì)化學作用上被“俘獲”了。首先，CO2會溶解在地層水中，而一旦溶解在地層中幾百年乃至幾千年，充滿CO2的水就變得越來越稠，沉落在儲層構(gòu)造中而不再向地面上升。其次，溶解的CO2與礦石中的礦物質(zhì)發(fā)生化學反應而形成離子類物質(zhì)，經(jīng)過數(shù)百萬年，部分注入的CO2將轉(zhuǎn)化為堅固的碳酸鹽礦物質(zhì)。當CO2被吸收能力強的煤或有機物豐富的頁巖吸附時，就可量換CH4類氣體。在這種情況下，只要壓力和溫度保持穩(wěn)定，那么CO2將長期處于被“俘獲”狀態(tài)。總的來說，在地質(zhì)封存過程中注入的CO2是通過物理和化學俘獲機制的共同作用被有效地封存于地質(zhì)介質(zhì)中。。一、地質(zhì)封存13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳封存技術(shù)一、地質(zhì)封存地質(zhì)封存的成本CO2可能的泄漏途徑CO2地質(zhì)封存的風險CO2泄漏的監(jiān)測地質(zhì)封存相關(guān)問題13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳封存技術(shù)CO2封存的一種潛在方案是將捕集到的CO2直接注入深海（深度大于lkm），大部分CO2在這里將與大氣隔離若干個世紀。該方案的實施辦法是：通過管道或船舶將CO2運輸?shù)胶Ｑ蠓獯娴攸c，再在那里把CO2注入海洋的水柱體或海底。被溶解的CO2隨后會成為全球碳循環(huán)的一部分。二、海洋封存（1）封存機理一是使用陸上的管線或者移動的船將CO2注入水下1.5km，這是CO2具有浮力的臨界深度，在這個深度下CO2將得到有效的溶解和擴散。二是使用垂直的管線將CO2注入水下3km，由于CO2的密度比海水大，CO2不能溶解，只能沉入海底，形成CO2液態(tài)湖，移動船將固體CO2投入CO2液態(tài)湖中，由于固體CO2密度高及其傳熱特性差，在下沉過程中只有非常小的溶解量。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.3碳封存技術(shù)2）海洋封存相關(guān)問題①生態(tài)環(huán)境影響及風險注入幾十億tCO2將產(chǎn)生能夠測量到的注入?yún)^(qū)的海洋化學成分的變化，而注入數(shù)千億t的CO2將使注入?yún)^(qū)發(fā)生更大的變化，最終在整個海洋內(nèi)產(chǎn)生可供測量的各種變化。試驗表明：CO2的增加能危害海洋生物。有機構(gòu)曾經(jīng)開展了時間尺度為幾個月的針對CO2升高對生活在接近海洋表面各種生物的影響，觀察到的現(xiàn)象包括：隨著時間的推移，一些海洋生物鈣化的速度、繁殖、生長、周期性供氧及活動性放緩和死亡率上升。觀察還發(fā)現(xiàn)一些生物對CO2的少量增加就會做出反應，這些生物在接近注入點或CO2湖泊時預計會立刻死亡。關(guān)于在遼闊的海洋中CO2被直接注入海洋后在長時間內(nèi)對海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的慢性影響，目前尚無研究。二、海洋封存②海洋封存的成本表13-7概括了海洋封存的成本。由表可知，短距離固定管道方案會便宜一些，而對于長距離，最具有吸引力的做法是使用移動船舶或用船舶運輸?shù)胶Ｑ笃脚_上然后再注入。注：移動船舶方案的成本指注入深度在2~2.5km的成本。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳封存技術(shù)二、碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀預計我國在2030年的一次能源生產(chǎn)總量將達到43億t標煤，CO2排放量為112億t，達到排放峰值，因此，我國擁有巨大的、潛在的CCUS應用市場。在封存和應用方面，以提高原油采收率（EOR）為例，全國約130億t原油地質(zhì)儲量適合使用EOR，可提高原油采收率15%，預計可增加采儲量19.2億t，同時封存約47~55億t的CO2。截至2017年底，全國已建成或運營的萬t級以上CCUS示范項目有13個，如表13-8所示。13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳封存技術(shù)二、碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳封存技術(shù)二、碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳封存技術(shù)二、碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀大規(guī)模全流程的集成示范準備項目有14個，均處于不同階段準備過程中，規(guī)模大多在100萬t以上。吉林油田EOR項目的管道和驅(qū)油工程實際上已經(jīng)完成50萬t/年的建設(shè)，正等待外部CO2的供給；勝利油田EOR在2013年就完成了百萬t級項目的預研，部分工程已經(jīng)完成可行性研究；延長集團EOR項目，正在進行37萬t項目的建設(shè)和100萬t項目的預研，如表13-9所示。13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳封存技術(shù)二、碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳封存技術(shù)二、碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳封存技術(shù)二、碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展趨勢和目標根據(jù)中國21世紀議程管理中心資料，整理后的CCUS技術(shù)在我國發(fā)展趨勢和目標如表13-10所示。13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳封存技術(shù)三、發(fā)展碳捕集、利用與封存技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)目前我國在提高能效和發(fā)展清潔能源方面的進展已經(jīng)居于世界前列，但在CCUS技術(shù)上，總體還處于研發(fā)和示范的初級階段。由于CCUS技術(shù)是在發(fā)展中不斷完善的技術(shù)，還存在著經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境和政策等方面的困難和問題，要實現(xiàn)其規(guī)模化發(fā)展還存在很多阻力和挑戰(zhàn)。（1）經(jīng)濟方面的挑戰(zhàn)（2）技術(shù)方面的挑戰(zhàn)(3)環(huán)境方面的挑戰(zhàn)（4）政策方面的挑戰(zhàn)13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景13.3.1碳復習思考題1簡要論述碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念、特點與應用。2請為某火電廠設(shè)計一條碳捕集、利用與封存的工藝流程，并闡述選用該流程的原因。3查閱相關(guān)文獻資料，進一步了解我國在碳捕集、利用與封存技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。4根據(jù)碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，簡述未來10年我國在該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢與目標。復習思考題1簡要論述碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念、特點與應用目錄

13.1概述13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.3碳捕集、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景復習思考題第十三章碳捕集、利用與封存技術(shù)目錄13.1概述13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理碳捕集、利用與封存(carboncapture,utilizationandstorage,CCUS)技術(shù)：將CO2從電廠等工業(yè)或其他排放源分離,經(jīng)捕集、壓縮并運輸?shù)教囟ǖ攸c加以利用或注入儲層封存以實現(xiàn)被捕集的CO2與大氣長期分離的技術(shù)。CCUS技術(shù)一般包括CO2捕集、運輸、利用和封存,其中CO2的利用主要是在封存的同時實現(xiàn)利用(如用于驅(qū)油、驅(qū)煤層氣等)。CO2的資源化利用,可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益,減少CCUS技術(shù)的綜合成本。13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義一、碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念碳捕集、利用與封存(carboncapture,util13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義一、碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念從電力生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和燃料處理過程中分離、收集CO2,并凈化和壓縮。目前,常用的CO2

捕集方式主要有燃燒前捕集、富氧燃燒捕集和燃燒后捕集,其中以燃燒后捕集方式應用最廣、技術(shù)上最為成熟。將收集到的CO2

通過罐車、管道或船舶等方式運輸?shù)椒獯娴亍Ｍㄟ^管道運輸壓縮CO2是當前采用的主要方法,在海運便利的地方,液態(tài)CO2也可以通過船舶輸送,而且是一種更經(jīng)濟的輸送方案。碳封存是指將CO2長期封存于生物圈、地下構(gòu)造或海洋中,以減少CO2在空氣中的含量。地質(zhì)封存是應用最廣泛的碳封存技術(shù),適于CO2地質(zhì)封存的結(jié)構(gòu)一般包括海底鹽沼池、衰竭油氣藏、煤層和咸水層等地質(zhì)體。此外,還可以通過化學反應將CO2轉(zhuǎn)化成無機礦物性碳酸鹽從而達到幾乎永久性的儲存,這方面的技術(shù)仍處于研究階段,其經(jīng)濟可行性和減排效率存在很大的不確定性在封存的同時實現(xiàn)CO2的利用,可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟利益,降低CCUS技術(shù)的總體成本。這方面應用比較多的是將CO2注入衰竭的油藏,提高原油采收率(enhancedoilrecovery,EOR),或者將CO2注入滲透率較低的煤層,達到增采煤層氣(enhancedcoalbedmethane,ECBM)的目的。另外,CO2在食品、化工、生物和建材等領(lǐng)域也得到了較為廣泛的應用捕集階段運輸階段封存階段CO2

的利用13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義二、發(fā)展碳捕集、利用與封存技術(shù)的意義2016年,國際能源署提出解決全球氣候變化的主要手段是發(fā)展清潔能源(包括可再生能源和核能)、提高能效(包括最終使用燃料和電力效率以及最終使用燃料轉(zhuǎn)換)和CCUS技術(shù)。政府間氣候變化專門委員會也指出,如果沒有CCUS,絕大多數(shù)氣候模式都不能實現(xiàn)緩解氣候變化的目標;重要的是,如果不采用CCUS技術(shù),在2050年前實現(xiàn)大氣中溫室氣體濃度控制在0.045%CO2當量的成本會增加138%。據(jù)全球碳捕集與封存研究院的統(tǒng)計,2018年年底,全球共有37個大型CCUS項目,其中有22個項目處于運行或建設(shè)階段,綜合捕集CO2的能力約為3700萬t/a。因此,CCUS技術(shù)是一種減少溫室氣體排放和利用溫室氣體的技術(shù),是解決全球氣候變化的重要手段之一,其發(fā)展及廣泛應用對建立清潔低碳的能源體系,倡導綠色低碳的生活方式以及推動國家可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)綠色發(fā)展進程都有積極的意義。我國在提高能效和發(fā)展清潔能源方面已經(jīng)位居世界前列,政府在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源供給、提高節(jié)能效率、控制非能源活動溫室氣體排放、增加碳匯等方面采取了一系列行動,取得了一定的積極成效,如2017年碳強度比2005年下降約46%,已經(jīng)提前完成了到2020年碳強度下降40%~45%的目標。CCUS技術(shù)作為重要的減排技術(shù),是我國踐行低碳發(fā)展戰(zhàn)略的重要技術(shù)選擇,對實現(xiàn)綠色發(fā)展至關(guān)重要。截至2017年年底,全國已建成或運營的萬噸級以上CCUS示范項目13個,大規(guī)模全流程的集成項目有14個正在部署中。

13.1概述13.1.1碳捕集、利用與封存技術(shù)的概念與意義第1章

隨機事件與概率1.1隨機現(xiàn)象與隨機試驗

1.2隨機事件1.3概率及其性質(zhì)1.4條件概率1.5事件的獨立性1.6應用實例第1章隨機事件與概率1.1隨機現(xiàn)象與隨機試驗 1.1隨機現(xiàn)象與隨機試驗隨機現(xiàn)象確定性現(xiàn)象非確定性現(xiàn)象—隨機現(xiàn)象統(tǒng)計規(guī)律性1.1隨機現(xiàn)象與隨機試驗隨機現(xiàn)象隨機試驗

E1：投擲一枚均勻骰子，觀測出現(xiàn)的點數(shù)(即朝上那一面的點數(shù)).

E2：在一批產(chǎn)品中，任取一件，檢測它是正品，還是次品.E3：投擲兩枚質(zhì)地均勻的硬幣，觀測正面和反面出現(xiàn)的次數(shù).E4：記錄某網(wǎng)站一天的點擊量.E5：從一批燈泡中，任取一只，測試其壽命.可重復性明確性隨機性隨機試驗1.2隨機事件樣本空間：

樣本點：必然事件：不可能事件：1.2隨機事件樣本空間：樣本點事件的關(guān)系子事件：事件A發(fā)生必然導致事件B發(fā)生，稱事件A是事件B的子事件和事件：事件A與事件B中至少有一個發(fā)生，稱為事件A與事件B的和事件積事件：事件A與事件B同時發(fā)生，稱為事件A與事件B的積事件或事件的關(guān)系事件的關(guān)系及運算差事件：事件A發(fā)生而事件B不發(fā)生，稱為事件A關(guān)于事件B的差事件互不相容事件：事件A與事件B不能同時發(fā)生，稱事件A與事件B互不相容對立事件：事件A不發(fā)生，稱為A的對立事件事件的關(guān)系及運算事件的運算交換律結(jié)合律分配律對偶律吸收律事件的運算1.3概率及其性質(zhì)1.3概率及其性質(zhì)碳捕集、利用與封存技術(shù)課件碳捕集、利用與封存技術(shù)課件古典概型定義:設(shè)E

是一個隨機試驗,若它滿足以下兩個條件： (1)僅有有限多個基本事件； (2)每個基本事件發(fā)生的可能性相等。這類隨機試驗的數(shù)學模型稱為古典概型。古典概型定義:設(shè)E是一個隨機試驗,若它滿足以下兩個條件：定義：設(shè)試驗E為古典概型試驗，Ai，i=1,2,…,n是基本事件,則由樣本空間的樣本點總數(shù)所含樣本點的數(shù)目基本事件總數(shù)所含的基本事件個數(shù)AAAP==)(所確定的概率稱為事件A的古典概率。注：在古典概率的計算中常用到排列組合的知識，如乘法原理、加法原理等等。定義：設(shè)試驗E為古典概型試驗，Ai，i=1,2,…,n是基本碳捕集、利用與封存技術(shù)課件幾何概型定義:設(shè)E是一個隨機試驗,若它滿足以下兩個條件： (1)如果一個隨機現(xiàn)象的樣本空間W充滿某個幾何區(qū)域，其度量(長度、面積、體積等)大小可以用SW表示； (2)任意樣本點落在度量相同的子區(qū)域內(nèi)是等可能的。這類隨機試驗的數(shù)學模型稱為幾何概型。幾何概型定義:設(shè)E是一個隨機試驗,若它滿足以下兩個條件：碳捕集、利用與封存技術(shù)課件碳捕集、利用與封存技術(shù)課件碳捕集、利用與封存技術(shù)課件13.1概述13.1.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的特點和應用一、CCUS技術(shù)的特點在技術(shù)成熟的前提下,CCUS技術(shù)有可能實現(xiàn)近零排放,這是全球氣候解決方案的重要組成部分。CCUS技術(shù)在促進煤清潔利用方面具有重要作用,有可能對油氣、燃煤發(fā)電、煤化工等行業(yè)的優(yōu)化發(fā)展起明顯的推進作用,對世界能源供給也具有戰(zhàn)略意義。13.1概述13.1.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的特點和應用13.1概述13.1.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的特點和應用二、CCUS技術(shù)的應用表13-2總結(jié)了CCUS技術(shù)的應用領(lǐng)域，主要包括物理應用、化工應用和生物應用等。其中，物理應用主要包括：在啤酒、碳酸飲料中的應用；石油三采的驅(qū)油劑；焊接工藝中的惰性氣體保護焊；將液體、固體CO2的冷量用于食品蔬菜的冷藏、儲運；在果蔬的自然降氧、氣調(diào)保鮮劑，以及用于超臨界CO2萃取等行業(yè)中?；弥饕ǎ簾o機和有機精細化學品、高分子材料等的研究應用上。如以CO2為原料合成尿素、生產(chǎn)輕質(zhì)納米級超細活性碳酸鹽；CO2催化加氫制取甲醇；以CO2為原料生產(chǎn)系列有機原料；CO2與環(huán)氧化物共聚生產(chǎn)的高聚物；通過CO2轉(zhuǎn)化為CO，從而合成一系列羥基化碳等化學品。生物應用主要以微藻固定CO2轉(zhuǎn)化為生物燃料和化學品，生物肥料、食品和飼料添加劑等。目前，我國在CCUS全流程的各種技術(shù)路線上都開展了示范工程，新建規(guī)模也在不斷擴大。根據(jù)麥肯錫的估算，在經(jīng)過初期的示范階段之后，CCUS產(chǎn)能規(guī)模每翻一番，成本將有望下降10~20%。13.1概述13.1.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的特點和應用13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)目前，碳捕集技術(shù)主要有3種類型：燃燒前捕集（pre-combustioncapture）、富氧燃燒捕集（oxy-fuelcombustioncapture）和燃燒后捕集（post-combustioncapture)，其技術(shù)路線的典型工藝如圖13-1所示。此外，一些新型的捕集技術(shù)，如化學鏈燃燒捕集技術(shù)、電化學泵、CO2水合工藝和光催化工藝分離煙氣CO2技術(shù)等也逐漸受到研究者們的關(guān)注和重視。碳捕集技術(shù)的選擇主要取決于燃料的類型、燃燒方式、燃燒的溫度、氣體中CO2濃度和分壓以及現(xiàn)有技術(shù)和成本等。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)一、燃燒前捕集技術(shù)在燃燒前去除燃料中的碳元素，那么就需要將燃料中的碳轉(zhuǎn)化為易分離的物質(zhì)。以燃煤火電廠為例，如圖13-2所示，煤與水蒸汽或者O2在高溫高壓下發(fā)生部分氧化反應，產(chǎn)生一定量的CO和H2，即得到所謂的“合成氣”。合成氣經(jīng)過顆粒去除純化以后，合成氣中的CO與水蒸汽發(fā)生反應生成CO2，然后經(jīng)過吸收法、吸附法等技術(shù)去除CO2，例如已得到廣泛工業(yè)應用的Seloxol法，然后得到幾乎純凈的H2燃料氣。盡管燃料氣化相對于傳統(tǒng)的直接燃燒的步驟較為復雜且成本較高，但是在CO2的分離過程中，在高壓、且CO2濃度較高的分離條件下，分離更為簡單且成本較低。與燃燒后捕集CO2是通過CO2與吸收劑發(fā)生化學反應不同的是，燃燒前捕集CO2更適合的方法是CO2在高壓、高濃度條件下發(fā)生物理吸收吸附，然后降壓進行解吸。但是燃燒前捕集的能耗較大，特別是燃料氣氣化重組轉(zhuǎn)換和CO2與H2混合氣變壓分離CO2的過程，最初的燃料轉(zhuǎn)化步驟較為復雜，與燃燒后系統(tǒng)相比成本較高。但由變換反應器產(chǎn)生的高濃度CO2（在烘干條件下一般占體積的15~60%），以及在這些應用中的高壓條件，則更有利于CO2的分離。13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.13.2碳捕集、利用與封存技術(shù)的基本原理與開發(fā)應用13.2.1碳捕集技術(shù)一、燃燒前捕集技術(shù)燃燒前系統(tǒng)可以在采用整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（Integratedgasificationcombinedcycle,IGCC）技術(shù)的電廠中使用。IGCC技術(shù)是20世紀70年代西方國家在石油危機時期開始研究和發(fā)展的一種技術(shù)，是把煤氣化和燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)