二氧化碳的捕捉與封存技術(shù)

關(guān)于二氧化碳的捕捉與封存技術(shù)第1頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三一、二氧化碳的來源及排放二氧化碳的來源二氧化碳的主要排放源為化石燃料燃燒第2頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三

其中，化石燃料使用所釋放的的二氧化碳量占人類活動二氧化碳的排放量的80%以上，而人類毀林行為和生物代謝排放的二氧化碳量占全球溫室氣體排放總量的17.3%第3頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三化石燃料消費比重

需要注意的是，高碳?xì)浔鹊幕厢尫诺亩趸嫉牧肯鄬^高，煤燃燒釋放的二氧化碳量比天然氣高80%比石油高出約25%，而石油又比天然氣高40%。第4頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三據(jù)統(tǒng)計全世界消費煤、石油和天然氣以及放空天然氣的燃燒的排放的二氧化碳總量從1993年碳當(dāng)量（1t碳當(dāng)量相當(dāng)于3.667t二氧化碳）增長到2009年的碳當(dāng)量，增加了32.3%。1993～2009年間，化石燃料的二氧化碳排放量年均增長1.8%。第5頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三

美國、中國、俄羅斯、日本和印度是世界5個最大的二氧化碳排放國第6頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三第7頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三全球二氧化碳排放現(xiàn)狀及特征全球二氧化碳排放總量持續(xù)增長

自工業(yè)革命以來，全球經(jīng)濟保持較高的增長度，工業(yè)和交通運輸業(yè)占經(jīng)濟的比重在相當(dāng)長的時期內(nèi)持續(xù)上升，化石能源消費的迅速增長，導(dǎo)致了全球二氧化碳排放量的急劇增長，并且保持了持續(xù)增長的態(tài)勢?！鎏卣鳎?/p>

⑴主要集中于化石能源消費集中的行業(yè)，如電力、工業(yè)、交通運輸?shù)炔块T；⑵工業(yè)化發(fā)達(dá)國家是二氧化碳的排放主體（這里主要指歷史積累排放量）；⑶發(fā)展中國家呈現(xiàn)迅速增長的態(tài)勢第8頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三

估計到2020年，全球的能源消費增長將達(dá)到60%，主要增長將發(fā)生在發(fā)展中國家，其增速將171%，這也就意味著全球二氧化碳的排放量將同比增長。第9頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三二氧化碳的環(huán)境效應(yīng)二氧化碳增加溫室效應(yīng)全球變暖地球氣候和生態(tài)系統(tǒng)的破壞農(nóng)作物大面積減產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受毀滅性打擊第10頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三第11頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三二、二氧化碳的捕捉第12頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三吸收法分離技術(shù)吸收法分離吸收分離技術(shù)物理吸收法化學(xué)吸收法CO2第13頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三化學(xué)吸收法分離CO2的工藝流程第14頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三化學(xué)吸收法是分離回收二氧化碳比較成熟的一種方法。二氧化碳分離與回收技術(shù)中以化學(xué)溶劑吸收法研究的最多，也被認(rèn)為是最經(jīng)濟可行的方法之一。但是化學(xué)吸收法的缺點是化學(xué)溶劑再生時需要對溶劑進(jìn)行加熱能耗很大，因此，吸收溶劑再生技術(shù)對吸收分離技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)重要。第15頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三吸附法分離技術(shù)吸附法分離二氧化碳是利用一些特殊的吸附材料，采用物理或者化學(xué)的方法對二氧化碳進(jìn)行吸附分離的技術(shù)。原理

根據(jù)langmuir吸附等溫線可知，在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附材料上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附材料上的吸附量隨吸附溫度的上升而減少，換言之，加壓降溫有利于吸附質(zhì)的吸附，降壓升溫有利于吸附質(zhì)的解吸或吸附材料的再生。按照吸附材料的再生方法將吸附分離循環(huán)過程分為兩類，分別是變溫吸附和變壓吸附。第16頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三在較高壓力下進(jìn)行吸附，在較低壓力（甚至真空狀態(tài)）下使吸附組分分離出來。由于吸附循環(huán)周期短，吸附熱可供給解吸用，因此吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化很小，可以近似看做等溫過程。變壓吸附（PSA）變溫吸附（TSA）在較低溫度（常溫或更低）下進(jìn)行吸附，在較高的溫度下使吸附的組分解吸出來。變溫吸附過程是在兩條不同溫度的等溫吸附線之間移動進(jìn)行著吸附和解吸的。第17頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三第18頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三吸附劑是變壓吸附的關(guān)鍵和核心，吸附劑的吸附性能在一定程度上決定了變壓吸附工藝的分離效果。可供變壓吸附法回收二氧化碳的主要氣源：油田伴生氣石灰窯氣合成氨變換氣甲醇裂解氣氨長脫碳尾氣煙道氣

……等等第19頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)的基本原理是：根據(jù)混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜傳遞速率的不同從而達(dá)到分離目的。F——滲透氣在單位時間內(nèi)通過單位面積的擴散速率D——滲透氣在一定溫度下的擴散系數(shù)C——滲透氣在膜中的濃度X——膜厚度方向的坐標(biāo)第20頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三二氧化碳膜分離法是當(dāng)今世界上發(fā)展迅速的一項節(jié)能二氧化碳分離技術(shù)，它具有裝置簡單、操作容易、投資費用低等優(yōu)點。迄今已被工業(yè)上付諸應(yīng)用的二氧化碳分離膜材質(zhì)主要有醋酸纖維、乙基纖維素、聚苯醚及聚楓等。第21頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三它是一種抗化學(xué)性、耐高溫和機械性能均佳的高分子,幾乎不溶于所有溶劑而僅與一種特殊溶劑混溶,可得成膜性能良好的料液。各種氣分用高分子在具體生產(chǎn)應(yīng)用時,首先必須制成一定的構(gòu)型,例如中空纖維型和平板型,然后再把它們組裝成膜組件其中平板型是被做成螺旋卷型并按一定流程排列作業(yè)。第22頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三

美國等世界發(fā)達(dá)國家于20世紀(jì)70年代開始積極開展利用膜技術(shù)脫除二氧化碳的可行性研究。70年代末美國Cynara公司開發(fā)出了二氧化碳膜分離裝置，隨后美國EnvirogericsSystem公司開發(fā)一種新型螺旋式醋酸纖維素膜組件二氧化碳分離裝置，用于從天然氣中分離回收二氧化碳，取得了較好的經(jīng)濟效益。80年代末期，德國研發(fā)的二氧化碳膜分離裝置將分離出的二氧化碳合成甲醇燃料，實現(xiàn)可用物質(zhì)的循環(huán)使用，達(dá)到了二氧化碳等氣體的“零排放”。目前二氧化碳膜分離法的工業(yè)化應(yīng)用主要集中在天然氣凈化機強化原油回收伴生氣中的二氧化碳回收。我國在膜材料和分離研究方面起步較晚，研究力量較為薄弱，研究內(nèi)容偏重于膜材料的和膜的制備，對組件裝置及過程優(yōu)化等方面的研究有待加強。

第23頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三化學(xué)鏈燃燒技術(shù)化學(xué)鏈燃燒技術(shù)（chemical-loopingcombustion,CLC)是一種嶄新的潔凈燃燒技術(shù)。

在該技術(shù)中，燃料和空氣不直接接觸，無需消耗額外的能量即可將二氧化碳從燃燒產(chǎn)物中直接分離出來，實現(xiàn)了燃燒和分離的一體化，并且還可以控制氮氧化物的生成，此外，化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)還實現(xiàn)了能量的梯級利用，使得該系統(tǒng)的熱效率很高?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)是解決能源與環(huán)境問題的創(chuàng)新突破口。第24頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三第25頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三這種能量釋放方法是新一代的的能源環(huán)境動力管理系統(tǒng)，它開拓了根除燃料型、熱力型氮氧化物的產(chǎn)生與回收二氧化碳的新途徑。金屬氧化物（MO）與金屬（M）在兩個反應(yīng)之間循環(huán)使用，一方面分離空氣中的氧，另一方面?zhèn)鬟f氧，這樣，燃料從MO獲取氧，無需與空氣接觸，避免了被氮稀釋。燃料側(cè)的氣體生成物為高濃度的二氧化碳和水蒸氣，用簡單的物理方法，將排氣冷卻，使水蒸氣冷凝為液態(tài)水，即可分離回收二氧化碳，燃燒分離一體化，不需要常規(guī)的二氧化碳分離裝置，節(jié)省了大量能源。為燃料反應(yīng)器的吸熱反應(yīng)提供低溫?zé)?，因而提高高溫空氣反?yīng)器產(chǎn)生的熱量。第26頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三二氧化碳的其他捕集技術(shù)◆生物固氮◆固氮農(nóng)業(yè)◆生物質(zhì)能源第27頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三三、二氧化碳的封存技術(shù)目前可行的二氧化碳封存或處置方式有四種，分別是：▲

地質(zhì)（地下）封存▲

海洋封存▲礦石碳化▲陸地生態(tài)系統(tǒng)封存第28頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三■地質(zhì)（地下）封存二氧化碳的地質(zhì)封存是將二氧化碳壓縮液注入地下巖石構(gòu)造中，含流體的或曾經(jīng)含流體的（圖天然氣、石油或鹽水）的多孔巖石構(gòu)造（如枯竭的油氣儲層）都是潛在的二氧化碳封存點，在陸地和沿海的沉積盆地存在適合二氧化碳的地質(zhì)構(gòu)造。另外假設(shè)煤層有充分的滲透性且這些煤炭以后不可能開采，則該煤層也可用于封存二氧化碳，該研究正處于示范階段。第29頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三■海洋封存

一個潛在的二氧化碳封存方案是將捕集的二氧化碳直接注入海洋（1000m深度以上），大部分的二氧化碳將再此與大氣隔絕幾個世紀(jì)。該方法的實施途徑是通過管道或船舶將二氧化碳運輸?shù)胶Ｑ蠓獯纥c，在該封存點將二氧化碳注入海洋的水柱體或海底，被溶解和消散的二氧化碳隨后會成為全球碳循環(huán)的一部分。該方法還處于研究階段，尚未應(yīng)用。第30頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三■礦石碳化礦石碳化封存二氧化碳是利用二氧化碳與堿和堿土氧化物（如碳酸鎂和氧化鈣）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將二氧化碳轉(zhuǎn)化成為固體的無機碳酸鹽（如碳酸鎂和碳酸鈣），從而使二氧化碳得到固定。第31頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三■森林和陸地生態(tài)系統(tǒng)封存森林和陸地生態(tài)系統(tǒng)封存是指通過保護(hù)森林、重建森林（退耕還林）和植樹造林等措施加強森林和陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收二氧化碳的能力來達(dá)到控制二氧化碳含量的目的。第32頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三CO2排放與氣候變化的關(guān)系（依據(jù)IPCC2007評估報告）溫度增加/℃所有的GHGs(折CO2當(dāng)量)/(×10-6)CO2/(×10-6)2050年CO2排放（相當(dāng)于2000年排放的百分比）/%2.0~2.4445~490350~400-85~-502.4~2.8490~535400~440-60~-302.8~3.2535~590440~485-30~+53.2~4.0590~710485~570+10~+60四、CCS應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢第33頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三概述

CCS情景：ACTMapBLUEMap各地區(qū)、各國二氧化碳捕集和封存（CCS）最新動態(tài)環(huán)境公約與保護(hù)法

公眾意識和公眾支持第34頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三兩個Map情景ACTMap情景BULEMap情景50美元/噸200美元/噸二氧化碳減排激勵設(shè)想電力生產(chǎn)

工業(yè)和燃料轉(zhuǎn)化過程第35頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三2050年相對于基準(zhǔn)情景，ACTMap和BLUEMap情景下二氧化碳減排量在技術(shù)層面的比較第36頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三ACTMap情景和BLUEMap情景中CCS的使用第37頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三CCS對電力生產(chǎn)預(yù)測電力生產(chǎn)消耗了全球總化石燃料消耗量的32%，其二氧化碳排放占能源相關(guān)二氧化碳排放的41%基于對電力生產(chǎn)能效提高潛力的預(yù)測，提高電力生產(chǎn)效率為減少對化石燃料的依賴、幫助應(yīng)對氣候變化和提高能源安全提供了重要機遇這也是使CCS能夠得以應(yīng)用的一個關(guān)鍵步驟，因為捕集和封存過程只在高效率電廠才有意義由此得到，在ACTMap和BLUEMap情景下裝備CCS電廠的電力生產(chǎn)分析表第38頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三ACTBLUE2030(TWh/a)2050(TWh/a)2030(TWh/a)2050(TWh/a)煤炭燃燒后捕集改造1971880951241IGCC6762083165426粉煤燃燒+富氧燃燒4259086163801傳統(tǒng)粉煤燃燒0000全部煤電129948728755468天然氣NGCC+化學(xué)循環(huán)0089612NGCC+煙氣去除8827483282NGCC+富氧燃燒003531741工業(yè)NGCC+CCS1130193512512823天然氣發(fā)電總量1218196221775458生物質(zhì)設(shè)備改造000377BIGCC0000黑液氣化297402368458生物質(zhì)發(fā)電總量297402368835總計28147237342011761第39頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三2050年相對于基準(zhǔn)情景、ACTMap情景和BLUEMap情景下的工業(yè)二氧化碳減排量工業(yè)和燃料轉(zhuǎn)化過程中的CCS預(yù)測第40頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三2050年，ACTMap情景和BLUEMap情景下分部門工業(yè)二氧化碳減排分類第41頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三各地區(qū)、各國二氧化碳捕集和封存（CCS）最新動態(tài)在世界上大多數(shù)國家和地區(qū)，CCS被認(rèn)為是一種重要的溫室氣體（GHG）減排方案。許多地區(qū)的政府，為了保障CCS的實施，正在逐一制定相關(guān)能源和環(huán)境的政策框架，但仍然存在許多不足。第42頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三歐盟2007年1月10日《歐盟能源政策》事項：歐盟承諾到2020年之前將溫室氣體排放量在1990年的水平基礎(chǔ)上至少減少20%強制性歐盟目標(biāo)，爭取實現(xiàn)到2020年，歐盟20%的能源消費將來自可再生能源，其中包括10%的交通燃料應(yīng)當(dāng)來自可持續(xù)性生物制能源。第43頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三該戰(zhàn)略包括若干CCS的建議：（1）到2015年建立12個大型燃煤和天然氣電廠示范項目（2）在2020年將CCS應(yīng)用到所有新投入使用的燃煤發(fā)電廠，要求所有新發(fā)電廠2020年之前做好捕集準(zhǔn)備，并在2020年以后迅速改進(jìn)其設(shè)備。第44頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三歐盟1998-2006年CCS研發(fā)項目匯總

先進(jìn)的零排放發(fā)電廠格蘭杰莫斯先進(jìn)二氧化碳捕集項目建立在SACS基礎(chǔ)上的二氧化碳封存項目

ICBM計劃

RECOPOL計劃

ACS2計劃二氧化碳地質(zhì)封存自然模擬項目二氧化碳匯藏項目二氧化碳捕集率提升項目（ENCAP）二氧化碳封存項目（CASTOR）DYNAMIS項目超低二氧化碳煉鋼（ULCOS）二氧化碳GEONET項目二氧化碳捕集與封存國際合作行動項目

C3-Capture項目……等等第45頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三中東和北非沙特阿美公司的碳管理技術(shù)路線：包括一個每年100萬~200萬噸二氧化碳的試點項目阿聯(lián)酋的馬斯達(dá)爾零碳城先進(jìn)能源和可持續(xù)發(fā)展項目：總減排量將達(dá)到每年600萬~800萬噸二氧化碳BP公司與阿布扎比國家石油公司合作——概念項目第46頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三二氧化碳封存潛力沉積盆地二氧化碳存儲潛力Hendriks等的編著《長期能源和環(huán)境模型》：1、陸上油氣田二氧化碳儲量大約0.105萬~1萬億噸2、海洋油氣田二氧化碳儲量大約750億~2000億噸3、含水層中二氧化碳儲量大約10億~5000億噸第47頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三地區(qū)封存能力/Gt（括號內(nèi)單位為萬億立方英尺）卡達(dá)爾穹丘（Qatar）53（1000）伊朗扎格羅斯地形褶皺處（Zagros）42（794）美索不達(dá)米亞凹陷地區(qū)（Mesopotamian）42（787）沙特大加瓦爾油田高地（GreaterGhawar）36（684）阿拉伯半島魯布哈利（RubAlKhali）24（456）沉積盆地中東潛在的油氣二氧化碳封存站點第48頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三澳大利亞（煤炭儲量居世界第四位）昆士蘭州的卡利德富氧燃燒項目——將捕集到的CO2進(jìn)行注入與封存，總量將達(dá)50萬噸，花費1.7億美元維多利亞州的CO2CRC奧特韋項目——澳大利亞最先進(jìn)的CO2封存工程，從天然氣井捕集10萬噸CO2注入到枯竭天然氣田中，深度達(dá)2公里，耗資四千萬美元西澳的Gorgon項目——被分離之后的CO2將注入到巴羅島深度為2500米的地下，2012年開始每年注入300~400萬噸CO2，總計1.25億噸第49頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三維多利亞州的榛樹林和老埃楊后碳捕集（PCC）項目——對褐煤干燥處理，改良燃燒后CO2捕集技術(shù)，能快速捕集并化學(xué)隔離CO2維多利亞的Monash能源集團(tuán)煤變油項目——褐煤干燥氣化后轉(zhuǎn)化為合成柴油，并將產(chǎn)生的CO2分離、運輸、注入和封存南澳的Moomba碳封存項目——從天然氣處理廠中捕集CO2，再注入到油田進(jìn)行增壓以提高石油采收率，可行性試驗階段2004年的封存容量達(dá)到7500億噸第50頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三日本2007年5月，“降溫地球50計劃”——要在2050年之前實現(xiàn)減少全球溫室氣體排放量50%的長期目標(biāo)希求創(chuàng)新技術(shù)研究所（RITE）關(guān)于CO2封存的研發(fā)項目——在陸上含水層小范圍CO2注入試驗和在近海深層鹽堿構(gòu)造前景的地質(zhì)調(diào)查Nagaoka項目——2003-2005年對一個1100米深的鹽水層進(jìn)行CO2注入馬來西亞石油公司氮肥/尿素生產(chǎn)廠利用KS-1溶劑開辦了第一家商用煙氣CO2回收工廠，并運送到CO2壓縮裝置進(jìn)行尿素合成第51頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三日本含水層中封存潛力為146.1億噸含水層類型數(shù)據(jù)來源帶閉合結(jié)構(gòu)的海水曾/Gt地層圈閉的地質(zhì)構(gòu)造/Gt枯竭油氣田數(shù)據(jù)在經(jīng)營中獲得3.527.5已確認(rèn)的含水層來自公開的地震與鉆孔數(shù)據(jù)5.2已確認(rèn)的封閉構(gòu)造來自公開的測震數(shù)據(jù)21.488.5小計總計30.1116.0146.1第52頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三美國美國能源部、運輸部、環(huán)境保護(hù)局、部分州政府均有涉足CCS行動康索爾公司在美國能源部支持下，開展CO2封存試點項目——一系列水平定向井，鉆井延展穿過了兩個上覆的煤層，估量所有注入CO2和回收的煤層氣，利用監(jiān)測井監(jiān)測CO2橫向和縱向遷移弗里屋項目——第一個CO2注入鹽水層項目CO2捕集項目，——BP公司主持的國際項目，旨在開發(fā)和測試新的突破性技術(shù)，使從燃燒源分離、捕集和運輸CO2成本下降75%第53頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三全球能源技術(shù)戰(zhàn)略計劃——從1998年一直在評估先進(jìn)能源技術(shù)在減緩長期氣候變化風(fēng)險的作用，特別關(guān)注更好地理解CCS技術(shù)的作用和可能的推廣途徑零排放研究和技術(shù)中心項目——關(guān)注地下CO2封存的基礎(chǔ)科學(xué)研究和CO2注入引發(fā)的安全問題“大天空”地區(qū)碳封存合作項目、中西部地區(qū)碳封存合作項目、大平原CO2減排合作項目、東南部地區(qū)碳封存合作項目、西南部地區(qū)碳封存合作項目、西部海岸地區(qū)碳封存合作項目等第54頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三挪威在CCS技術(shù)示范、政策制定和國際合作等方面一直處于世界領(lǐng)先地位提高CCS現(xiàn)有公私合作水平；辨識潛在的CO2捕集、運輸和封存鏈；提供強力的公共資金支持；根據(jù)《能源法》和《污染控制法》要求所有新建燃?xì)怆姀S能進(jìn)行CO2捕集勘探、開發(fā)和運營海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)CO2永久封存；對CO2運輸管道的建設(shè)與經(jīng)營；對計劃運輸和封存活動進(jìn)行環(huán)境影響評估；進(jìn)行風(fēng)險分析，解決安全問題；負(fù)責(zé)對封存儲層進(jìn)行長期監(jiān)測；參與CO2管道和封存站點施工建設(shè)的第三方也需要分擔(dān)CO2注入工程的部分責(zé)任Karstφ燃?xì)怆姀S——計劃實施CO2技術(shù)的全面改造工作，2012年起每年將捕集120萬噸CO2，封存在挪威大陸架的地下地層中Mongstad歐洲測試中心——測試并推動CCS技術(shù)的發(fā)展封存潛力巨大第55頁，講稿共61頁，2023年5月2日，星期三德國在《京都議定書》承諾2012年底減少