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石油石化节能与减排
3.2 存在的主要问题 目前，CCS各单项技术都已成熟，并均已经
过工业试验，建立了可长期运行的示范装置。但 是，世界上还没有成功的商业化运行CCS装置。 主要原因在于成本过高和没有成熟的政策体系。 3.2.1 成 本
CCS将二氧化碳从物料流中提取出来，并进 行封存，减排成本较高。根据美国《油气杂志》 的测算，CCS对电厂烟气中的二氧化碳捕集率达 到90%，减排成本在300 元/吨 到500 元/吨 [6]。
状态 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 运行 在建 在建 在建 在建 计划 计划 计划
靠政策支持难以迅速发展。 中国对于CCS技术的了解和关注程度非常
高，目前已经拥有了具有自主知识产权的二氧 化碳捕集技术。中石化南化公司研究院开发了低 分压（烟道气等）二氧化碳捕集技术，截至2009 年末，国内采用该技术进行二氧化碳捕集利用 的工业企业已有20多家，年捕集高纯度二氧化碳 100×104多吨。大连理工大学的低温甲醇洗技术 可用于燃烧前的二氧化碳捕集，目前已经在30多 套化肥装置上得到应用，未来可用于CCS项目。
收稿日期：２０１１－０２－２８ 作者简介: 闵 剑，男，工程师，清华大学项目管理工程硕 士，从事石化项目可行性研究评估、项目规划咨询等。
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石油石化节能与减排
氧化碳分压较低的烟气，以化学吸收为主，缺点
是溶剂再生能耗较高。
富氧燃烧是用纯氧或富氧气源代替空气参与
燃料燃烧，使烟气中二氧化碳浓度大大提高，可
工业化方面，我国通过973计划支持中国石油 和北京大学进行CCS的工业试验，将长春气田天然 气中22%的二氧化碳分离到3%以下，捕集的二氧 化碳埋藏到大情字油田，实施强化采油，首次完 成从捕集到封存的工业化试验。2008年6月到2009 年下半年，该项目已经注入了10 kt 二氧化碳[5]。 华能集团在北京高碑店和上海市洞口电厂分别开 展了3 000 t/a 和100 kt/a 规模的燃烧后捕集的工业 化示范。高碑店电厂CCS项目由华能与澳大利亚 合作开展，于2008年开始运行。项目采用中国石 化南化研究院低分压二氧化碳捕集技术进行燃烧
尽管国外在二氧化碳地质封存方面已有多年 的经验，但仍然存在泄漏的风险，必须建立检测 系统，以有效的监测手段对封存效果进行检查。
目前CCS监测的主要内容有：① CO2注入速 率、注入压力和地层压力监测；② 井孔完整性 监测；③ 储层地球化学监测；④ 深部C02运移的 监测；⑤ 匀浅部含水层监测；⑥ 包气带和地表 监测等。
捕集方式 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 富氧燃烧 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 燃烧后 富氧燃烧 燃烧前
建成年代 1978 1982 1991 2000 2000 2000 2004 2006 2008 2008 2009 2009 2009 2010 2011 2011 2011 2011 2014 2015 2015
２ 碳捕集与封存（ＣＣＳ）技术 CCS是将能源工业和其他行业生产活动产生
的二氧化碳分离，并运输到储存地点，使其长期 与大气隔绝的过程。CCS过程由捕集、运输、封 存和监测四个部分组成。 2.1 捕 集
二氧化碳捕集分为燃烧后捕集、富氧燃烧、 燃烧前捕集以及化学链燃烧等四种类型。
燃烧后捕集主要通过化学溶剂、吸附和膜分 离等方法将化石燃料燃烧后的烟气中的二氧化碳 分离出来，其中化学溶剂吸收方法是目前较为普 遍采用的燃烧后捕集技术。其捕集特点适用于二
数据来源：主要为参考文献［１］ 。
表 １ 世界主要的ＣＣＳ项目
规模 ／ ｋｔ．ａ－１ 300
350～400 100～120
2 000 2 800 t/d
55 1 200 7 000
3 10 60 100 100 10 100 30 100～150 150 2 000 2 750 2 300～ 2 800
氧化碳。然后可通过低温甲醇洗等工艺将合成气
中较高浓度的二氧化碳收集起来进行储存。其捕
集特点为基本采用物理溶剂吸收，二氧化碳在物
流中的分压较高，较易分离。
化学链燃烧是采用金属氧化物作为载氧体，
同含碳燃料进行反应，金属氧化物在氧化反应器 和还原反应器中循环[3]。在还原反应器中金属与
空气中的氧气反应生成氧化物，形成载氧体，该
影响CCS成本的因素包括：投资、规模效 应、装置利用率、能源成本、运输距离、二氧 化碳长期储存和监测等。文中参考各种文 4 900 kt，捕集量为4 800 kt）进行估算，在装置 开工率为86%，运输距离为300 km 并进行陆上封 存的情况下，成本构成为捕集70%（其中投资约 占50%），输送11%，储存和检测19%[6] 见图 1。
（0PEC）等在内的全球主要能源研究机构,以及积 极倡导碳减排的组织和国家已经一致将CCS技术 作为未来的主要碳减排技术。国际能源署认为到 2050年CCS对温室气体减排的贡献可达到20%[2]， 仅次于依靠技术进步提高能源效率带来的减排。 理论上中国可用于CCS的二氧化碳地质存储容量 可达到31 200×108 t，是2004年中国二氧化碳排放 量的500多倍[1]。我国CCS技术也已进入工业示范 阶段，具备了实施CCS的初步条件。
３ ＣＣＳ产业状况
3.1 现 状 按照澳大利亚全球CCS研究所的统计，目前
世界上运行、在建和计划中的CCS项目有270个左 右，其中70个达到每年封存超过1 000 kt二氧化 碳的商业级规模。但是真正商业化项目不超过10 个，并且主要集中在油气生产领域，因为油气领 域的CCS项目可将捕集到的二氧化碳用于提高油 气采收率，从而更具经济性。世界主要的CCS项 目见表 1。其中比较成功的为美国大平原合成燃 料厂2 000 kt/a二氧化碳封存项目（用于加拿大韦 本油田强化采油）和挪威北海天然气中二氧化碳 封存于海底盐水层项目。尽管国外对CCS热情很 高，但是CCS成果不能计入减排量，没有相应的 商业运行机制如联合减排、清洁发展机制等，仅
１ 背 景
国际社会普遍认为，二氧化碳是导致全球气 候变暖的最主要污染物，而二氧化碳排放主要来 自化石燃料的使用。我国对煤炭这种高二氧化碳 排放强度能源的依赖度较高，近年来煤化工发展 迅速，已经成为世界最大的合成氨与甲醇生产国 （其中70%左右以煤炭为原料），是煤制烯烃、 煤制二甲醚、煤制油等煤化工规模最大、发展最 快的国家。同时，我国人口众多，能源需求大， 导致二氧化碳排放总量较高。根据中国科学院和 美国能源部的一项联合研究，我国有1 623个年排 放量超过100 kt 的排放源[1]。
全球来看，为了确保到2050年将平均气温 增长控制在2℃以下，需要在1990年水平上减少 50%的二氧化碳排放量。而在国内，减排目标 为“到2020年,中国单位国内生产总值二氧化碳 排放比2005年下降40%～45%”。为实现上述目 标，人们需要采取各种措施，其中碳捕集与封存 （CCS）是一个可供选择的重要手段。CCS是应对 温室气体导致的气候变化的一种措施，是节约能 源、能源结构低碳化之外的一种较有前景的温室 气体减排措施。其减排潜力巨大，是人们实现共 同减排目标的不可缺少的手段。目前该技术在全 球各地受到了广泛重视，包括国际能源署(IEA)、 国际能源论坛秘书处(IEF)、石油输出国组织
达到80%～98%，易于进一步提纯和储存。其捕
集特点是烟气中二氧化碳浓度较高，其它杂质主
要为水，只要经过干燥、压缩、脱硫等过程就可
得到高纯度二氧化碳。缺点是富氧燃烧反应温度
较高，对燃烧器与烧嘴的材质要求较高，锅炉系
统投资相对较高。
燃烧前捕集是先将化石燃料通过气化反应生
成合成气，再进一步通过变换反应生成氢气和二
锅炉要求较高。化学链燃烧技术还没有进行工业
试验，目前距离应用还有不小的距离。
2.2 运 输
CCS中，二氧化碳的运输方式主要分为管道
运输和轮船运输。管道运输是普遍采用的运输方
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☆ ２０１１年 第１卷 第２期 ☆
式，也是未来大规模CCS项目适用的运输方式。 轮船运输主要用于二氧化碳储存地点较远的海底 封存。此外，少数小型示范项目也采用货车与火 车运输。 2.3 封 存
金属氧化物进入氧化反应器中释放出氧气并与含
碳燃料燃烧。由于还原反应器中氧气被分离出
来，燃烧后的产物主要是二氧化碳和水，经脱水
处理后可得到高浓度二氧化碳。
通常采用的金属元素为铁，化学链燃烧反应 式如下[3]：
FeO +燃料→Fe + H2O + CO2
（1）
Fe + 1/2 O2→FeO
（2）
化学链燃烧技术目前仍处于研究阶段，短期
11
道达尔Lacq试验工厂
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华能石洞口电厂
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美国AEP Mountaineer电厂
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中电投重庆合川电厂
15
神华集团
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胜利发电厂
17
美国Barry电厂
18
美国AEP Northeasten电厂
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美国HECA电厂
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西班牙Compostilla Endesa电厂
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德国RWE Goldenbergwerk电厂
后吸收，二氧化碳纯度可达99.5%，目前捕集的二 氧化碳出售给食品工业，并未实施封存。石洞口 电厂为规模更大的同类示范装置，2010年开始运 行，捕集的二氧化碳也未实施封存。
中国石化中原油田15 kt/a CCS项目用于强化 采油，约3.4 t 二氧化碳可采油1 t。该项目到2009 年底已通过二氧化碳增产石油2 800多吨。胜利油 田30 kt/a 驱油项目将于2011年建成投产，预计每 年可增产石油近10 kt。
内无法进行工业试验。
上述几种二氧化碳捕集技术中，燃烧后捕