CCUS培訓(xùn)班的第七堂課，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所李琦老師介紹中國CCUS工程項(xiàng)目和研究項(xiàng)目進(jìn)展。

前一天各位都在討論CCUS，這個(gè)片子主要就是告訴大家CCUS是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，包括二氧化碳的捕集、運(yùn)輸、利用、封存，早期法國人的縮略詞用法比較直接，加一個(gè)T，就是CCTS。CCS也好CCUS也好，其學(xué)科和工業(yè)部門跨度非常大，技術(shù)鏈復(fù)雜。這是為什么CCS技術(shù)推廣的時(shí)候，常常遇到的最大問題，不是一項(xiàng)單一的技術(shù)，而是一個(gè)復(fù)雜的鏈?zhǔn)郊夹g(shù)，可供選擇的技術(shù)路線多，導(dǎo)致整個(gè)工業(yè)部署實(shí)施的時(shí)候有點(diǎn)復(fù)雜。

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捕集分燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒，這是三種主要的代表性技術(shù)，每種捕集技術(shù)里又分出一系列的子技術(shù)選項(xiàng)，包括燃燒前捕集也有很多種，吸收法、化學(xué)/物理溶劑法、低溫液化等等很多選項(xiàng)，非常復(fù)雜。

這個(gè)圖首先給大家一個(gè)全局的認(rèn)識(shí)。在二氧化碳捕集方面，我們國家還是部署了相當(dāng)多的（示范）工程項(xiàng)目，從CCS一開始引入中國以后，首先考慮就是捕集和封存問題。大家可以看到捕集量最高的是吉林油田EOR項(xiàng)目，數(shù)字當(dāng)然在變動(dòng)，最高時(shí)可達(dá)26萬噸/年，也有非常小的，一年小于1萬噸的?？梢钥吹绞痉俄?xiàng)目主要部署在中國東部的華北、華東和東北地區(qū)。根據(jù)三步走的戰(zhàn)略，新疆這幾年示范也陸續(xù)上來，最典型的就是敦華公司在克拉瑪依的捕集。

三種捕集技術(shù)，首先看一下廣為采用的燃燒后捕集，應(yīng)用最多就是電廠，最常采用化學(xué)吸收法來進(jìn)行煙道氣中的二氧化碳捕集。本圖列出了幾個(gè)比較典型的燃燒后捕集示范項(xiàng)目。圖中的MEA也好、MSA也好，都是二氧化碳化學(xué)吸收劑英文縮寫，上網(wǎng)一查可以查出來。需要指出的是，除了北京高碑店和上海石洞口項(xiàng)目，在國際上很有名氣外，華潤電力海豐（圖中風(fēng)是錯(cuò)別字）測(cè)試平臺(tái)項(xiàng)目已于2018年1月15日正式開工，預(yù)計(jì)年二氧化碳捕集能力達(dá)到2萬噸水平，這將是亞洲首個(gè)多線程碳捕集測(cè)試平臺(tái)，標(biāo)志著中國二氧化碳捕集示范工程步入重要的里程碑。

正如昨天CCUS科普中提到的，工業(yè)分離過程也是二氧化碳的主要排放源之一，從煤制氣到煤制油，本圖展示了幾個(gè)典型的工業(yè)分離項(xiàng)目。目前，大多數(shù)捕集示范主要來自燃煤電廠，然后就是天然氣處理或煤化工，煙氣濃度的高低常常與成本息息相關(guān)。海螺集團(tuán)水泥廠年十萬噸捕集項(xiàng)目，其示范類型具有里程碑意義。

富氧燃燒，從全球的角度來說，相對(duì)燃燒前捕集和燃燒后捕集，大多數(shù)還處于研發(fā)當(dāng)中，從全球規(guī)模來看也是這樣。在國家資金支持下，我們國內(nèi)華中科技大學(xué)一直在做這個(gè)方面的工作，在湖北應(yīng)城這個(gè)地方已經(jīng)進(jìn)行了一些示范。

這個(gè)表總結(jié)了燃燒前捕集在國內(nèi)有哪些主要的項(xiàng)目，以及哪些單位經(jīng)營或主導(dǎo)的。第一個(gè)項(xiàng)目就是天津的IGCC，規(guī)模是十萬噸，具有代表性，IGCC是Integrated Gasification Combined Cycle的縮寫，中文全稱：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，它是一種將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)，由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。

這是天津IGCC項(xiàng)目的一些技術(shù)參數(shù)。

02

接下來進(jìn)入二氧化碳利用方面的工程項(xiàng)目介紹，首先介紹化工利用、生物利用部分，化工利用大家如果感興趣可以看一下科技部ACCA21中英文正式出版的一個(gè)報(bào)告，就是《第三次氣候變化國家評(píng)估報(bào)告》特別評(píng)估——中國二氧化碳利用技術(shù)評(píng)估報(bào)告。二氧化碳利用技術(shù)按學(xué)科領(lǐng)域（原理）分類，化工利用有14種，包括有機(jī)/無機(jī)化學(xué)品制備、能源生產(chǎn)和材料生產(chǎn)等。生物利用4種，包括氣肥、生物燃料和生物藥品制備等。

這是一張全局圖，展示了國內(nèi)化工、生物利用的典型工程項(xiàng)目，但并不全，尤其是化工利用部分。二氧化碳化工利用的主要產(chǎn)品是某種材料、燃料或某種化學(xué)制品。二氧化碳生物利用的主要產(chǎn)品有氣肥、生物飼料、燃料、食品或化學(xué)制品。

典型二氧化碳化工利用示范工程介紹，山西潞安集團(tuán)的甲烷二氧化碳自熱重整合成氣制備項(xiàng)目，甲烷+二氧化碳可以產(chǎn)生氫，氫是工業(yè)當(dāng)中非常重要的一種氣體，大量的化工過程都需要?dú)錃狻?img src="data/attachment/portal/201906/20/102114bs411siii14m12u2.jpg">

另一個(gè)典型的二氧化碳化工利用示范工程項(xiàng)目，二氧化碳加氫制甲醇，甲醇工業(yè)用途廣泛，從而實(shí)現(xiàn)了所謂的二氧化碳資源化利用。2018年7月，蘭州新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)有限公司、蘇州高邁新能源有限公司、中科院大連化物所在第24屆中國蘭州投資貿(mào)易洽談會(huì)上，共同簽署了千噸級(jí)二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目合作協(xié)議。該項(xiàng)目旨在建立千噸級(jí)二氧化碳加氫制甲醇工業(yè)化示范工程。

一個(gè)利用二氧化碳合成碳酸二甲酯的化工利用項(xiàng)目，這是利用二氧化碳制備有機(jī)化學(xué)品的典型代表。

一個(gè)利用二氧化碳合成可降解聚合物的化工利用項(xiàng)目，這是利用二氧化碳實(shí)現(xiàn)材料制備的典型代表。

這是一個(gè)百噸中試的二氧化碳化工利用，感興趣的可以參考，不做贅述。

接下來簡單介紹幾個(gè)二氧化碳生物利用的工程項(xiàng)目。

利用二氧化碳生產(chǎn)螺旋藻。螺旋藻是一類低等原核生物，由單細(xì)胞或多細(xì)胞組成的絲狀體，呈疏松或緊密的有規(guī)則的螺旋旋形彎曲，形如鐘表發(fā)條，故而得名。螺旋藻具有減輕癌癥放療、化療的毒副反應(yīng)，提高免疫功能，降低血脂等功效。產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)效益和二氧化碳的凈減排潛力值得關(guān)注。03

二氧化碳的地質(zhì)利用與封存部分。

這是全國二氧化碳地質(zhì)利用和封存工程項(xiàng)目總體分布圖，EOR/ECBM驅(qū)油驅(qū)煤層氣工程主要圍繞中國幾個(gè)油氣盆地展開，例如：東北的松遼，華北渤海灣盆地，西北鄂爾多斯盆地，非常多項(xiàng)目在計(jì)劃和部署中。總體動(dòng)態(tài)或靜態(tài)封存規(guī)模從不到一萬噸到接近35萬噸不等。

本圖整理了我國二氧化碳驅(qū)替煤層氣工程項(xiàng)目的發(fā)展歷程。ECBM的基本原理，考慮二氧化碳和甲烷對(duì)于煤基質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)性吸附，二氧化碳吸附能力比甲烷強(qiáng)，通過這個(gè)吸附原理，把煤里面的甲烷用二氧化碳置換出來，當(dāng)然這是一個(gè)很復(fù)雜的過程，很多科學(xué)技術(shù)問題需要解決。

二氧化碳咸水層封存，區(qū)別于前面提到的利用二氧化碳驅(qū)油、驅(qū)煤層氣和天然氣等利用過程中的動(dòng)態(tài)封存，而咸水層封存是真正意義上的我們說的二氧化碳地質(zhì)封存。神華集團(tuán)“二氧化碳捕集封存(CCS)工業(yè)化示范項(xiàng)目”位于鄂爾多斯，這是中國第一個(gè)，也是亞洲最大規(guī)模把二氧化碳封存在咸水層的全流程CCS項(xiàng)目。神華CCS示范項(xiàng)目是從煤制油生產(chǎn)線中捕集二氧化碳，經(jīng)液化處理后罐車運(yùn)送到距捕集地約8公里的一個(gè)封存場(chǎng)地，用注入井筒灌注到地下2495米的咸水地層中封存起來。該項(xiàng)目封存部分一共有3口井，一口是注入封存井，還有兩口分別被神華集團(tuán)和國土資源部作為監(jiān)測(cè)井。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)完成總共30萬噸二氧化碳的封存量，且已經(jīng)關(guān)井。

EWR是指二氧化碳地質(zhì)封存聯(lián)合深部咸水開采利用技術(shù)，簡稱二氧化碳驅(qū)水技術(shù)，它是指將二氧化碳封存于深部咸水層，同時(shí)開采咸水并進(jìn)行淡化處理的新型的CCUS技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的CCS技術(shù)，一方面可通過合理的抽水井位控制和采水量控制釋放儲(chǔ)層壓力，達(dá)到安全穩(wěn)定大規(guī)模封存的目的，另一方面采收的低礦化度咸水經(jīng)過處理后可用于中國西部缺水嚴(yán)重地區(qū)或東部地面沉降較嚴(yán)重地區(qū)的生活飲用或工農(nóng)業(yè)發(fā)展，而采收的高礦化度咸水或鹵水可以提取各種戰(zhàn)略液體礦產(chǎn)資源。更多的背景介紹和技術(shù)分析，可以參見我們發(fā)表在國際清潔生產(chǎn)雜志上的綜述文章。新疆準(zhǔn)東盆地的這個(gè)EWR測(cè)試項(xiàng)目是中國第一個(gè)二氧化碳驅(qū)水技術(shù)先導(dǎo)性試驗(yàn)項(xiàng)目，值得關(guān)注。04

下面介紹一下CCUS全流程項(xiàng)目，需要指出：在此我們沒有區(qū)分技術(shù)全鏈條工程項(xiàng)目和技術(shù)綜合性工程項(xiàng)目。

全流程項(xiàng)目全國分布情況一覽。EOR是二氧化碳強(qiáng)化采油項(xiàng)目，ECBM二氧化碳強(qiáng)化煤層氣采收項(xiàng)目，DSF二氧化碳深部咸水層封存項(xiàng)目，目前中國二氧化碳深部咸水層封存項(xiàng)目只有一個(gè)，就是神華在鄂爾多斯的示范工程項(xiàng)目，這是亞洲第一個(gè)全流程的CCS項(xiàng)目。05

CCUS研究項(xiàng)目是指科技部資助的，原來的973、863、科技支撐，現(xiàn)在的科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國際合作等，還包括中國科學(xué)院的專項(xiàng)，國家自然科學(xué)基金等。大家注意到，前面CCUS工程項(xiàng)目的部署，因?yàn)橐こ淌痉?，牽頭單位主要是大企業(yè)為主。

接下來這張大表統(tǒng)計(jì)分析了2005-2016年中國CCUS方面的一些主要研究項(xiàng)目。由于投影效果文字太小，大家會(huì)后感興趣，可以參見我們2017年發(fā)表在Geofluids上的那篇綜述文章，后面的參考文獻(xiàn)部分我也會(huì)列出來，便于大家溯源追蹤。

在統(tǒng)計(jì)過程中，我們對(duì)CCUS項(xiàng)目的類型也進(jìn)行了相應(yīng)的梳理。

這2張圖就是針對(duì)前面統(tǒng)計(jì)表的另外一種數(shù)據(jù)展現(xiàn)方式。我們可以看左邊這個(gè)圖4，這里把CCS和CCUS分開描述，但一起統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)只統(tǒng)計(jì)到2016年，從2005年-2016年，可以看到項(xiàng)目類型，支持項(xiàng)目數(shù)，主要支持傳統(tǒng)CCS、ECBM和EOR三駕馬車，他們?nèi)齻€(gè)支持?jǐn)?shù)量最高。圖中：MOST是科技部的縮寫，NSFC國家自然科學(xué)基金委的縮寫，Others就是其他國家資助項(xiàng)目。右邊這個(gè)圖5，把這些支持的CCUS研究項(xiàng)目進(jìn)一步分類統(tǒng)計(jì)，到底支持純捕集，還是純封存，還是不同類型的二氧化碳利用，這里只列了五類利用，分別是EOR、ECBM、EGS、ESGR，EWR和EUL兩類沒列，可以看到二氧化碳封存方面的研究從2008年以來一直非常高的熱度，在2011-2012年達(dá)到頂峰。

這個(gè)表簡單羅列了中國CCUS方面的國際合作情況。從中國和歐盟的近零排放NZEC項(xiàng)目開始，以及與澳大利亞地球科學(xué)局合作的CAGS項(xiàng)目，前后十多年，對(duì)中國CCUS研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特別是，跟澳大利亞的CAGS項(xiàng)目，在國際上也有著深遠(yuǎn)的影響。

整個(gè)報(bào)告里面的數(shù)據(jù)，都可以在這四篇參考文獻(xiàn)中找到蹤跡。工程項(xiàng)目和CCUS觀點(diǎn)，可以參考第一篇綜述文章；中國二氧化碳驅(qū)水技術(shù)看第二篇綜述；中國CCUS科研項(xiàng)目詳細(xì)分析可以看第三篇文章，一個(gè)非常全面系統(tǒng)地綜述。

學(xué)術(shù)組織。中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)氣候變化分會(huì)，大家感興趣的可以多關(guān)注，偏環(huán)境工程學(xué)方面；我本人正在積極申請(qǐng)成立CSRME一級(jí)學(xué)會(huì)下面的CCUS分會(huì)，將關(guān)注二氧化碳的巖石力學(xué)和地質(zhì)工程發(fā)明。大家可以檢索我的Google學(xué)術(shù)賬號(hào)，追蹤我2002年以來所有針對(duì)二氧化碳研究的方方面面，歡迎交流與合作。

AOGS亞太地球科學(xué)的著名學(xué)術(shù)團(tuán)體，由我和日本科學(xué)家主持的CCS分會(huì)場(chǎng)每年都有，每隔一年回到新加坡，CCS研究者每年定期見面，分會(huì)場(chǎng)氣氛熱烈，各色人種，各種音調(diào)的英文，值得你去交流。IGC每四年一次的全球地質(zhì)學(xué)盛會(huì)，明年在印度德里召開，我和印度科學(xué)家發(fā)起了一個(gè)CCS分會(huì)，想去恒河邊打坐思考的，歡迎積極注冊(cè)報(bào)名，也可以直接跟我聯(lián)系。EGU歐盟地學(xué)一級(jí)盛會(huì)，目前我正在和德國科學(xué)家準(zhǔn)備發(fā)起一個(gè)新的CCS分會(huì)，歡迎大家關(guān)注和參加，維也納歡迎你。ISO，我一直在參與WG3和WG5的工作。這是個(gè)國際角力與智慧溝通的舞臺(tái)，不單純是學(xué)術(shù)碰撞。

縱觀當(dāng)下，CCUS更多的時(shí)候還是在吹泡泡中，希望我們不懈地努力和實(shí)干。

免責(zé)聲明：以上報(bào)告所有圖文數(shù)據(jù)僅代表報(bào)告人個(gè)人觀點(diǎn)，不代表報(bào)告人所在研究機(jī)構(gòu)觀點(diǎn)；如果引用本報(bào)告圖文數(shù)據(jù)，敬請(qǐng)注明出處。

整理人：劉惠排   版：葉舒點(diǎn)