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我国煤电碳捕集技术领先碳封存亟待发展

2019-05-14 15:37:31| 来源:| 编辑:| 点击:15次

我国煤电碳捕集技术领先、碳封存亟待发展

今年9月22日,国家主席胡锦涛在联合国气候变化峰会上承诺中国2020年的单位G D P碳排放量将比2005年的水平有“显著幅度”的降低。

在全球瞩目的哥本哈根会议结束之后,了解到,中国华能集团在上海石洞口第二电厂建设的世界上规模最大的燃煤电厂二氧化碳捕集工程已进入调试阶段,建成后每年可捕集10万吨高纯度的二氧化碳。

我国煤电碳捕集技术已走在世界前列

我国的碳减排工作压力巨大,任重道远。我国有近40%-50%的二氧化碳排放来自于燃煤发电,即便到了2020年,非化石能源仅有望占一次能源消费比重的15%左右,而更大的份额仍然为传统化石能源所占据。因此在电厂开展二氧化碳捕集是我国最重要的碳减排技术路径之一。

目前,电厂二氧化碳捕集技术路线主要有3种:燃烧前脱碳、燃烧后脱碳及富氧燃烧技术。其中,基于IG C C(整体煤气化联合循环)的燃烧前捕集技术可能是能耗最低的路线,但我国没有商业运行的IG C C电站,且超过6亿千瓦的发电装机是传统燃煤电站。而燃烧后烟气二氧化碳捕集技术是最适合传统燃煤电站,最有可能在近期实现商业化示范的技术。因此,燃烧后烟气二氧化碳捕集技术是我国近期降低单位G D P碳排放量的最佳及最有效手段之一。

中国华能集团公司于2008年7月16日在华能北京热电厂建成投产了我国首座年回收能力3000吨的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集试验示范系统,采用华能集团自主知识产权、由西安热工研究院开发的、处于国际领先水平的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集技术———从二氧化碳浓度为13%左右的烟气中捕集出浓度超过99%的二氧化碳,再经过精制 系 统 , 最 终 可 生 产 出 纯 度 达 到99 .99%的二氧化碳产品,高于食品级的纯度要求。

该系统投运一年来,装置运行稳定可靠,技术经济指标均达到设计值,二氧化碳回收率大于85%,日产最高达到9吨 , 已 累 计 回 收 二 氧 化 碳35 0 0吨,并且全部进行了再利用,具有较强的示范性。

在此基础上,华能集团于2009年在上海石洞口第二电厂建设目前世界上规模最大的燃煤电厂二氧化碳捕集工程,建成后每年可捕集10万吨高纯度的二氧化碳,为传统煤电技术可持续发展和有效降低单位G D P碳排放量探索了新途径。

目前,华能集团还在抓紧建设并运转“华能上海电气温室气体减排研究中心”和“华能北京温室气体捕集与处理实验室”,进行关键技术的开发和示范运行,形成具有自主知识产权的燃烧后烟气二氧化碳捕集技术,为 我 国 的 低 碳 经 济 发 展 和 单 位G D P的有效降低做出贡献。

华 能 集 团 投 资 建 设 的 我 国 首 座IG C C示范电站———华能天津IG C C示范电站也在今年正式开工,这是华能集团倡导的“绿色煤电”计划第一阶段的依托项目,争取于2011年建成投产,并以此为依托,建设绿色煤电实验室,利用试验装置研究探讨燃烧前二氧化碳捕集技术。同时加强同石油、地质等行业的合作,共同推动IG C C与C C S(碳捕集与封存)发电技术的工业规模示范进程。

尽快开展碳封存技术研究

碳封存是将二氧化碳捕集后重要的处理手段之一。近年来,欧美国家致 力 于 研 究 二 氧 化 碳 的 地 质 封 存 技术,并将其视为未来实现大规模二氧化碳减排最重要的技术手段。对我国来说,在研究初期,可通过资源化利用大幅降低捕集二氧化碳的成本,既能 有 效 促 进 二 氧 化 碳 捕 集 技 术 的 发展,又可实现资源循环优化利用,降低单位G D P碳排放。

二氧化碳不仅可用于食品、化工等行业,更可有效实现石油增产,美国上世 纪80年 代 就 已 示 范 并 推 广 了 该 技术,使一些枯竭的油井获得了长期的稳定生产。通过捕集二氧化碳生产工业级二氧化碳,可替代目前化工行业通用的煅烧石灰石产生二氧化碳的传统方法,既降低成本又节约能源,符合国家长期产业发展需求。据我国上世纪90年代在江苏油田、大港油田和辽河油田开展的相关实验研究表明,在我国枯竭的油井中,1吨二氧化碳能增产0 .吨的石油,每吨二氧化碳增加经济效益数千元,不仅具有巨大的经济价值,减少水的使用

我国煤电碳捕集技术领先碳封存亟待发展

,也可以将二氧化碳永久封存在油井中。

国际能源署(IE A )和政府间气候变 化 专 门 委 员 会(IP C C )研 究 均 指出,在电厂进行大规模二氧化碳捕集和封存是减缓气候变化最重要的技术路线。欧盟、美国、日本和澳大利亚在开展相关研究。美国和日本在上世纪末通过燃烧后捕集,并生产二氧化碳,生产的规模在1万- 3万吨/年,主要在化工厂的自备电厂开展;德国黑 泵 电 厂2008年 建 成 了3万 千 瓦 富氧燃烧捕集,然后进行地质封存的项目,这也是世界唯一的完整的二氧化碳捕集和封存项目;挪威国家石油公司 在 上 世 纪90年 代 开 始 将 二 氧 化 碳大规模封存在海底油田中,现封存二氧化碳已有几百万吨;美国上世纪八十年代开始利用二氧化碳增产石油,在美国北部,利用几百公里的管道,将二氧化碳输运到油田,通过二氧化碳增产技术,使得枯竭的油井稳产了20年以上。

开展二氧化碳捕集工作中遇到的问题

有关专家指出,我国开展二氧化碳捕集工作存在三方面问题:

一是研发投入高。二氧化碳捕集技术在试验系统的投资和运行过程都需要大量的投入,仅靠企业的投入很难支撑项目的运行,这就需要政府在研发上进行支持,引导企业开展该技术的发展。

二是资源化利用遇到的困难。运行的能耗高是二氧化碳捕集技术面临的最大问题,因此,捕集的二氧化碳进行资源化利用,不仅能够减排温室气 体 , 增 加 该 项 目 的 可 持 续 发 展 收益,还可以获得部分收益,抵消部分减排温室气体的成本,促进技术的成熟。但是一些地区的油气田附近,一些企业通过直接开采这些气井获取二氧化碳,在市场上进行廉价销售。还有一些化工企业,通过燃烧石灰石等方法获得二氧化碳,每年消耗数百万吨的石灰石。这些做法不仅与应对气候变暖、减排温室气体背道而驰,还消耗了大量的资源和能源,堵住了燃煤电厂二氧化碳捕集技术资源化的道路,阻碍了该技术的开展。

三是缺乏跨行业大型企业合作平台。二氧化碳捕集与封存是不可分割的两部分。大规模的二氧化碳用于增产石油和煤层气开发,不仅能够获得资源化利用,还具有大规模封存的潜力,是公认的近中期二氧化碳最重要的封存方式,国外已经在该领域开展了多年的示范,获得了良好的效果。我国电力企业华能集团已经在该领域二氧化碳捕集方面走在世界前列,我国石油企业中的中石油、中石化在二氧化碳增产石油,中煤联在二氧化碳开采煤层气等方面,都进行了大量的研究和示范工作,但另一方面,这些企业间还未建立相互间的合作平台。二氧化碳捕集与封存未能相互连接,这成为现在阻碍我国二氧化碳捕集与封存最重要的问题。

亟待建立国家层面的碳捕集与封存规划

针对二氧化碳的捕集、封存以及利用,有关专家建议政府从战略布局考虑,着眼未来,支持该技术的发展,并提出4点建议:

一是,急需编制一个国家层面的二氧化碳捕集与封存规划,由国家统一部署指导和集中该领域的研究。近年国内众多机构开始研究二氧化碳的捕集和封存技术,由于缺乏国家统一部署,部分研究内容重复、分散,而一些重要研究方向存在空白。

二是,加大科研投入力度,尽快开展几个工业级规模的二氧化碳减排和封存或者利用的示范系统,建立研究平台。一方面开发自主的核心技术,另一方面建立研究队伍,并在此基础上逐步开展工业级示范,以全面掌握技术,降低运行能耗和投资成本。如上海10万吨/年二氧化碳捕集装置,以科研课题和能力建设方式进行投入,建设成为我国国家级的试验基地。

三是,由国家部委牵头,为我国经济利用二氧化碳寻找出路,协调燃煤电站与石油企业合作,尽快开展二氧化碳捕集与增产石油的示范,并为此提供相应的资金支持和配套优惠政策。

四是,在应对气候变化的大背景下,国家应出台相关政策,关停从气井开采二氧化碳气的气田,为获取二氧化碳而进行石灰石煅烧等增加二氧化碳排放的企业或工艺,鼓励采用化石燃烧过程中获取二氧化碳的工艺,促进我国二氧化碳资源化利用的开展。

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