1背景
气候变化已成为一个世界性的热点话题。2007年6月举行的八国集团德国海利根达姆首脑会议、9月举行的澳大利亚亚太经合组织峰会、第62届联合国大会等一系列国际会议上，气候变化成为国际外交舞台的主旋律。此外，2007年度诺贝尔和平奖授予了致力于温室气体减排的美国前副总统戈尔与联合国政府间气候变化专家小组（IPCC）。
全球气候变化所造成的影响十分明显，这种影响是全方位的、多层面的，既包括正面影响，同时也包括负面效应。但目前它的负面影响更受关注，因为这可能会对人类社会的生存与发展不利，特别是对一些脆弱的生态系统和社会经济的脆弱地区及部门。
IPCC预测，21世纪全球平均气温升高的范围可能在1.4℃~5.8℃之间，实际上升多少，取决于21世纪人类化石燃料的消耗量，而其中最主要是电力行业的消耗，因为其几乎占据了近一半的份额。
我国经济持续高速增长导致能源大量消耗，特别是煤炭消耗大幅提高，二氧化碳减排的形势严峻，中国政府在国际上承担遏制全球变暖的政治压力很大。据《中国电力工业CO2排放的现状及减排的潜力评估》报告分析，我国燃煤电厂2005年排放的二氧化碳约21亿吨，而到了2007年这一数字就超过了27亿吨。
燃煤电厂二氧化碳
捕集、利用与封存技术
西安热工研究院有限公司许世森郜时旺
摘要：结合华能集团在CO2捕集方面所开展的工作，介绍了国内外在燃煤电厂CO2捕集、利用与封存方面的技术进展。建设附CO2捕集和封存（CCS）的低碳排放燃煤电厂，是今后燃煤发电所必须面对的课题，同时对CO2的资源化利用也应引起足够的重视。
关键字：二氧化碳捕集与封存（CCS）；利用；燃煤电厂
Capture,Utilization and Storage Technology
of Carbon Dioxide in Coal-fired Power Plant
Xu shi sen,Gao shi wang
Abstract:Based on capture tasks of carbon dioxide in huaneng group,the article introduces capture,utilization and storage technology development of carbon dioxide in domestic and oversea countries.Planning to construct a low carbon emission coal-fired power plant with capture,utilization and storage technology of carbon dioxide,which is a important topic to coal-fired power plant and great attention is paid to resource utilization of carbon dioxide.
Keywords:CCS(capture and storage of carbon dioxide);utilization;coal-fired power plant
针对由于二氧化碳的大量排放造成的气候变化问题，国际能源署（IEA）设计了二氧化碳减排的三种情景：第一种是在目前情况下，不采取任何其他附加的变化或者说其他的干预，到2050年，石油消费将增加70%，二氧化碳排放增加130%，全球气温最少要增加6℃；第二种情景被称为ACT情景，应用现有技术，将2050年的排放量控制在现在的水平；第三种情景是被称为BLUE情景，到2050年，二氧化碳的排放量在现有基础上减少50%，根据可预计的技术水平，其中38%的减排量将来自电力行业，即大量采用低碳发电技术。低碳发电技术归纳起来主要有：（1）提高能源效率。如超（超）临界燃煤锅炉机组、联合循环机组等。效率的提高可使生产单位电力所需的燃料减少，从而减少CO2的排放量。（2）改革传统的煤炭燃烧利用方式。新型的O2/ CO2循环燃烧技术、基于循环氧载体的链式燃烧技术、煤气化制氢技术等。（3）CO2的捕集、利用与封存技术。其中二氧化碳捕集、利用与封存技术被认为是最主要的低碳发电技术之一。
2燃煤电厂二氧化碳捕集
燃煤电厂二氧化碳捕集是指将CO2从燃煤锅炉尾部烟道中通过物理或化学方法分离出来并浓缩聚集的过程。投资和运行费用昂贵是二氧化碳捕集最大的障碍，因此，降低投资费用和运行能耗是该技术发展的方向。在电厂主要有3种不同的捕集技术路线，即：燃烧前脱碳、燃烧后脱碳以及富氧燃烧技术。
2.1燃烧前脱碳技术
燃烧前脱碳技术（PCDC）是指在碳基燃料燃烧前，首先将其化学能从碳中转移出来，然后再将碳和携带能量的其他物质进行分离，这样就可以实现碳在燃料利用前进行捕集。整体煤气化联合循环发电技术（IGCC），就是最典型的可以进行燃烧前脱碳的系统。IGCC是结合了煤气化技术与联合循环发电技术的新型发电技术。IGCC对气化得到的煤气进行变换反应，使煤气转变为CO2和H2，最终将燃料化学能转移到H2上，然后再对CO2和H2进行分离。
基于IGCC的PCDC处理的气体具有高的气体压力和CO2浓度，这使得物理吸附法比化学吸附法更能体现出优势。分离CO2的典型物理吸收法是聚乙二醇二甲醚法（Selexol法）和低温甲醇法（Rectisol法）。这两种方法都属于低温吸收过程，Selexol法的吸收温度一般在-10℃～15℃，低温甲醇法的吸收温度一般在-75℃～0℃。另外，这两种技术能够同时脱除CO2和H2S，且净化度较高，便可以在系统中省去脱硫单元，但相应需要采用耐硫变换技术。
Selexol法的溶剂由美国Norton公司开发，一些商业应用的数据没有公开，其成本以及投资和操作费用较高，只有像在IGCC进行燃烧前脱碳这种高的CO2浓度和高压时才能显示其优势。
低温甲醇法在化工行业已得到了多年应用，其主要缺点是工艺流程庞大，而且吸收过程中甲醇蒸汽压较高，致使其溶剂损失较大。目前大多数基于IGCC进行CCS的研究计划都选择Selexol法进行物理吸收。
另外，膜分离技术被公认为是在能耗降低和设备紧凑方面具有非常大潜力的技术。目前各种用于气体分离的无机膜都正在被开发，其中以钯基膜产品的开发得到最迅速的发展。
目前国内外提出的多项降低CO2排放的洁净煤发电计划中，绝大部分是基于IGCC发电技术的，并集成了燃料电池、氢气轮机、碳捕集与封存等技术手段，最终实现包括CO2在内的近零排放。
1）美国“FutureGen（未来电力）”计划：2005年12月，美国能源部与美国未来电力企业联盟（FutureGen Industry Alliance）正式签署协议，计划建造一座集二氧化碳捕集和封存、发电、制氢于一体的研究性电厂。FutureGen计划是将煤炭用氧气、水蒸汽气化产生一氧化碳和氢气，再将一氧化碳经变换反应生成二氧化碳和额外的氢气。将氢气和二氧化碳分离后，氢气直接用于燃气蒸汽联合循环发电产生电力。而二氧化碳则泵送到几千尺深的盐水井中液化贮存（也可贮存在采空的煤矿井和枯竭的石油井中）。许多公司都参与其中，包括美国的
Peabody Energy Corp.、英澳公司必和必拓（BHP Billiton Ltd.）、力拓公司（Rio Tinto）、中国的华能集团等。由于资金问题，项目目前处于暂停状态
2）中国“GreenGen（绿色煤电）”计划：2005年12月，由中国华电等能源、投资国有大企业联手组建的以研发、建设、运营我国第一个拥有自主知识产权的近零排放的“绿色煤电”示范电站为最终目标的绿色煤电有限公司宣告成立。绿色煤电的目标是研究开发和示范推广以整体煤气化联合循环(IGCC)为基础，以煤气化制氢、氢气轮机联合循环发电和燃料电池发电为主、并进行CO2分离和处理的煤基能源系统；大幅度提高煤炭发电效率，使煤炭发电达到污染物和CO2的近零排放。其流程见图1。绿色煤电计划主要涉及以下几个关键技术：大型高效煤气化技术、煤气净化技术、氢气轮机发电技术、燃料电池发电技术、膜分离技术、CO2封存技术、系统集成技术。绿色煤电计划分为三个阶段，将用十余年的时
间完成。最终形成一座250MW IGCC示范电站及一座400MW的绿色煤电近零排放示范电站。目前第一阶段250MW IGCC电站已经进入施工安装期，预计2010年底投入运行。
3）ZeroGen计划：ZeroGen项目由澳大利亚昆士兰州政府所有的电力公司Stanwell Corp.牵头，荷兰皇家壳牌有限公司（Royal Dutch Shell Plc）和美国的通用电气公司（General Electric Co.）提供技术支持。ZeroGen项目旨在将煤转化成富氢气体和高压二氧化碳，通过燃烧这种气体来驱动一台高效涡轮机发电，二氧化碳通过管道被输送到约220公里以外的地方，然后被埋存于地下盐水层中。
此外，国际社会也加强合作，通过多国多研究机构合作的方式进行技术研发，目前影响力较大的是中欧COACH项目和中英NZEC项目。
中欧碳捕集与封存合作项目（Cooperation Action within CCS China-EU，以下简称“COACH项目”）是在中国与欧盟签订的CCS合作
图1绿色煤电项目流程简图
谅解备忘录框架下开展的中欧合作项目，已列在欧盟第六框架计划中可持续发展能源项下，旨在针对中国快速增长的能源需求，加强中欧之间在全球气温控制领域的合作。
COACH项目的主要目标是通过中欧开展密切长久的国际合作来应对中国日益增长的能源需求，为在中国建设大型包括CO2捕集与封存的多联产能源设施示范奠定基础。项目以欧洲技术为基础，为实现大型的多联产发电技术以及包括制氢、液体燃料、供热等煤基发电集成技术作好准备。CO2捕集与永久封存（包括提高油气采收率）将成为COACH项目实施的先决条件。为此COACH提出了3个议题：煤基多联产煤气化与CO2捕集存储；中国CO2地质存储可靠性调查；探讨相关社会体系，包括法律、法规、资金和经济领域等公共问题。
西安热工研究院作为项目管理成员之一与CO2燃烧前捕集工作组的牵头单位，主要负责部分管理协调工作与CO2捕集技术的发展与交流，并为中欧下一步的合作示范项目的方案选择提供技术支持。
2.2燃烧后脱碳技术
燃烧后脱碳技术（PCC）顾名思义就是在燃烧设备（锅炉或燃机）后的烟气中捕集或者分离CO2。这种技术路线几乎可使用于任何现有的煤基电厂，并且对原有的电站系统改动较小。现有的绝大多数火力发电技术，包括新建和改造，都只能采用PCC 的方法进行CO2的分离。但另一方面，采用PCC方法需要处理的烟气量大、排放压力低、CO2的分压小，投资和运行成本都很高。
1）MEA法
MEA（一乙醇胺）具有较强的碱性，与CO2反应速率较快，具有吸收速度快、吸收能力强的特点。MEA法存在的主要问题是装置的能耗较高，且MEA的氧化降解较严重；目前正准备通过优化吸收/再生工艺的结构及使用抗氧化添加剂等措施以降低操作成本。与常规醇胺法比，新工艺开发成功后约可降低捕集成本50%以上。MEA适合在CO2分压力较低的情况下应用，吸收率受操作压力影响不大，既可在高压下操作，也可在常压下操作，操作温度与烟气温度相当，同时，MEA在醇胺类吸收剂中碱性最强，反应速度快，吸收能力在醇胺类溶剂中最强，因此，MEA法比较适合用于烟气中CO2回收。
2）热钾碱法
另一种极具发展前景的吸收/再生法脱碳工艺是以哌嗪（piperazine）为活化剂的热钾碱法，由于此法的吸收/再生过程的操作温度相差不大，故与常规醇胺法相比，再生热量的消耗可下降50%～75%。
3）氨法脱碳
氨水喷淋法是化学吸收法的一种。与MEA法相比，氨水具有明显的优势：吸收容量高达1.2kg CO2/kg NH3；溶液单价成本仅为MEA的1/6。缺点是普通碳铵不稳定，挥发损失大，吸收的碳易分解重返大气，削弱了CO2的吸收效率；吸收反应需要在较低温度下进行，低于10℃，烟气降温耗能较大。
采用MEA脱碳技术的电站有美国Warrior Run 电站和Shady Point电站。
美国Warrior Run电站为180MW CFB锅炉，燃用美国马里兰州煤，年耗煤65万吨。该电站采用ABB Lummus胺洗涤工艺分离CO2，2000年投运，每天可生产150吨食品级CO2。
澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）能源中心近几年针对燃煤电厂烟气分别进行了MEA法和氨法CO2捕集试验，分别在Loy Yang电厂和Munmorah电厂各建立了一套试验装置。
西安热工研究院在中国华能集团的支持下在华能北京热电厂建设了3000吨/年烟气CO2捕集试验示范工程，全部采用国产设备，为我国首套燃煤电厂CO2捕集装置。2008年7月16日，该装置移交生产，技术指标达到国际先进水平，CO2纯度可达到99.6%，经过精处理后可达到99.99％的食品级要求。标志着西安热工研究院已掌握燃煤电厂二氧化碳捕集装置的设计、建设和调试运行技术。
该示范工程是我国CO2减排技术在燃煤发电领域的首次应用，既为举办绿色奥运添彩，又开创了CO2捕集新的技术途径。
目前该CO2捕集技术已用于华能上海石洞口发电有限责任公司10万吨/年脱碳工程。该工程是对二氧化碳捕集技术的第二次示范，并为二氧化碳捕集与封存的广泛应用进行技术储备。工程烟气处理量82000m3/h，预计年捕集二氧化碳10万吨，所得产品将出售给饮料或干冰制造商。项目将于2009年底建成投产。
2007年8月，中国华能集团公司与北京市政府签署了《关于推进二氧化碳捕集与处理技术研究及加强能源合作框架协议》，筹备成立“北京温室气体捕集与处理实验室”；2008年12月，华能集团公司与上海电气合作成立华能上海电气温室气体减排研究中心，该中心将根据国家节能减排要求，研究温室气体减排技术和能源高效利用技术，进行节能减排领域高新技术的开发、转化和推广应用。
3二氧化碳利用
二氧化碳是导致温室效应的主要温室气体，同时，二氧化碳本身也是一种宝贵的资源。因此，二氧化碳的开发利用研究已逐步成为各国科技开发部门的热门课题。
CO2是一种重要的工业气体，CO2及其衍生产品应用广泛、前景广阔。回收的二氧化碳可以广泛用于制造碳酸饮料、烟丝膨化处理、金属保护焊接、合成有机化合物、灭火、制冷等，也可用于强化石油开采（EOR）和强化煤层气开采（ECBM）。
碳酸饮料生产CO2可用作汽水、啤酒、可乐、碳酸饮料等充气添加剂。目前，我国碳酸饮料的人均年消费量不到5kg，与发达国家和地区相比(如西欧为110kg，美国为150kg)有较大的差距，发展潜力较大。
烟丝膨松剂液体CO2用于烟丝膨化处理，可使每箱香烟节约5%-6%的烟丝，并提高烟丝的质量。我国每年生产香烟2000万箱左右，如10%用CO2膨化处理，则年CO2耗量达60万t，如全部使用CO2膨化处理，则年CO2耗量达600万吨，应用前景十分看好。
焊接保护气CO2保护焊是一种高效率、低污染、低成本、省时省力的焊接方法，已经在集装箱、船舶、汽车以及金属结构的焊接中得到应用。我国CO2气体保护焊接仅占全部焊接的5%，发达国家67%，全球平均23%，发展前景十分乐观。
强化石油开采（EOR）通过向油藏注入CO2来提高油田采收率，从世界范围内来看相对比较成熟，且在近年来发展较为迅速。以美国为例，2004年美国国内有71个CO2EOR项目运行，采用CO2 EOR技术每日生产原油206000桶，占全部原油产量的约4%。我国在利用EOR技术上也有很大潜力。据测算，我国低渗油藏中约有32亿吨适合用于CO2 EOR，占全部低渗油藏的50.6%。
强化煤层气开采（ECBM）向不宜开采的深煤层中注入CO2，利用CO2在煤体表面的被吸附能力是CH4的2倍的特点来驱替吸附在煤层中的煤层气，可以同时达到提高煤层气的采收率和埋存CO2的目的。
2008年我国CO2产量约为271.2万吨；华东地区是最大CO2生产地，产量为177.1万吨；全国CO2消费以工业级CO2为主，而工业级中又以焊接领域所占比例为最大，达133.3万吨，占工业级总量的86%，占CO2总消费量的50%。我国CO2的资源化利用有很好的发展前景。
4二氧化碳封存技术
电厂捕集产生的CO2气体量非常巨大，化工、食品和材料等行业的需求相对是非常少的，大量的气体只能通过地质封存和海洋封存来处理。
海洋封存通过海上管道或者轮船输送到封存地，然后经过高压注入到海洋中。海洋封存主要有浅海（200～300m）溶解封存、深海（>500m）笼形包合物封存、深海（>3000m）笼形水合物封存。深海储存是有可能实现大规模长期储存二氧化碳的理想方式，但涉及技术经济、环境影响等一系列复杂的问题有待解决，故目前尚处于探索阶段。
地质封存利用类似自然界中地质封存天然气
上海市推进高新技术产业化新材料领域对接会召开
8月25日，由上海市经信委和金山区人民政府主办的上海市推进高新技术产业化新材料领域对接会在金山举行。
市经信委秘书长周敏浩主持会议并介绍上海市推进新材料高新技术产业化行动方案和政策措施。他指出，目前上海掀起发展高新技术产业化高潮是应对国际金融危机、力争在国际竞争中抢占科技制高点的重要举措，是利用上海丰富的科技资源推动上海经济又好又快发展的最佳机遇。新材料是所有产业发展的基础，涉及范围广、关联度高、带动力强，在发展高新技术、改造和提升传统产业、增强综合竞争力等方面都具有重要意义。
周敏浩强调，立足上海，发展新材料要加强三个注重：一要注重产业链的延伸；二要注重战略产业的发展；三要注重节能环保。同时，要实现产业规模、项目实施主体、产业集群等三个方面的突破，到2012年，力争上海市新材料产业重点领域实现产值1600亿元。
会上，金山区沈华棣副区长简要介绍了金山区综合投资环境和区新材料产业发展情况。金山区将重点发展高性能碳纤维、耐高温超长纤维、非金属电线电缆、新型纤维、新型合金材料、新型绿色建材等新材料领域。产业主要集聚在上海精细化工产业园、金山工业区、山阳、朱泾、枫泾、张堰等区域，力争使金山成为全国知名的上海新材料产业的重要基地。奉贤、宝山、青浦等区领导在会上介绍了本区推进新材料高新技术产业化配套政策和措施。新傲科技、华谊集团等企业代表和陶氏化学、中科院上海硅酸盐研究所等科研院所作了交流发言。
会上，金山区政府与中国材料研究学会签订了合作框架协议。金山区招商局与上海市新材料协会、上海市聚氨酯产业发展促进中心就联合打造中国聚氨酯国际产业园区签订了合作框架协议；国家上海张堰新材料深加工产业园区和北京科技大学材料科学与工程学院、安泰科技股份有限公司签订了合作框架协议。（区经委）
等气体的原理对CO2进行封存，主要有盐水层封存、增强石油开采封存和增强煤层气开采封存。此外还有森林和陆地生态储存，但一个功率为500MW的燃煤电站约需2000km2的森林来捕集其所排放的二氧化碳，故此方式不可能作为主要储存方式。目前工业界认为CO2-EOR技术是现阶段比较可行的CO2地质封存技术，CO2-ECBM技术是具有一定潜力的CO2地质封存技术。
实际上，全球各区域都存在可能适合封存CO2的沉积盆地，包括沿岸和沿海地区，也包含了油田、煤层等区域。有研究表明，全世界的地质封存能力巨大，其中深盐水层可能有近10000Gt的封存潜力，油气田和深海则分别有1000Gt～4000Gt的潜力，而目前全球人为二氧化碳排放每年约30Gt。
目前全球几个规模化的二氧化碳封存项目有北海的斯莱普内尔（Sleipner）项目、加拿大的韦本（Weyburn）项目和阿尔及利亚的萨拉赫（Salah）项目。此外，澳大利亚在Otway启动了CO2地质封存示范试验项目，共注入30000吨CO2，该项目对注入的CO2进行监测，关注地下变化、CO2在地下的扩散、各种工程设计参数、各种设备的适应性等等。
5结论
建设附CO2捕集和封存（CCS）的低碳排放燃煤电厂，是今后继续发展燃煤电厂所必须面对的课题。
IGCC是实现燃煤发电包括CO2在内污染物的近零排放的重要基础。常规燃煤电站的CO2脱除技术也必不可少，需和电厂系统结合以降低能耗、降低造价。
对CO2的资源化利用需要重视，在开展二氧化碳捕集与封存初期通过资源化利用获得额外收益，降低减排成本。
碳捕集与封存技术的现状与发展分析 王虎齐 中国电能成套设备有限公司，北京市安德里北街15号100011 The Status of Carbon Capture & Storage and development analysis WANG Hu-qi No.15 Andelibei Street Beijing，China ABSTRACT:Global warming has been more and more serious, carbon capture and storage (CCS) technology in future years will be to solve the greenhouse effect of the main means. Although CCS technology has made good progress, CO2 capture, transportation, storage three links of the development of the technology is very rapid, but still faces many problems, such as the high cost, CO2leaks problems, lack of awareness. At present CCS technology is still in the early stages of development, whether can be expected as CCS to cope with climate change in the important transitional emission reduction technology and be large scale application will depend on various factors. KEY WORD: Carbon Capture and Storage；High Cost；CO2 Leaks Program；Lack of Awareness 摘要：全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存（CCS）技术在未来的若干年后将成为解决温室效应的最主要手段之一。虽然CCS技术取得了长足的进步，CO2捕集、运输、封存三大环节的各种技术发展都很迅猛，但仍面临着很多问题，如成本高昂、CO2泄露问题、认识不足等。目前CCS 技术仍处于发展的早期阶段，CCS 是否能如预期成为应对气候变化中重要的过渡性减排技术并被大规模应用，将取决于多种因素。 关键词：碳捕集与封存；成本高昂；CO2泄露；认识不足 1前言 1896 年，诺贝尔化学奖得主、瑞典化学家 阿伦尼乌斯（S.Arrhenius）提出气候变化的科学假设，认为“化石燃料燃烧将会增加大气中的CO2 浓度，从而导致全球变暖”。2007 年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了第四次评估报告，认为气候变化归因于人类活动所排放的温室气体的可能性超过了90%。2009年12 月《联合国气候变化框架公约》第15 次缔约方会议暨《京都议定书》第5次缔约方会议在丹麦首都哥本哈根的落幕，将全球温升控制在2℃以内的目标作为全球共识写入《哥本哈根协定》（Copenhagen Accord），至此，全球应对气候变化的任务上升到了前所未有的高度，关于如何快速推广应对气候变化新技术的讨论也趋于白热化。 提高能效、发展替代能源（包括可再生能源和核能）和CCS 技术是最为重要的三种减排手段。根据国际能源署（IEA，International Energy Agency）的研究，在2℃温升情景下，2020 年、2030 年和2050 年由提高能效带来的减排量将分别占当年能源相关减排量的65%、57% 和54%。但随着提高能效技术的“天花板效应”逐渐显现、替代能源资源由易开发逐渐转为难开发等原因，CCS 的减排贡献将从2020 年占总减排量的3% 上升至2030年的10%，并在2050 年将达到19%，详见表1。
附件 二氧化碳捕集、利用与封存环境风险评估技术指南（试行）Technical Guideline on Environmental Risk Assessment for Carbon Dioxide Capture,Utilization and Storage(on Trial)
目次 前言 (5) 1总则 (6) 1.1适用范围 (6) 1.2规范性引用文件 (6) 1.3术语与定义 (6) 2环境风险评估工作程序 (7) 2.1评估流程 (7) 2.2评估范围 (8) 3主要环境风险源 (8) 3.1捕集环节的环境风险源 (8) 3.2运输环节的环境风险源 (9) 3.3地质利用与封存环节的环境风险源 (9) 4环境风险受体 (10) 5确定环境本底值 (10) 6环境风险评估 (10) 6.1环境风险可能性界定 (10) 6.2影响界定 (10) 6.3环境风险水平评估 (11) 7环境风险管理 (11)
前言 为贯彻落实《关于加强碳捕集、利用和封存试验示范项目环境保护工作的通知》（环办[2013]101号）要求，规范和指导二氧化碳捕集、利用与封存项目的环境风险评估工作，制定本指南。 本指南以当前技术发展和应用状况为依据，规定了一般性的原则、内容以及框架性程序、方法和要求，可作为二氧化碳捕集、利用和封存环境风险评估工作的参考技术资料。 本指南为首次发布，将根据环境管理要求及技术发展情况适时修订。 本指南由环境保护部科技标准司组织制定。 本指南主要起草单位：环境保护部环境规划院、中国科学院武汉岩土力学研究所、环境保护部环境工程评估中心和中国地质调查局水文地质环境地质调查中心。 本指南自2016年7月1日起实施。 本指南由环境保护部解释。
二氧化碳捕集、利用与封存技术调研报告 一、调研背景 为减缓全球气候变化趋势，人类正在通过持续不断的研究以及国家间合作，从技术、经济、政策、法律等层面探寻长期有效地减少以二氧化碳为主的温室气体排放的解决途径。中国作为一个发展中国家，在自身扔面临发展经济、改善民生等艰巨情况下仍然对世界做出了到2020年全国单位国内生产总值CO2放比2005年下降40%至45%的承诺，这将会给中国的能源结构产生深渊的影响，也将会给经济发展带来一场深刻的变革。 二、CCUS技术与CCS技术对比 CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕获与封存）技术是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来，再通过碳储存手段。潜在的技术封存方式有：地质封存（在地质构造种，例如石油和天然气田、不可开采的煤田以及深盐沼池构造），海洋封存（直接释放到海洋水体中或海底）以及将CO2固化成无机碳酸盐。 CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕集、利用与封存）技术是CCS技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。与CCS相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。 中国的首要任务是保障发展，CCS技术建立在高能耗和高成本的基础上，该技术在中国的大范围推广与应用是不可取的，中国当前应当更加重视拓展二氧化碳资源性利用技术的研发。 三、二氧化碳主要捕集方法 目前主流的碳捕集工艺按操作时间可分为3类———燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集（燃烧中捕集）。三者个有优势，却又各有技术难题尚待解决，目前呈并行发展之势。 燃烧前捕集技术以煤气化联合循环（IGCC）技术为基础，先将煤炭气化呈清洁气体能源，从而把二氧化碳在燃烧前就分离出来，捕进入燃烧过程。而且二氧化碳的浓度和压力会因此提高，分离起来较为方便，是目前运行成本最低廉的捕集技术，问题在于，传统电厂无法用这项技术，而是需要重新建造专门的OGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的2倍以上。 燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，这一技术路线对传统电厂烟气中的二氧化碳进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多，可分为化学吸收法、物理吸收法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备
二氧化碳的捕集、封存与综合利用
前言 近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点，如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含量成为挑战人类智慧的难题。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的CO2排放源为燃煤的发电厂。从总量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二，预计到2025年，我国的CO2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国急需对所排放的二氧化碳进行捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。目前CO2的应用领域得到了广泛开拓，除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，工业、农业、国防、医疗等部门都在使用CO2。科学研究己经证明，CO2具有较高的民用和工业价值:以CO2为原料可合成基本化工原料；以CO2为溶剂进行超临界萃取；还可应用于食物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域；近年来开发出的新用途如棚菜气肥、保鲜、生产可降解塑料等也展现出良好发展前景。[1]
1.CO2捕集系统 CO2捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。依据捕获系统的技术基础和适用性，通常将火电厂CO2的捕集系统分为以下4种：燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术以及化学链燃烧技术。 1.1 燃烧后脱碳 燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后，如电厂的锅炉或者燃气轮机，从排放的烟气中脱除CO2的过程。 在燃烧后捕集技术中，由于烟气中CO2分压通常小于0. 15个大气压，因此需要与CO2结合力较强的化学吸收剂分离捕集CO2，用于CO2捕集的化学吸收剂主要是能与CO2反应生成水溶性复合物的有机醇胺类。目前在CO2捕集方面研究和采用较多是醇胺法(MEA法)。[2] 燃烧后捕集技术是一种成熟的技术，这种技术的主要优点是适用范围广，系统原理简单，对现有电站继承性好。但捕集系统因烟气体积流量大、CO2的分压小，脱碳 的捕集成本较高。 过程的能耗较大，设备的投资和运行成本较高，而造成CO 2 1.2 燃烧前脱碳 燃烧前脱碳就是在碳基原料燃烧前，采用合适的方法将化学能从碳中转移出来，然后将碳与携带能量的其他物质分离，从而达到脱碳的目的。燃烧前分离捕集CO2实质上是H2和CO2的分离，由于合成气的压力一般在2. 7MPa以上(取决于气化工艺)，CO2的分压远高于化石燃料在空气燃烧后烟气中的CO2分压。典型的燃烧前CO2捕集流程分三步实施: (1)合成气的制取：将煤炭、石油焦、天然气等燃料与水蒸气、氧气进行不完全的燃烧反应，生成CO和H2的合成气。 (2)水煤气变换：将合成气的CO进一步与水蒸气发生CO变换反应，生成CO2和H2。 (3)H2/CO2分离：将不含能量的CO2同能量载体H2分离，为后续的氢能量利用和CO2封存等作准备。[3] 燃烧前捕集技术的成本比燃烧后捕集技术的成本低，具有较大的发展潜力。
我国碳捕集、利用和封存的现状评估和发展建议 碳捕集、利用和封存（以下简称“CCUS”）技术是未来全球实现大规模减排的关键技术之一，也是我国实现长期绝对减排和能源系统深度低碳转型的重要技术选择。2016年10月，国务院发布了《“十三五”控制温室气体排放工作方案》，提出“在煤基行业和油气开采行业开展碳捕集、利用和封存的规模化产业示范”、“推进工业领域碳捕集、利用和封存试点示范”，为我国下一步发展CCUS指明了方向。本文在深入研究和调研的基础上，总结评估了“十一五”以来我国CCUS的发展状况，分析了我国推动CCUS发展面临的挑战，提出了中长期推动我国CCUS发展的思路和政策建议。 一、我国发展CCUS的重要意义 CCUS是实现我国长期低碳发展的重要选择。国际上将碳捕集与封存（以下简称“CCS”）1作为实现长期绝对减排的重要措施。在国际能源署（IEA）的2℃情景下，到2050年，CCS将贡献1/6的减排量；2015-2050年间，CCS累计减排占全球总累计减排量的14%，其中中国CCS的减排贡献约占1/3。根据西北太平洋实验室及中国科学院武汉岩土力学研究所的测算，中国当前有超过1600个大型CO2排放源，包括火电厂、水泥厂、钢铁厂等，技术上可实现的碳捕集量超过 1 CCS与CCUS称呼略有不同但实质基本相同。国际上常用CCS，主要包括三个环节，即对二氧化碳进 行捕集、运输和地质封存；中国在此基础上，结合本国实际提出CCUS，在原有三个环节基础上增加了CO2 利用环节，可将CO2资源化利用并产生经济效益，在现有技术发展阶段更具有实际操作性。
38亿吨CO2，而通过强化采油、驱煤层气和盐水层封存等方式可封存的容量分别为10、10和1000亿吨CO2。此外，中国源汇匹配条件好，90%以上的大型碳源距潜在封存地在200公里以内。 CCUS是实现我国煤基能源系统低碳转型的必然选择。我国能源结构以煤为主，虽然近些年国家已经采取了极为严格的控煤措施并取得了显著成效，但预计在未来相当长时间内，煤炭消费总量仍将维持相当规模。例如，从发电用能结构看，即便煤炭占比以每年2个百分点的速度下降，降到30%仍需要15-20年的时间。CCUS同煤基能源的发展具有很好的耦合性，尤其在煤化工、火力发电等行业，尽管当前其实施成本仍较高，但如果碳排放的外部成本能被充分考虑并实现其内部化，将极大提升CCUS在这些行业的应用空间。随着国家对碳排放控制要求的不断提升和能源生产消费革命的积极推进，为实现我国能源系统的绿色低碳转型，CCUS应该也必然会成为煤炭合理化和清洁化利用的一个重要举措。 CCUS是促进我国低碳产业发展的重要支撑。尽管我国CCUS技术的发展起步较晚，但国家对CCUS技术的研发和示范非常重视，过去十几年投入了大量科研经费，推动CCUS技术水平不断提升。在碳捕集、利用和封存各个环节的技术水平上，我国都已经与发达国家处于同一水平线。未来如进一步加大CCUS技术示范力度，促进技术应用成本的不断下降，能逐步实现技术的规模化应用，不仅有助于我国在低碳技术领域占据国际制高点，更能带动相关低碳产业的发展和壮大。 CCUS是提升我国能源安全的积极动力。我国政府特别强调要加
浅析碳捕集与封存技术 黄丹 20090390105 （郑州大学09级化工与能源学院热能与动力工程一班） 1.摘要 [Abstract] 全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存(CCS)技术被看作是最具发展前景的解决方案之一，随着研究的不断深入，CCS技术成本将进一步降低。碳捕集工艺按操作时间可分为燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集，其中最有发展前景的是富氧燃烧捕集。我国在CCS技术的研究上进行了大量工作，CCS技术已被列入“973计划”和“863计划”，但仍面临着很多问题，如二氧化碳泄漏问题、技术难点、建设和运行成本高昂等。好在种种迹象表明，随着全球气候问题的加剧，各国政府越来越重视CCS技术的研发和利用。 【关键词】 CCS技术二氧化碳碳捕集封存 Carbon Capture and Sequestration Technology [Abstract] Carbon capture and sequestration (CCS) technology is seen as one of the most promising solutions to deteriorating climate changes. As research progresses，the cost of CCS is set to decline. By operational time，carbon capture technology can be categorized into pre-combustion capture，enriched oxygen combustion capture and post-combustion capture technologies，of which the enriched oxygen combustion capture technology is the most promising. China has done a lot of work on the research of CCS technology. The development of this technology has been listed in the country′s 973 Plan and 863 Plan. Although substantial advance has been made in CCS technology ，many challenges remain，such as the leakage of CO2，technical bottlenecks and high facility construction and operational costs. The good news is that as global climate problems worsen，governments across the globe are putting increasing emphasis on the research，development and utilization of CCS technology. [Keywords] CCS technology；carbon dioxide；carbon capture；carbon sequestration 2引言 全球气候变暖问题已经越来越严重，目前二氧化碳在大气中的含量水平为百万分之三百八十五，而其正以每年3%的速度增长。按这个速度发展，到2100年，空气中的二氧化碳的聚集量将达到百万分之一千一百，温室效应造成的高温将不适合任何动物的生存，人类社会则将在这一进程中崩溃。然而，时至今日，全球有80%的能源来自煤炭、石油和天然气等化石能源。水电和核能虽然成本并不高，但环境条件限制了其发展规模。至于风能、太阳能和生物质能等新能源，虽然环保前景喜人，但受高成本和技术不成熟等客观因素制约，这些新能源完全取代传统的化石能源仍处于探索阶段，真正做到大规模商业化开发还需很长时间。因此，发展可靠技术、减少化石燃料的温室气体排放是一个明智的“缓兵之计”。
1前言 当前，减排CO 2的呼声日益高涨，其主要排放源是化石燃料的使用。根据国际能源署(IEA)的统计，2008年世界能源需求中，化石能源占到约80%的比例[1]。由于煤炭利用的成本比石油、天然气低很多，且从全球能源储量分布情况来看煤炭资源较为丰富，因此，可以肯定未来一段时期内煤炭利用总量仍将持续增长。特别是像中国、印度等国家煤炭比例占绝对优势，经济的快速增长及对能源安全的考虑都将促进对煤炭的利用。在未来相当长的时间内，我国的一次能源仍将以煤为主。 近年来，国内用于发电的煤炭量占到煤炭消耗总量的一半以上。燃煤发电企业作为CO 2排放的重要来源之一，面临的环保压力逐年增大。在这种形势下，国内相关企业、研究机构积极致力于燃煤发电领域各种CO 2减排技术的研究，包括燃烧前碳捕集、燃烧后碳捕集及纯氧燃烧等。其中，燃烧前碳捕集技术在电力行业中主要应用于整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂。 IGCC 发电技术被认为是目前世界上最清洁的燃煤发电技术，其粉尘、SO 2、NO x 等污染物接近零排放。目前，美、欧、日均已建成IGCC 示范电站，并 拟在示范成功之后逐步推广。IGCC 发电技术不仅具有燃料来源广、发电效率提升空间大等优点，而且可以实现燃烧前脱除CO 2，以较低的成本实现 CO 2减排。在未来减排温室气体，应对全球气候变化的过程中，IGCC 具有广泛的应用前景。 本文以从IGCC 电站捕集CO 2，并通过管道运输至油田用于强化采油为例，分析得出IGCC 电站进行碳捕集与封存(CCS)的CO 2减排成本，提出CCS 在中国推广应用的相关政策建议。 2案例分析 2.1IGCC 电站CO 2减排成本 在本文的案例分析中，IGCC 电站设计输出功率为400MW 级，整个系统主要包括空分单元、气化单元、净化单元及动力单元，所选用设备均基于现有技术，气化炉选用水煤浆气化技术，燃气轮机选用F 级燃机，粗煤气净化采用湿法净化工艺，空分系统选用独立的低压空分系统。在进行经济性估算时，假设电厂建设周期为3年，从2007年1月开始 碳捕集与封存技术(CCS)成本及政策分析 张建府 (中国华能集团绿色煤电有限公司，北京100098) 摘要 当前，减排CO 2的呼声日益高涨。在未来相当长的时间内，我国一次能源仍将以煤为主，而用于发电的煤炭量占到煤炭消费总量的一半以上，已成为国内CO 2排放的重要来源。整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术不仅具有燃料来源广、发电效率提升空间大等优点，而且能以较低的成本实现CO 2减排。以IGCC 碳捕集结合强化采油为例，分析碳捕集与封存(CCS)全过程CO 2减排成本。结果表明，在IGCC 电站进行碳捕集结合强化采油的情景下，捕集CO 2的IGCC 系统的发电成本低于不捕集CO 2的IGCC 电站的发电成本。CO 2减排成本主要受井口油价及CO 2利用率影响，当井口油价超过14.642美元/bbl 时，CO 2减排成本为负值。CCS 的发展将经历示范、扩大规模和商业化三个阶段，针对不同的发展阶段，政府应分别采取相应的政策措施。在示范阶段，应加强对相关技术研究的支持，提供财政补贴；在扩大规模阶段，应重点采取财政补贴措施，并配以CCS 发电配额标准和CCS 电力贸易体系；在商业化阶段，政府已无需继续提供财政补贴，而CCS 发电配额标准和认证贸易体系仍将是一个有效的方法。 关键词CO 2减排 碳捕集与封存强化采油发电成本政策措施 作者简介：张建府，工程师，2009年获得清华大学热能工程系工学硕士学位，曾参与国内第一台IGCC 电站的技术研发工作。 E-mail ：jf.zhang@https://www.doczj.com/doc/c83072978.html, SINO-GLOBAL ENERGY ·21· 第3期
二氧化碳捕集与封存成本估算 一、假想项目 在我国，化石燃料主要用于电力、交通运输和化工等行业。而交通运输业用能较分 散，不易大规模捕集二氧化碳；所以，电力和化工是我国控制二氧化碳排放量的重点行业。由于海洋封存还仅停留在实验室研究阶段，在本文中也未考虑，仅考虑EOR（强化石油开采）、ECBM（强化煤层气开采）和Aqufier（深部盐水层封存）。本文共假想了8 个中国CCS 项目。这些CCS 项目有如下假设：1. 原料均为煤；2. 所有CCS 项目都采用燃烧后脱碳技术，吸收剂为MEA；3. 国内燃煤机组的运行小时数为5500 小时，即负荷运行系数为5500/(24×365)=0.63；4. 合成氨厂负荷运行系数为0.85；5. 燃煤电厂的CO2 排放因子为0.81kg/KWh，合成氨厂的CO2 排放因子为3.8t/t 氨；6. 采用管道运输CO2；7. EOR和ECBM的封存量不大于现行项目的最大封存量，100Mt/y，深部含盐水层封存则不受此限制。 表1假想ccs项目 注释:EOR 二、CCS 项目成本分析 2.1总论 CCS 项目按照过程可分为捕集、压缩、运输和封存四个主要过程。有些文献也将压缩过程合并到捕集过程中。IPCC、Hendriks、David等对CCS 项目进行了经济性分析， 本文将主要参考这些研究成果对中国假想的CCS 项目进行成本分析。 Hendriks研究了燃烧后脱除CO2 的各种过程的碳捕集成本，得出： 对于煤基合成氨厂，变换后的合成气要进行脱硫、脱碳处理而获得氢气，脱硫、脱碳剂均为MEA。脱硫过程中，合成气中大约30-40％的CO2 也会随着H2S 和SO2 等硫化物一起脱除；而在随后的脱碳过程中60-70% 的CO2 会以纯CO2 的形式被脱除。对于60 万吨 合成氨厂，仅有52％的CO2 被捕集，所有的CO2 均可以来自脱碳过程产生的纯CO2，因
“十二五”国家碳捕集利用与封存科技发展 专项规划 碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是一项新兴的、具有大规模二氧化碳减排潜力的技术，有望实现化石能源的低碳利用，被广泛认为是应对全球气候变化、控制温室气体排放的重要技术之一。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》（以下简称《科技纲要》）将“主要行业二氧化碳、甲烷等温室气体的排放控制与处置利用技术”列入环境领域优先主题，并在先进能源技术方向提出“开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术”；《国家“十二五”科学和技术发展规划》（以下简称《规划》）提出“发展二氧化碳捕集利用与封存等技术”。《中国应对气候变化科技专项行动》、《国家“十二五”应对气候变化科技发展专项规划》均将“二氧化碳捕集、利用与封存技术”列为重点支持、集中攻关和 1
示范的重点技术领域。 为贯彻落实《科技纲要》和《规划》的部署，配合国务院《“十二五”控制温室气体排放工作方案》有效实施，统筹协调、全面推进我国二氧化碳捕集、利用与封存技术的研发与示范，特制订《国家“十二五”碳捕集、利用与封存（CCUS）科技发展专项规划》。 一、形势与需求 （一）碳捕集、利用与封存是应对全球气候变化的重要技术选择 全球气候变化问题日益严峻，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。有关研究显示，未来几十年化石能源仍将是人类最主要的能量来源，要控制全球温室气体排放，除大力提升能源效率、发展清洁能源技术、提高自然生态系统固碳能力外，CCUS技术将发挥重要的作用。IPCC估算，全球CO2地质封存潜力至少为2000亿吨，到2020年全球CO2捕集潜力为26-49亿吨/年。 2
863计划资源环境技术领域重点项目 “二氧化碳的捕集与封存技术”课题申请指南 一、指南说明 全球气候变暖已成为国际热点问题，二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。如何减少二氧化碳排放，降低大气中二氧化碳浓度，是人类面临的共同难题。研究开发具有我国自主知识产权的、经济高效的二氧化碳捕集与封存技术，推动二氧化碳减排，对于实现我国社会经济可持续发展和营造良好的国际环境具有重要意义。 本项目针对二氧化碳减排的迫切需求，瞄准国际技术前沿，研发吸附、吸收等二氧化碳捕集技术，探索二氧化碳封存技术，为我国二氧化碳减排提供科技支撑，项目下设3个课题。 二、指南内容 课题一、二氧化碳的吸收法捕集技术 研究目标： 研发先进实用的CO2高效吸收溶剂、吸收塔填料以及新型高效吸收分离设备和分离技术，发展CO2吸收分离过程模拟和集成优化新技术，通过关键技术的突破，着重研究解决CO2捕集的高能耗和高费用问题，进行中间试验并进行技术经济与风险评价，形成具有自主知识产权的吸收法捕集CO2的技术方案。 研究内容： （1）新型高效吸收溶剂的研制 针对燃煤电厂等工业的CO2排放源，采用分子模拟、分子设计和
实验研究相结合的方法开发高性能、低能耗和低腐蚀性的化学、物理及化学物理耦合吸收溶剂。测定其中CO2的吸收溶解度和吸收-解吸动力学，建立相应的溶解度和动力学模型，研究吸收性能和溶剂分子结构的定量关系，根据不同气体情况研制和优化溶剂体系，并进行硫、碳一体化脱除、以及膜—吸收耦合等新技术的探索性研究。 （2）特大型吸收设备强化和过程优化 通过先进的实验测量技术、计算流体力学模拟和实验相结合的方法，研究特大型分离设备强化的途径,研制高效吸收塔填料等塔内构件；发展CO2吸收分离过程模拟优化技术，研究节能降耗的新流程，继而形成吸收法捕集CO2的集成技术方案及开发平台。进行中间试验，获取工艺和能耗数据，进行技术经济与风险评价。 主要考核指标： （1）针对燃煤电厂等工业的CO2排放源，研发1～2项具有自主知识产权的、国际先进水平的高效吸收溶剂。 （2）研发1～2项具有自主知识产权的、国际先进水平的高效吸收塔填料。 （3）通过过程模拟优化和中间实验，形成1～2种具有自主知识产权的吸收法捕集CO2的新技术。 （4）中间试验规模和指标： 常压（1bar），试验规模为吸收塔径≥200mm，气体处理量≥60万标准立方米/年，对溶剂的指标要求是在气体含8－15％的CO2的情况下对CO2的循环吸收量≥50～60克/升； 中高压（≥20bar），试验规模为吸收塔径≥60mm，气体处理量≥60万标准立方米/年，对溶剂的指标要求是在气体含30～40％CO2的情况下对CO2的吸收量≥37～50克/升；
1.碳捕获和存储技术研究进展 一、前言 政府间气候变化专门委员会(IPCC)在第三次评估报告¨中指出，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。而这一气候变化的发生是与大气中温室气体的增加所产生的自然温室效应紧密联系的。CO2是其中对气候变化影响最大的气体，它产生的增温效应 占所有温室气体总增温效应的63％，且在大气中的留存期最长，可达到200年。 一系列的研究表明全球气候变化对自然生态系统造成重大影响，进而威胁到人类社会的生存和发展。为了应对气候变化可能带来的不利影响，20世纪80年代末以来，国际社会对气候变化问题给予了极大的关注和努力。1992年通过的《联合国气候变化框架公约》(以下简称公约)表达了国际社会应对气候变化挑战的行动意愿，是为解决气候变化问题建立的基 本国际政治和法律框架。1997年通过的《京都议定书》(以下简称议定书)规定了2008-2012年全球减少排放温室气体的具体目标，提出了发达国家减少温室气体排放的量化指标，该议定书已于2005年2月16日正式生效。 为了尽可能减少以二氧化碳(CO2)为主的温室气体排放，减缓全球气候变化趋势，人类正在通过持续不断的研究以及国家间合作，从技术、经济、政策、法律等层面探寻长期有效的解决途径。近年来兴起的二氧化碳捕获与封存(ccs)技术成为研究的热点和国际社会减少 温室气体排放的重要策略。 二、碳捕获和存储的科学和方法学问题 碳捕获和存储的种类很多，本文主要介绍地质碳捕获和存储(包括陆地地质结构和海底以下地质结构)及海洋碳捕获和存储。海洋碳捕获和存储主要有2种方式：一是将CO2通过固定管道或移动船舶注入或溶解到水柱中(通常在地下1 km)；二是通过固定管道或离岸平台 将其存放于深于3 km的海底。海洋碳捕获和存储及其生态影响仍处于研究阶段，因此，国际社会推动的只是地质碳捕获和存储，本文也不对海洋碳捕获和存储的技术及影响进行研究。 另外，地质碳捕获和存储与陆地、海洋生态系统的固碳是不同的，陆地、海洋生态系统对CO2的吸收是一种自然碳捕获和存储过程。陆地和海洋植物在其生长过程中，需要利用CO2合成有机物，它们能够在一定的浓度范围内吸收CO2。 2.1 碳捕获和存储的概念
碳捕获与封存法律制度研究 摘要：二氧化碳本身并不属于有毒有害物质，但若空气中的二氧化碳含量过高，就会产生很多不利的影响。本文结合我国的国情，提出完善碳捕获与封存法律制度的建议。 关键词：碳捕获与封存；现状建议每一项技术的发展都需要法律的推动，当前，我国对碳 捕捉与封存制度的研究尚不完善，需要引起更多的关注。 、碳捕捉与圭寸存的概念 碳捕获与封存，指的是将工业及其他相关的能源产业中， 所产生的二氧化碳进行分离，运输并把它封存在地质构造中，使他与大气长期隔离的一个过程。 碳捕获与圭寸存包含的环节主要是。①成功捕获工业厂房、 发电厂等排放的二氧化碳。②把捕捉到的二氧化碳进行压缩，并运输到指定地点。③运用一定的技术方式，将二氧化碳存储于地下，与外界隔绝。 碳捕获与封存主要应用于发电厂，以减少在发电过程中 所燃烧的矿物燃料所产生的二氧化碳的排放，解决在以煤炭 和天然气为燃料的工厂里的过量排放。同时，在水泥、石油、化工、钢铁等二氧化碳排放量高的行业也可适用。 对于二氧化碳的地质圭寸存，其方式也有很多。主要包括 以下几点：①目前为使石油的采收率得以提高而遭到废弃或者是已经衰退的油田；②已经废弃的天然气田；③含盐层，该岩层埋藏较深，且世界上有着大范围的此类岩层；④玄武岩层等其他可用来储存二氧化碳的岩层；⑤不能够进行开采的煤层。
碳捕获与封存是一个连贯的过程，它需要各个部门及方 便的综合考量，协调工作。 、我国的立法现状及问题一）我国的立法现状 我国针对碳捕获与封存法律制度的提出，主要是基于发 展新能源，完成减排目标，改善生存环境等发展战略。作为 个煤炭消耗大国，面对当前我国国内法关于碳捕获与封存的法律规定仍然处于真空的状态，完善相应的法律法规是我们亟待解决的问题。 2013 年4 月，我国发改委下发的《关于推动碳捕集、利 用和封存试验示范的通知》，主要是要加强我国对于目前存在的碳捕集与利用，以及对碳封存中存在的安全隐患进行考量，制定相应的法律法规，规范我国碳捕获、利用与封存。 同时，在十八届四中全会上提出的《关于全面推进依法治国若干重大问题决定》，再次强调了在能源范围内立法的重要性，制定并完善我国关于能源的法律法规。 二）我国碳捕获与封存法律制度的问题 1.碳捕获与封存法律法规不健全当前我国的CCS技术仍处于不断进 行尝试的阶段，法律 法规中，关于碳捕获与封存的规定少之又少。对于碳捕获与封存的理解，仍是一个新兴的概念，并且其经济的前瞻性还有待观察，并且对未来环境所造成的长期影响也尚不能准确评估。因此，我国对CCS项目的开展，人处于对其可行性的研究阶段，缺少实践性，尚未制定相应的政策、法律对其进行规范保障。 2.碳捕获与封存中存在的技术风险 虽然CCS的应用能够减少空气中大量的二氧化碳，但若 对其进行大规模的推广与应用，仍存在很多的风险性及技术 问题。一是成本太高，根据有关统计，利用CCS技术，每处理一吨的二氧化碳，至少要花费八十到一百美元，建造一个运用CCS技术的电厂，至少要十三亿美元。此外，二氧化碳在运输、储存过程中可能，面临
碳捕集与封存（CCS）简介 碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，简称CCS）是指将大型发电厂、钢铁厂、水泥厂、 化工厂等排放的二氧化碳收集起来并封存而与大气隔绝的一种技术。CCS是为了实现温室气体减排、 应对全球气候变化而开发的一项新技术，其重要意义在Array于：它是在继续利用煤、石油等化石能源的同时实现CO2 近零排放的唯一有效技术。 CCS技术包括CO2捕集、运输以及封存三个环节， 每个环节都已有成熟技术，但在串联起来应用于大规模 CO2减排时尚需要通过各种途径降低成本，包括进行技术 改造和将所捕集的一部分CO2提供利用，如用于提高石 油采收率等。 二氧化碳捕集 二氧化碳的捕集方式主要有三种：燃烧前捕集（Pre-combustion）、富氧燃烧（Oxy-fuel combustion）、燃烧后捕集（Post-combustion）。 燃烧前捕集 目前主要采用IGCC（整体煤气化联合循环）发电系统。其过程是在燃烧之前将煤气化成煤气并 净化除去CO2、H2S、NOx及粉尘等，再将煤气分离得到得到H2和CO2。H2作为燃气轮机的燃料，CO2经脱水和压缩后提供封存。伴生的高温废气再利用来产生蒸汽供蒸汽轮机发电。该技术的捕集系统小，效率高、用水少、环保（同时实现脱碳、脱硫、脱硝和除尘），还可与煤化工相结合，实现电、热、化工产品（氢气、甲醇、烯烃）等多联产。IGCC的研发已列入我国“十一五”发展规划纲要和863计划重大项目。 富氧燃烧 采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，将空气中占大比例的氮气（N2）脱除，直接采用高浓度的氧气（O2）与抽回的部分烟气的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体，可以直接进行处理和封存。该技术目前尚处于研发阶段，最大的难题是制氧技术的投资 和能耗太高。
CCS（Carbon Capture and Storage)技术示意图 CCS是稳定大气温室气体浓度的减缓行动组合中的一种选择方案。 CCS具有减少整体减缓成本以及增加实现温室气体减排灵活性的潜力。CCS的广泛应用取决于技术成熟性、成本、整体潜力、在发展中国家的技术普及和转让及其应用技术的能力、法规因素、环境问题和公众反应。CO2的捕获可用于大点源。CO2将被压缩、输送并封存在地质构造、海洋、碳酸盐矿石中，或是用于工业流程。CO2大点源包括大型化石燃料或生物能源设施、主要CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以及基于化石燃料的制氢工厂。潜在的技术封存方式有：地质封存（在地质构造中，例如石油和天然气田、不可开采的煤田以及深盐沼池构造），海洋封存（直接释放到海洋水体中或海底）以及将CO2固化成无机碳酸盐。
碳捕集 CCS（Carbon Capture and Storage)技术示意图 CCS技术由碳捕集和碳封存两个部分组成。其中，碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业。由于这些行业排放的CO2浓度高、压力大，捕集成本并不高。而在燃煤电厂排放的CO2则恰好相反，捕集能耗和成本较高。现阶段的碳捕集技术尚无法解决这一问题。 碳捕集技术目前大体上分作三种：燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集。三者各有优势，却又各有技术难题尚待解决，目前呈并行发展之势。哪一种先取得突破，哪一种就会成为未来的主流。 燃烧前捕集技术以IGCC（整体煤气化联合循环）技术为基础：先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把CO2在燃烧前就分离出来，不进入燃烧过程。而且，CO2的浓度和压力会因此提高，分离起来较方便，是目前运行成本最廉价的捕集技术，其前景为学界所看好。问题在于，传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的IGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的两倍以上。 燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，北京高碑店热电厂所采用的就是这条技术路线。这一技术路线对传统电厂烟气中的CO2进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多，可以分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备运行的能耗和成本较高。 事实上，由于传统电厂排放的CO2浓度低、压力低，无论采用哪种燃烧后捕集技术，能耗和成本都难以降低。如果说，燃烧前捕集技术的建设成本高、运行成本低，那么燃烧后捕集技术则是建设成本低、运行成本高。 富氧燃烧捕集技术试图综合前两种技术的优点，做到既可以在传统电厂中应用，排出的CO2的浓度和压力也较高。由于该技术主要着力在燃烧过程中，也被看作是燃烧中捕集技术。与
常用的CO2回收利用方法有： （1）溶剂吸收法：使用溶剂对CO2进行吸收和解吸，CO2浓度可达98％以上。该法只适合于从低浓度 CO2废气中回收CO2，且流程复杂，操作成本高。 （2）变压吸附法：采用固体吸附剂吸附混合气中的 CO2，浓度可达60％以上。该法只适合于从化肥厂变换气中脱除CO2，且CO2浓度太低不能作为产品使用。 （3）有机膜分离法：利用中空纤维膜在高压下分离 CO2，只适用于气源干净、需用CO2浓度不高于90％的场合，目前该技术在国内处于开发阶段。 （4）催化燃烧法：利用催化剂和纯氧气把CO2中的可燃烧杂质转换成CO2和水。该法只能脱除可燃杂质，能耗和成本高，已被淘汰。 上述方法生产的CO2都是气态，都需经吸附精馏法进一步提纯净化、精馏液化，才能进行液态储存和运输。吸附精馏技术是上述方法在接续过程中必须使用的通用技术。 美国电力研究院（EPRI）所作的研究指出，在发电厂中采用氨洗涤可使CO2减少10%，而较老式的MEA（胺洗涤）法可使CO2减少29%。 世界新的CO2回收和捕集技术正在加快发展之中。 1? 脱除CO2新溶剂 巴斯夫公司和日本JGC公司已开始联合开发一种新技术，可使天然气中含有的CO2脱除和贮存费用削减 20%。该项目得到日本经济、贸易和工业省的支持。 CO2可利用吸收剂如单乙醇胺（MEA）从燃烧过程产生的烟气中加以捕集，然而，再生吸收剂需额外耗能，对于MEA，从烟气中回收CO2需耗能约 900kcal/kgCO2，通常这是不经济的。日本三菱重工公司（MHI）与关西电力公司（KEPCO）合作，开发了新工艺，可给CO2回收途径带来新的变化。MHI发现的CO2新吸收剂是称为KS-1和KS-2的位阻胺类，其回收所需能量比MEA所需能量约少20%。因为KS-1和 KS-2对热更稳定、腐蚀性也比MEA小，因此操作时胺类的总损失约为常规吸收剂的1/20。对于能量费用不昂贵的地区，大规模装置使用新的工艺，CO2回收费用（包括压缩所需费用）约为20美元/tCO2，它比基于MEA的常规方法低约30%。MHI已在马来西亚一套尿素装置上验证了这一技术，可从烟气中回收 200tCO2/d。 巴斯夫公司实验室试验表明，采用新型溶剂从发电厂排放物中脱除CO2，具有耐用和耗能少的优点。这种溶剂由巴斯夫公司与欧盟“捕集CO2并贮存”开发项目组共同开发。2006年3月已在位于丹麦Esbjerg（埃斯比约）的世界最大的中型煤发电装置上试用。首次试验采用MEA作为参比溶剂。捕集CO2所用溶剂的重点在于减少脱除CO2所需的能量，如果需要能量太高，会减少电厂的电力产量。例如，燃煤电站使用常规的MEA溶剂捕集CO2，会使发电量减少30%～45%。新开发的溶剂可除去或收集燃烧过程中排放出来的CO2。从电厂排放气中除去CO2，先是用化学溶剂把CO2结合住，然后，溶剂在返回到工艺前释放出这种CO2。为防止CO2跑到大气中，需要将它冷凝和储存，例如，存放在岩石的含水层（砂石含水层）中、矿层中或原来的石油天然气矿层中。但常规的溶剂容易被电厂废气中夹带的氧气分解，这种工艺要达到吸收、释放和储存CO2，需要很大的能量输入。实验室试验表明，巴斯夫开发的胺基新溶剂比常规溶剂要稳定得多，并可使用较长时间，在吸收和释放CO2过程中，耗能也比较低，用新溶剂进行气体洗涤能大大降低除去CO2的费用。 巴斯夫公司、RWE电力公司和林德集团2007年9月底宣布，联手开发并将推广使用从燃煤电厂烟气中捕集CO2的新工艺。目标是先去除，然后在地下贮存超过 90%的CO2。这些公司的合作包括在RWE电力公司德国 Niederaussem的褐煤燃烧发电厂建设和运作中型装置，试验巴斯夫公司用于CO2洗涤的新溶剂。林德公司进行该中型装置的工程建设。目标是到2020年在褐煤燃烧发电厂上商业化应用CO2捕集。一旦中型试验完成，合作方将于2010年对此进行验证，为新工艺的商业化应用提供可靠的设计基准。RWE和巴斯夫公司是30家CO2从捕集到贮存（CASTOR）合作项目的成员，该项目得到了欧盟的资助。2005年，巴斯夫开发了新的
CO2的捕集与封存技术 摘要：温室气体过量排放严重威胁着人类的生存和发展，CO2的减排措施迫在眉睫。近年来兴起的碳捕集与碳封存(CCS)技术被看做是最具发展前景的解决方案之一。本文从燃烧前、富氧燃烧、燃烧后捕集技术和封存技术介绍全球二氧化碳捕集与封存技术发展现状及示范项目实施情况。针对传统二氧化碳捕集与封存技术的不足，介绍了目前最具发展潜能的新兴的二氧化碳捕集与封存技术。 关键词：温室气体；CO2；碳捕集与封存 二氧化碳是温室气体的主要成分，对温室效应的贡献占60%以上，而人类活动中CO2的产生主要来自于工业排放。据调查显示：近几年CO2平均每年放量在300亿吨以上，其中40%来自电厂，23%来自运输行业，22%来自水泥厂[1]。CO2由于其生命期可长达200年，对气候变化影响最大，因此被认为是全球气候变暖的首要肇事者，成为全球减缓温室气体排放的首要目标。近年来兴起的CO2捕集封存技术则日趋得到人们关注，成为各个国家竞相研究的热点以及国际社会应对气候变化的重要策略。碳捕获和存储技术是一种将工业和能源排放源产生的CO2进行收集、运输并安全存储到某处使其长期与大气隔离的过程，从而减少CO2的排放。科学家预测到2050年，CCS 技术可以减少全球20％的碳排放。 1CCS技术的发展现状 CCS技术是指将二氧化碳从相关排放燃烧源捕获并分离出来，输送到油气田、海洋等地点进行长期(几千年)封存，从而阻止或显著减少温室气体排放，以减轻对地球气候的影响。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋[2]。 目前按燃烧工艺划分二氧化碳捕集技术可以有燃烧前、富氧燃烧、燃烧后等三个主要发展方向。二氧化碳封存技术可分为陆上咸水层封存、海底咸水层封存、CO2 驱油、CO2驱煤层气、枯竭气田注入、天然气生产酸气回注等六个方向。现有二氧化碳捕集与封存技术各具特点同时也都有其发展的局限性，每个发展方向都有与之对应的大规模集成示范项目。目前全球很多地方都开展了二氧化碳捕集与封存的大规模集成