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  发布时间:2013/7/31 11:02:11  所属期数:2013.3    被阅览数:2037次  
 

 
 
文、图/刘鸿志1 於俊杰1 曹东2 刘兰翠2 周颖2,姚瑶3,沈金梅4

  二氧化碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,以下简称CCS)技术是指对大型排放源产生的二氧化碳进行捕集,并用各种方法封存以避免其排放到大气中的一种新兴温室气体减排技术,被认为是保障化石能源使用安全、应对全球气候变化和控制温室气体排放的重要途径之一,有可能填补能效和可再生能源技术的二氧化碳减排潜力空窗。根据国际能源署(IEA)研究,如果实现450ppm情景,随着提高能效的“天花板”效应逐渐显现,提高能效带来的减排贡献逐步降低,将由2020年占当年能源相关减排量的71%下降到2035年的48%;与此同时,CCS的减排贡献逐步增加,将由2020年的2%上升至2030年的17%,并在2035年达到19%。我国更强调捕集后二氧化碳的资源化利用,一般将其称为二氧化碳捕集利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,以下简称CCUS)。

一、我国二氧化碳捕集利用与封存技术发展现状

  近年来发达国家高度重视CCUS发展,技术相对成熟,现已进入推广阶段,2011年全球共有75个已建成或正在规划建设的工业规模CCUS项目,二氧化碳年封存量在1.5亿吨左右,其中二氧化碳强化采油(CO2-EOR)类大约占一半,是当前和未来一段时期CCUS的主要方向。从不同国别、项目个数和封存量看,美国位居世界第一,欧洲居第二。

  我国也十分重视CCUS技术的发展,国家出台了多个文件,提出“十二五”期间将对CCUS进行重点支持、集中攻关和示范。得益于政府的大力支持,我国企业参与CCUS研发和示范的积极性也普遍较高。截至2011年,我国已经建成13个CCUS试验示范项目,2个二期扩建大项目和6个规划项目;2012年全球9个新建的大规模完整CCUS项目中,有5个来源于我国。我国已经成为继美国、欧洲之后的第三大CCUS国家,国内一些示范项目规模达到甚至超过世界水平。

  尽管CCUS技术已经在国内外开始大量实践,但仍处于研发和示范阶段,面临着高成本、高能耗、长期安全性和可靠性不确定三大突出问题,其中封存环节的环境安全性包括两个方面:一是封存的二氧化碳能否长期封存在地质结构中,不会发生泄漏;二是二氧化碳地质封存泄漏是否对周围环境、地质结构、甚至人体健康产生不可接受的影响。美国、欧洲、澳大利亚等国家已经制定了相对完整的环境管理法律法规,强调二氧化碳地质封存的环境安全性管理,使CCS技术发展与项目运行有章可循,在一定程度上提高了地下封存二氧化碳的环境安全性,为未来大规模推广CCS技术扫清了障碍。然而,我国在这方面仍处于空白,国内已开展的试验示范项目在审批与运行中遇到了管理“归位”的难题,尤其是与长期安全性与可靠性相关的封存选址指标标准,环境、安全与健康影响评价,环境监测等的管理。适用于CCUS技术的环境管理制度缺位在一定程度已经严重影响了该技术的可靠性与安全性,因此,系统开展CCUS环境监管研究与管理工作已是现实所需和所迫。

  为详细了解我国CCUS试验示范项目的实际情况,我们针对国内典型的CCUS试验示范项目进行了实地调研,与相关试点企业、地方政府和环保部门进行了广泛的座谈与交流。

二、部分二氧化碳捕集利用与封存示范项目的调研及分析

  本文调研的对象包括2个捕集示范项目、1个CO2-EOR项目,1个化工利用项目,并分别与有关地方政府、环保主管部门及相关企业代表就CCUS技术现状与项目推广的前景、存在的问题等进行了全面深入分析。

  (一)华能集团CO2捕集实验示范工程

  目前,华能集团已建成3个二氧化碳捕集试验示范工程,调研重点调研了其中的2个示范项目,分别是华能北京热电厂试验示范工程和天津煤气化发电有限公司整体煤气化联合循环(IGCC)电站示范工程。其中,华能集团热电厂是我国首个燃煤电厂年捕集CO2 3000吨实验示范工程项目,属于燃烧后捕集示范项目,设计二氧化碳回收率大于85%,整套装置已于2008年顺利投产;华能天津煤气化发电有限公司的25万千瓦的 IGCC示范工程,属于燃烧前捕集示范项目,目前整套机组顺利通过96小时试运行测试。


图1 华能北京热电厂捕集装置

  (二)江苏省泰州市姜堰化肥厂合成氨系统CO2捕集利用项目

  该项目属于CO2捕集化工利用的典型,2007年投产的年产3万吨工业级CO2装置,目前已产生较好的经济效益,在此基础上,项目启动了二期项目,将回收的CO2用来生产碳酸二甲酯,年产量为6万吨。


图2 江苏省泰州市姜堰化肥厂合成氨系统

  (三)山东省东营胜利油田CO2-EOR项目调研

  CO2-EOR是当前CCUS技术领域“利用”环节技术最为成熟、利用前景和利用潜力最大的一个方向。胜利油田利用胜利电厂捕集的二氧化碳提高石油采收率,增油和二氧化碳封存效果明显,通过该项目的运行,胜利油田在溶剂、捕集工艺、驱油评价标准等方面形成了一系列的成果, CO2提高石油采收率、增油和CO2封存效果明显,目前依托该项目,胜利油田正在开展二期百万吨级的试验示范项目工作。


图3 山东东营胜利电厂捕集系统

三、当前我国二氧化碳捕集利用与封存示范项目运行中存在的关键问题

  通过上述调研活动,我们深入系统了解了国内部分CCUS试验示范项目的现状、存在的关键问题,尤其是面临的产业“归位”与管理问题,主要表现在以下四个方面:

  第一,我国CCUS技术发展迅速,关键技术已达到或超过世界先进水平。北京热电厂的3000吨CO2捕集试验示范项目拥有自主知识产权;天津IGCC试验示范项目的大部分主要设备均是自主开发、设计、制造、建设和运营的。胜利电厂发明了回收低分压CO2的复合胺溶剂,具有吸附能力强、腐蚀速率和氧化降解速率低的特点,达到国际先进水平,已具备了一定的国际竞争能力。这些关键技术的突破在一定程度上可以推进我国CCUS技术的发展。

  第二,CCUS技术在一定程度上带来了传统工业的美丽转型。在传统的水驱提高石油采收率效果不佳的背景下,胜利油田采用CO2驱后增油效果明显,产量上升2倍。实践表明,CO2的捕集利用在一定程度上延续了传统工业的生命,使其具有新的增长点的同时,也实现了CO2减排,甚至近零排放,对我国减缓碳排放实现低碳发展做出了实质的贡献,有望成为应对气候变化新形式下的低碳标杆企业。

  第三,CCUS技术前期投资较大,仅靠企业自身难以商业推广。无论是华能捕集示范项目,还是姜堰化工利用、胜利油田EOR项目,其前期投资都在数十亿元以上。而且,在没有国家资助、补贴和相关政策优惠,以及减排政策不明晰的情况下,项目投运后很难获得经济效益(除姜堰化肥厂以外)。

  第四,CCUS项目性质定位缺乏明确的规定。二氧化碳排放在应对气候变化背景下,属于需要减排的气体;但同时,CO2也是食品制造业、化工生产的原料,属于生产性资源;然而,CO2气体本身没有毒性,但是超过正常浓度范围也将对人体健康、生态环境造成不可接受的影响,甚至是窒息或者死亡,则CO2气体属于危险气体还是其他?所有这些,我国目前没有明确的规定,但是CO2的这些外在属性,直接决定着CCUS试验示范项目的管理“归位”和产业定位。

  第五,CO2缺乏定价机制。目前我国没有针对CO2排放建立碳税或碳排放交易机制,缺乏明确的碳价,也没有自愿碳减排的奖励办法,所以捕集回收的CO2处理成为企业面临的一个问题,一方面是如何处理,另一方面是如何回收捕集设备的高成本。

  第六,试验示范项目的长期环境监管问题。根据调研情况,当前这些试验示范项目都存在一定的环境影响和环境风险,然而一些项目缺乏环境影响评价和环境监测方案,只强调技术研发。环境管理尚未引起企业足够重视,主要原因是我国现在还没有适用于CCUS的环境影响评价导则、环境监测技术规范和环境事故应急预案。针对这些试验示范项目,如果缺乏环境管理,一方面,难以保证CO2捕集与利用不会对生态环境产生不利影响;另一方面,难以保证捕获的CO2是否全部被应用于利用环节,没有发生泄漏?以及如何采取措施防止CO2释放到大气中,这些都是我们需要回答的问题。

作者单位:1.环境保护部科技标准司2.环境保护部环境规划院3.环境保护部宣传教育中心4.《低碳世界》杂志社

 
 

 
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