國家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司 李 奎 王建設(shè)

為應(yīng)對(duì)氣候變化，推動(dòng)以二氧化碳為主的溫室氣體減排，國家提出了“3060”目標(biāo)，即二氧化碳排放力爭(zhēng)2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。而CCUS 技術(shù)是我國實(shí)現(xiàn)長期絕對(duì)減排、能源系統(tǒng)深度低碳轉(zhuǎn)型以及“3060”目標(biāo)的重要技術(shù)選擇。

1 碳捕集、利用及封存技術(shù)

1.1 碳捕集技術(shù)

碳捕集技術(shù)主要分為燃燒前、富氧燃燒和燃燒后三種捕集方式。目前，燃煤電廠示范項(xiàng)目大多采用燃燒后捕集技術(shù)，但由于燃煤電廠排放的煙氣具有壓力低、體積大、CO2濃度低等特點(diǎn)，以致捕集系統(tǒng)復(fù)雜，需要消耗大量能源。

在當(dāng)前的技術(shù)水平下，碳捕集成本約為300～ 450元/噸CO2，發(fā)電效率降低 8～13個(gè)百分點(diǎn)。

1.2 運(yùn)輸、利用和封存技術(shù)

1.2.1 運(yùn)輸技術(shù)

CO2輸送是指將捕集的CO2運(yùn)送到利用或封存地的過程，包括管道、船舶、鐵路和公路等方式。

當(dāng)前國內(nèi)CO2陸路車載運(yùn)輸和內(nèi)陸船舶運(yùn)輸主要應(yīng)用于規(guī)模10萬噸/年以下的輸送，成本分別約為1.0-1.3元/噸·公里和0.2-0.5元/噸·公里。CO2陸地管道輸送50萬噸/年的氣相CO2輸送管道，成本約為1.2元/噸·公里。

1.2.2 利用技術(shù)

CO2利用技術(shù)主要有地質(zhì)利用、化工利用和生物利用。

目前，地質(zhì)利用是CO2運(yùn)用最主要的方式，主要用于強(qiáng)化石油、煤層氣、天然氣開采等。而我國大多數(shù)省份在這些方面的資源比較匱乏，不具備處理CO2條件。

對(duì)于CO2化工利用技術(shù)我國整體處于中試階段，例如合成甲醇技術(shù)、合成聚合物多元醇技術(shù)、礦化利用技術(shù)等。因此，CO2化工利用技術(shù)并不成熟，幾乎沒有市場(chǎng)。

CO2生物利用主要產(chǎn)品有食品和飼料、生物肥料、化學(xué)品與生物燃料等。目前，利用比較多的是食品，但市場(chǎng)占比少，需求有限，不具備大量消耗的能力。

1.2.3 封存技術(shù)

CO2封存的方法一般可分為地質(zhì)封存和海洋封存兩類。

CO2地質(zhì)封存是指通過工程技術(shù)手段將捕集的CO2儲(chǔ)存于地質(zhì)構(gòu)造中，實(shí)現(xiàn)與大氣長期隔絕的過程。按照封存地質(zhì)體的特點(diǎn)，主要?jiǎng)澐譃殛懮舷趟畬臃獯妗⒖萁哂蜌馓锓獯娴确绞?。陸上咸水層封存技術(shù)完成了年10萬噸級(jí)規(guī)模的示范；枯竭油氣田封存技術(shù)完成了中試方案設(shè)計(jì)與論證。

海洋封存是指將CO2通過輪船或管道運(yùn)輸?shù)缴詈：５走M(jìn)行封存。目前，海底咸水層封存技術(shù)完成了中試方案設(shè)計(jì)與論證，封存成本也很高[1]。

2 CCUS 工程應(yīng)用

2.1 工程應(yīng)用一

2.1.1 項(xiàng)目概況

某電廠碳捕集項(xiàng)目總投資約3000萬元，與二期工程2×1000MW超超臨界二次中間再熱燃煤機(jī)組同步建設(shè)，年捕集二氧化碳1萬噸，于2017年開工，2019年投產(chǎn)運(yùn)行，項(xiàng)目采用燃燒后碳捕集技術(shù)。

2.1.2 項(xiàng)目工藝流程

項(xiàng)目CO2分離技術(shù)采用化學(xué)吸收法（復(fù)合胺吸收劑）。整個(gè)工藝可分為吸收部分和精制部分。

工藝流程：風(fēng)機(jī)抽出部分煙氣，先通過水塔進(jìn)行水洗，除去煙塵、硫化物、NOx 等雜質(zhì)，之后進(jìn)入吸收塔進(jìn)行CO2低溫（40℃以下）吸收，接著富碳溶液進(jìn)入再生塔經(jīng)蒸汽加熱至102-115℃解析出CO2，最后經(jīng)壓縮、干燥、冷卻制成純度為99.9%以上的液態(tài)CO2，通過制干冰裝置，將液態(tài)CO2轉(zhuǎn)換為干冰（轉(zhuǎn)化率2.5:1），作為副產(chǎn)品外銷。

2.1.3 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)了解，該電廠CCUS 項(xiàng)目年運(yùn)行成本約為350萬元，主要包括電耗、汽耗、復(fù)合型胺溶液消耗、水耗等；目前，以銷售干冰為主，干冰市場(chǎng)價(jià)約1250元/噸，產(chǎn)生收益400萬元/年。項(xiàng)目綜合收益50萬元/年，經(jīng)濟(jì)性很低，幾乎不可能收回投資。

圖1 該電廠碳捕集裝置吸收部分工藝流程圖

2.2 工程應(yīng)用二

2.2.1 項(xiàng)目概況

某電廠15萬噸/年碳捕集示范項(xiàng)目，投資1.5億元，于2019年開工，2021年完成設(shè)備安裝、調(diào)試和168小時(shí)試運(yùn)行，目前是國內(nèi)領(lǐng)先的燃煤電廠燃燒后CO2捕集與驅(qū)油封存全流程示范項(xiàng)目。

2.2.2 項(xiàng)目工藝流程

項(xiàng)目采用燃燒后碳捕集技術(shù)，CO2分離技術(shù)同樣采用化學(xué)吸收法（復(fù)合胺吸收劑）。工藝流程：風(fēng)機(jī)抽出部分煙氣，先通過水塔進(jìn)行水洗，除去煙塵、硫化物、NOx 等雜質(zhì)，之后進(jìn)入吸收塔進(jìn)行CO2低溫吸收，接著富碳溶液進(jìn)入再生塔經(jīng)蒸汽加熱解析出CO2，最后經(jīng)壓縮、干燥、冷卻制成純度為99.9%以上的液態(tài)CO2。

2.2.3 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)了解，該電廠CCUS 項(xiàng)目運(yùn)行成本約360元/噸CO2，主要包括電耗、汽耗、復(fù)合型胺溶液消耗、水耗等；目前市場(chǎng)工業(yè)級(jí)CO2售價(jià)約350元/噸，項(xiàng)目運(yùn)行即虧損。

當(dāng)前，該電廠最大的重點(diǎn)、難點(diǎn)是CO2的利用問題。項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)劃CO2主要通過汽車運(yùn)輸?shù)接吞?，進(jìn)行驅(qū)油。但經(jīng)了解，CCUS 系統(tǒng)通過168小時(shí)試運(yùn)后，基本處于停運(yùn)狀態(tài)。

3 CCUS 工程經(jīng)濟(jì)性分析

碳捕集項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)收益主要是銷售CO2或者轉(zhuǎn)化品，目前市場(chǎng)工業(yè)級(jí)CO2售價(jià)最高約350元/噸。

而CCUS 示范工程投資額很大，一般都在數(shù)億元人民幣以上，而且在現(xiàn)有技術(shù)條件下，引入碳捕集將額外增加約300～450元/噸CO2的運(yùn)行成本；另外還有運(yùn)輸成本。

因此，碳捕集項(xiàng)目與其他CO2生產(chǎn)行業(yè)進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，沒有任何優(yōu)勢(shì)，甚至出現(xiàn)運(yùn)行即虧損的現(xiàn)象，收回項(xiàng)目投資幾乎不可能。同時(shí)，目前國家也還未出臺(tái)CCUS 項(xiàng)目參與碳交易的相關(guān)政策。

4 結(jié)語

鑒于CCUS 發(fā)展現(xiàn)狀和示范項(xiàng)目建設(shè)情況，未來一段時(shí)期內(nèi)仍處于試驗(yàn)示范期，以提升技術(shù)水平和積累經(jīng)驗(yàn)為主，不具備推廣條件。

技術(shù)水平還需進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)前，CCUS 技術(shù)仍處于研發(fā)和試驗(yàn)示范期，技術(shù)水平并不成熟。有的電廠碳捕集系統(tǒng)經(jīng)常因生成的CO2夾帶逃逸的氨氣，導(dǎo)致設(shè)備管道堵塞和油系統(tǒng)污染。此外，在現(xiàn)有技術(shù)水平下，部署CCUS 將使一次能耗增加10%～20%，發(fā)電效率降低8～13個(gè)百分點(diǎn)，增加能源消耗總量。

CO2利用市場(chǎng)還需健全。CO2運(yùn)用最主要的方式是用于強(qiáng)化石油、煤層氣、天然氣開采等。而我國大多數(shù)省在這些方面的資源都比較匱乏，不具備處理CO2條件。CO2利用問題無法形成產(chǎn)業(yè)鏈，最后項(xiàng)目可能面臨為了建而建，而沒有達(dá)到減排的根本目的。

經(jīng)濟(jì)性限制還將延續(xù)一段時(shí)間。CCUS 工程投資很大，在碳排放成本沒有大幅降低的情況下，減排收益很少，收回投資幾乎不可能。

未來發(fā)展意義重大且深遠(yuǎn)。隨著國家對(duì)碳排放控制要求的不斷提升，為實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的綠色低碳轉(zhuǎn)型，CCUS 將成為煤炭合理化和清潔化利用的一個(gè)重要手段。未來如進(jìn)一步促進(jìn)技術(shù)應(yīng)用成本的不斷下降，能逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，將帶動(dòng)相關(guān)低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大。