徐沛宇

齊魯石化100萬噸二氧化碳綜合利用回收裝置，二氧化碳原料氣通過銀色管道輸送。攝影/顧波

CCUS的含義是碳捕集、利用與封存（Carbon Capture， Utilization and Storage）。國(guó)際能源署（IEA）認(rèn)為，在實(shí)現(xiàn)碳中和的道路上，CCUS是唯一一個(gè)既有助于直接減少關(guān)鍵部門的排放，又有助于消除無法避免的二氧化碳排放的技術(shù)。

CCUS技術(shù)在全球尚未大規(guī)模商業(yè)化，中國(guó)在此領(lǐng)域與國(guó)際整體發(fā)展水平相當(dāng)。美國(guó)大量補(bǔ)貼CCUS項(xiàng)目，是商業(yè)化CCUS項(xiàng)目數(shù)量最多的國(guó)家。

在CCUS的利用環(huán)節(jié)，二氧化碳驅(qū)油是最為成熟的技術(shù)，也是目前最可行的商業(yè)化路徑。二氧化碳驅(qū)油是指在石油開采過程中，將二氧化碳注入油藏，降低原油的黏度，使其體積膨脹，以提高原油的采收率。世界上首個(gè)商業(yè)化CCUS項(xiàng)目于1972年誕生在美國(guó)得克薩斯州的油田。

中國(guó)的三大石油公司都在探索CCUS項(xiàng)目。中石油大慶油田的二氧化碳驅(qū)油技術(shù)已運(yùn)用多年；擅長(zhǎng)海上油氣開發(fā)的中海油嘗試在海上封存二氧化碳；有煉化優(yōu)勢(shì)的中石化率先實(shí)現(xiàn)了CCUS項(xiàng)目初步的商業(yè)化。

2022年8月25日，全國(guó)首個(gè)百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目——“齊魯石化—?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目”（下稱齊魯勝利項(xiàng)目）投產(chǎn)。中石化旗下齊魯石化第二化肥廠煤制氣裝置的二氧化碳尾氣，是該項(xiàng)目的原料氣。該項(xiàng)目采用中壓法低溫液化提純工藝，獲得濃度99%以上的液態(tài)二氧化碳。提純后的液態(tài)二氧化碳輸送到中石化勝利油田，全密閉流程注入井下進(jìn)行驅(qū)油。同時(shí)，二氧化碳通過置換油氣、溶解與礦化作用實(shí)現(xiàn)地下封存。該項(xiàng)目的投產(chǎn)標(biāo)志著中國(guó)CCUS產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)階段。

CCUS項(xiàng)目的成本一半以上來自二氧化碳捕集環(huán)節(jié)。捕集裝置的能耗越低，成本越低。同時(shí)，二氧化碳的運(yùn)輸距離越近，封存和利用的成本也就越低。齊魯勝利項(xiàng)目兼具這兩大優(yōu)勢(shì)，成為中國(guó)首個(gè)百萬噸級(jí)的CCUS項(xiàng)目。

齊魯石化—?jiǎng)倮吞锇偃f噸級(jí)碳捕集、利用與封存項(xiàng)目的一處注氣站。圖/新華

一般來說，一個(gè)完整的CCUS項(xiàng)目分為捕集、輸送、利用與封存四個(gè)環(huán)節(jié)。其中，捕集的成本占到總成本的比重為60%左右。不同濃度的二氧化碳，采用的碳捕集技術(shù)不同；不同的捕集裝置能耗差異較大，因此各CCUS項(xiàng)目的成本差異較大。捕集環(huán)節(jié)的成本是一個(gè)CCUS項(xiàng)目能否商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。

碳捕集環(huán)節(jié)的成本主要來自捕集裝置的能耗，碳捕集裝置的能耗越低，成本就越低。另一方面，二氧化碳濃度越高，同等技術(shù)條件下能耗相對(duì)更低。所以，煉油化工裝置排放的高濃度二氧化碳尾氣是碳捕集的優(yōu)質(zhì)對(duì)象。中石化齊魯石化第二化肥廠煤氣化裝置排放的二氧化碳尾氣量大且濃度高達(dá)90%，正符合這個(gè)條件。

齊魯石化的煤制氣裝置2008年投產(chǎn)以后，就開始探索利用其高濃度的二氧化碳尾氣?？蓸贰⑵【粕a(chǎn)都需要二氧化碳，于是，齊魯石化與附近的食品企業(yè)合作，每年供應(yīng)2萬-3萬噸二氧化碳，價(jià)格400元-800元/噸。

但食品企業(yè)消耗的二氧化碳對(duì)齊魯石化來說只是九牛一毛。從2012年起，齊魯石化就開始研究如何更大規(guī)模地利用二氧化碳。捕集二氧化碳首先要將原始尾氣引入特定的裝置，然后在里面進(jìn)行提純、去雜質(zhì)、液化等工作。技術(shù)難度都不大，關(guān)鍵是如何降低成本。

碳捕集裝置在國(guó)內(nèi)外都沒有成熟可用的設(shè)備，齊魯石化2012年開始研制工業(yè)級(jí)別的二氧化碳捕集設(shè)備。齊魯石化化工工藝專家耿濤是該研究團(tuán)隊(duì)的核心成員，他告訴《財(cái)經(jīng)》記者，齊魯石化的這套碳捕集裝置采用了較多的能量回收技術(shù)，比如回收利用碳捕集裝置自身產(chǎn)生的余熱，這大大降低了能耗。隨著項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)的不斷成熟，能耗還有進(jìn)一步降低的空間。比如提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，進(jìn)一步降低壓縮過程的能耗；優(yōu)化系統(tǒng)冷量平衡，實(shí)現(xiàn)冷量與裝置運(yùn)行負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性匹配等。

針對(duì)不同的利用和封存條件，碳捕集裝置處理的二氧化碳濃度和純度不同。以二氧化碳驅(qū)油為例，不同地區(qū)油藏不同，要求使用的二氧化碳濃度也會(huì)不同，這也是碳捕集裝置需要考慮的技術(shù)和成本問題。

據(jù)《中國(guó)二氧化碳捕集利用和封存（CCUS）年度報(bào)告（2023）》統(tǒng)計(jì)，中國(guó)石油化工領(lǐng)域的CCUS項(xiàng)目碳捕集成本相對(duì)較低，為105元-250元/噸。電力和水泥行業(yè)的碳捕集成本較高，分別為200元-600元/噸和305元-730元/噸，但這兩者都只有國(guó)外平均成本的約六成。

在碳利用與封存環(huán)節(jié)，目前可大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)的只有二氧化碳驅(qū)油這個(gè)路徑。大慶油田、勝利油田也都是這方面的先行者。勝利油田從1997年開始研發(fā)二氧化碳驅(qū)油技術(shù)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，技術(shù)成熟。齊魯石化的碳捕集成本降低以后，借著與勝利油田的距離較近的優(yōu)勢(shì)，自然走向了以二氧化碳驅(qū)油的道路。齊魯石化捕集二氧化碳后，通過管道輸送或者罐車運(yùn)輸?shù)絼倮吞锏淖庹荆罱木嚯x只有80公里。

距離評(píng)估是全球CCUS項(xiàng)目開發(fā)的重要因素。IEA的報(bào)告稱，全球70%的CCUS項(xiàng)目須在100公里內(nèi)運(yùn)輸，否則難以商業(yè)化。在美國(guó)，現(xiàn)有CCUS項(xiàng)目的二氧化碳平均運(yùn)輸距離為180公里。距離越短，成本越低，基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)的時(shí)間就越短。

管道運(yùn)輸比公路運(yùn)輸成本更低。二氧化碳的管道運(yùn)輸技術(shù)難度與氫相當(dāng)，不過氫的管道運(yùn)輸已有較多經(jīng)驗(yàn)，而二氧化碳在全球案例較少，中國(guó)的二氧化碳長(zhǎng)距離管道運(yùn)輸仍是空白。二氧化碳是一種酸性介質(zhì)，具有腐蝕性，同時(shí)在管道運(yùn)輸時(shí)必須控制不發(fā)生相變。這就需要有一個(gè)增壓機(jī)，將管道里的二氧化碳加壓，使其以超臨界狀態(tài)運(yùn)送。

此前，齊魯石化捕集的二氧化碳主要采用陸上車輛運(yùn)輸方式，送至勝利油田進(jìn)行驅(qū)油封存。2023年7月11日，齊魯石化至勝利油田的百公里二氧化碳輸送管道正式投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首次二氧化碳長(zhǎng)距離超臨界壓力管輸，做到制、輸、用全過程全密閉。據(jù)業(yè)內(nèi)估計(jì)，管道運(yùn)輸二氧化碳的成本只有公路運(yùn)輸?shù)囊话胱笥摇?/p>

在輸入和封存階段，二氧化碳驅(qū)油的CCUS項(xiàng)目要提高封存率和采收率，就必須全過程密閉。在注入端，要解決液態(tài)二氧化碳易氣化外排，以及多井同時(shí)注入計(jì)量分配難度大的難題。在采出端，勝利油田實(shí)施了采出氣液全程密閉集輸與處理工藝，采出氣分水后輸送至回注站，直接增壓回注至地層進(jìn)行二次驅(qū)油與封存，確?！坝筒宦涞?、水不外排、氣不上天”。

勝利油田自主研發(fā)的“二氧化碳高壓混相驅(qū)”核心技術(shù)，已在20個(gè)區(qū)塊累計(jì)注入二氧化碳64萬噸，封存50多萬噸，增油10多萬噸。整個(gè)齊魯勝利CCUS項(xiàng)目計(jì)劃將覆蓋特低滲透油藏儲(chǔ)量2500多萬噸，共部署73口注入井，預(yù)計(jì)15年累計(jì)注入1000余萬噸二氧化碳。

到2021年底，中石化累計(jì)捕集二氧化碳量為152萬噸左右。而齊魯勝利項(xiàng)目一年就可以最多捕集二氧化碳100萬噸。

齊魯勝利CCUS項(xiàng)目是中石化集團(tuán)CCUS領(lǐng)域承上啟下的項(xiàng)目。早在2012年，國(guó)內(nèi)燃煤電廠首個(gè)CCUS項(xiàng)目就在勝利油田啟動(dòng)，形成了燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集、驅(qū)油及封存一體化工程綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)。

未來，齊魯勝利項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)將在中石化系統(tǒng)內(nèi)外推廣。截至目前，中石化集團(tuán)實(shí)施二氧化碳驅(qū)油的項(xiàng)目已有36個(gè)?！笆奈濉逼陂g，中石化將依托勝利發(fā)電廠、南化公司等企業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳，力爭(zhēng)在所屬勝利油田、華東氣田、江蘇油田等再建設(shè)兩個(gè)百萬噸級(jí)CCUS示范基地，實(shí)現(xiàn)CCUS產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

除了二氧化碳驅(qū)油技術(shù)，中石化還將部署CCUS+風(fēng)光電、CCUS+氫能、CCUS+生物質(zhì)能等前沿和儲(chǔ)備性技術(shù)攻關(guān)，加大二氧化碳制備高價(jià)值化學(xué)品、二氧化碳礦化利用等技術(shù)應(yīng)用力度。

其他企業(yè)也在探索CCUS項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的潛力。2022年6月，廣東省發(fā)改委、中國(guó)海油、殼牌集團(tuán)和埃克森美孚共同簽署了大亞灣區(qū)工業(yè)園二氧化碳捕集、利用及封存集群研究項(xiàng)目諒解備忘錄，這是全國(guó)首個(gè)海上規(guī)?；?00萬-1000萬噸）CCS/CCUS集群研究項(xiàng)目。

據(jù)《中國(guó)二氧化碳捕集利用和封存（CCUS）年度報(bào)告（2023年）》統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，中國(guó)已投運(yùn)和規(guī)劃建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目已接近100個(gè)，其中已投運(yùn)項(xiàng)目超過半數(shù)，具備二氧化碳捕集能力約400萬噸/年，注入能力約200萬噸/年，分別較2021年提升33%和65%。

IEA發(fā)布的報(bào)告稱，全球絕大多數(shù)的CCUS項(xiàng)目都依賴于向石油公司出售二氧化碳來獲得經(jīng)濟(jì)效益，但二氧化碳還有許多其他潛在用途，包括作為生產(chǎn)合成燃料、化學(xué)品和建筑材料的原料。

報(bào)告還指出，在天然氣加工或化肥生產(chǎn)等領(lǐng)域，可以相對(duì)較低的成本捕獲二氧化碳。但在包括水泥和鋼鐵在內(nèi)的其他領(lǐng)域，CCUS仍處于早期發(fā)展階段。CCUS將為燃煤發(fā)電廠，以及鋼鐵、水泥等工業(yè)企業(yè)減碳做出巨大貢獻(xiàn)。若沒有CCUS，2050年全球燃煤電廠和工業(yè)企業(yè)仍將排放80億噸二氧化碳。