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）。國際能源署（IEA）認為，在實現(xiàn)碳中和的道路上，CCUS是唯一一個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，中國在此領(lǐng)域與國際整體發(fā)展水平相當。美國大量補貼CCUS項目，是商業(yè)化CCUS項目數(shù)量最多的國家。

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。世界上首個商業(yè)化CCUS項目于1972年誕生在美國得克薩斯州的油田。

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

2022年8月25日，全國首個百萬噸級CCUS項目——“齊魯石化—勝利油田CCUS項目”（下稱齊魯勝利項目）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，是該項目的原料氣。該項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行驅(qū)油。同時，二氧化碳通過置換油氣、溶解與礦化作用實現(xiàn)地下封存。該項目的投產(chǎn)標志著中國CCUS產(chǎn)業(yè)開始進入商業(yè)化運營階段。

CCUS項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，二氧化碳的運輸距離越近，封存和利用的成本也就越低。齊魯勝利項目兼具這兩大優(yōu)勢，成為中國首個百萬噸級的CCUS項目。

齊魯石化—勝利油田百萬噸級碳捕集、利用與封存項目的一處注氣站。圖/新華

一般來說，一個完整的CCUS項目分為捕集、輸送、利用與封存四個環(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項目的成本差異較大。捕集環(huán)節(jié)的成本是一個CCUS項目能否商業(yè)化運營的關(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90%，正符合這個條件。

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?、啤酒生產(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，價格400元-800元/噸。

但食品企業(yè)消耗的二氧化碳對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隊的核心成員，他告訴《財經(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。隨著項目運營的不斷成熟，能耗還有進一步降低的空間。比如提高壓縮機的運行效率，進一步降低壓縮過程的能耗；優(yōu)化系統(tǒng)冷量平衡，實現(xiàn)冷量與裝置運行負荷的經(jīng)濟性匹配等。

針對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)《中國二氧化碳捕集利用和封存（CCUS）年度報告（2023）》統(tǒng)計，中國石油化工領(lǐng)域的CCUS項目碳捕集成本相對較低，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，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輸?shù)絼倮吞锏淖庹?，最近的距離只有80公里。

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

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

此前，齊魯石化捕集的二氧化碳主要采用陸上車輛運輸方式，送至勝利油田進行驅(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，實現(xiàn)了國內(nèi)首次二氧化碳長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，管道運輸二氧化碳的成本只有公路運輸?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，以及多井同時注入計量分配難度大的難題。在采出端，勝利油田實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個區(qū)塊累計注入二氧化碳64萬噸，封存50多萬噸，增油10多萬噸。整個齊魯勝利CCUS項目計劃將覆蓋特低滲透油藏儲量2500多萬噸，共部署73口注入井，預(yù)計15年累計注入1000余萬噸二氧化碳。

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

齊魯勝利CCUS項目是中石化集團CCUS領(lǐng)域承上啟下的項目。早在2012年，國內(nèi)燃煤電廠首個CCUS項目就在勝利油田啟動，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)濟評價技術(shù)。

未來，齊魯勝利項目的經(jīng)驗將在中石化系統(tǒng)內(nèi)外推廣。截至目前，中石化集團實施二氧化碳驅(qū)油的項目已有36個?！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，力爭在所屬勝利油田、華東氣田、江蘇油田等再建設(shè)兩個百萬噸級CCUS示范基地，實現(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)能等前沿和儲備性技術(shù)攻關(guān)，加大二氧化碳制備高價值化學(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、中國海油、殼牌集團和?？松梨诠餐炇鹆舜髞啚硡^(qū)工業(yè)園二氧化碳捕集、利用及封存集群研究項目諒解備忘錄，這是全國首個海上規(guī)?；?00萬-1000萬噸）CCS/CCUS集群研究項目。

據(jù)《中國二氧化碳捕集利用和封存（CCUS）年度報告（2023年）》統(tǒng)計，截至2022年底，中國已投運和規(guī)劃建設(shè)中的CCUS示范項目已接近100個，其中已投運項目超過半數(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)布的報告稱，全球絕大多數(shù)的CCUS項目都依賴于向石油公司出售二氧化碳來獲得經(jīng)濟效益，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。

報告還指出，在天然氣加工或化肥生產(chǎn)等領(lǐng)域，可以相對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。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。