二氧化碳捕集与利用技术研究及工程示范
二氧化碳捕集与利用技术研究及工程示范 许世森 煤基清洁能源国家实验室中国华能集团有限公司 2021.12.15 CONTENTS 背景 01 Background 工程示范 02 EngineeringDemonstration 基础研究 03 BasicResearch 国际合作 04 InternationalCooperation 在实施项目 05 OnTheWay 01背景Background 会 IEA碳减排路径预测 口需要采用政策和技术复合、协同控制等手段以达成减排的目标 口技术手段包括提高效率、提高可再生能源占比、燃料种类切换，CCUS等 Energy-relatedcO,emissionsandreductionsintheSustainableDevelopmentScenariobysource GtCO,40 30 CurrentTrends StatedPoliciesScenario Efficiency提高效率 Renewables可再生能源 20 Fuelswitch,CCUS andotherCCUS 10燃料潜换 SustainableDevelopmentScenario 20102020203020402050数据来源：IEAWorldEnergyOutlook2019 CCUS技术定位碳减排视角 重新定位 碳中和视角 作为一项有望实现化石能源大规模低碳利用的新兴技术，CCUS是我国未来实现碳中和、保障能源安全和促进可持续发展的重要手段。 能源结构需要实现化石能源利用零排放。 CCUS技术是煤炭等化石能源大规模低碳化利用的唯一途径。 电力系统 需要同时满足灵活性、零排放双重任务与功能。 配备了CCUS的火电是未来保障电网灵活性的重要手段 难减行业需要电力系统等发展负排放技术。 CCUS技术是我国2060年实现碳中和的托底技术选择。 CCUS减排贡献 预计到2050年，CCUS技术可提供减排贡献为11亿~27亿吨二氧化碳。 围 电力系统 ，2050年，预计我国电力需求12万亿~15万亿度，即使火电占比大幅缩 减至10%左右，仍有4.3亿~16.4亿吨CO2需通过CCUS技术减排才能 实现电力系统的净零排放 钢铁及水泥等难以减排行业 ·2050年，预计我国钢铁产量为4.75亿吨，即使考虑了其他各项减 11~27 排措施后，要实现净零排放，还有0.5亿~2.1亿吨CO2需要通过亿吨CO2 CCUS进行减排。 ，2050年，预计我国水泥产量8亿吨，在采用了其他减排技术后，仍 有约2.6亿吨CO2的减排需依靠CCUS技术。 负碳排放技术 ·2050年，我国生物质资源潜力可达6亿吨标煤，对应CO2负排放潜力可达 3.6亿~5.9亿吨 数据来源：中国能源电力发展展望(2019年)、《中国2050：一个全面实现现代化国家的季碳图景》、《2019年可再生能源数据手册》 中国CCUS技术路线图 2025年：建成多个基于现有CCUS技术的工业示范项目并具备工程化能力；2030年：现有技术开始进入商业应用并具备产业化能力； 2035年：新型技术实现大规模商业化运行； 2040年：CCUS系统集成与风险管控技术得到突破，CCUS集群建成，CCUS的综合成本大幅降低2050年：CCUS技术实现广泛部署，多个CCUS产业集群建成 50-101430 0-480 2025203020352040205 注： 捕集技术及部分利用、封存技术 CCUS技术创新联盟 REA国家CCUS产业技术创新联盟的发起单位和理 事长单位（国家科技部） CCUS产业技术创新战略联盟成立于2013年， 联盟旨在整合及协调各方科研力量和产业资源 中国华能 中国石油 大力推动我国CCUS领域的技术创新和工程示范 CHINAHUANENG中国华能作为联盟首位理事长单位，并在今年 SINOPEC中国国电组织召开了第六届碳捕集、利用与封存国际论 CHINAGUODIAN 坛和多次青年学者沙龙。 中 -CCUS·2021 致辞 CCUS? 2021年4月，舒印彪董事长在“第六届碳捕集、利用与封存国际论坛”上致辞 02工程示范EngineeringDemonstration 全球CCUS产业发展现状 口全球约51个大型一体化CCS项目 V商运阶价段：18个，CO捕集规模4500万吨（0.1%全球排放量）V建设阶段：5个，CO-捕集潜力1030-1140万吨 全球CCUS产业发展现状 口CCUS涵盖各领域，电力行业占据主流，集中在燃煤电厂。 口燃气烟气CO?捕集成为CCUS技术重要的增长点和新的应用场景全球燃气发电装机比重逐年增高V国内煤改气供热趋势，各类新区“近零排放”/“碳中和”设想需CCUS支撑 世界记录保持5年世界记录保持2年半目前的世界记录 2009年，中国华能上海石洞口2014年，加拿大BoundaryDam2017年1月，美国PetraNova 燃煤电厂10万吨/年CO，捕集工程燃煤电厂100万吨/年CQ.捕集工程燃煤电厂140万吨/年CO捕集工程 全球CCUS产业发展现状 口各国出台CCUS鼓励政策，美国45Q法案，欧盟能源计划 V45Q法案，应用CCUS的企业可享受减税35-50美元/tCO 《十四五”规划和2035年远景自标纲要》 口已验证的封存项目 VSleipner（挪威）：20年安全封存1650万吨cO2 √Snohvit（挪威）：10年安全封存400万吨cO2 /Quest（加掌大）：6年安全封存600万吨cO2VBoundaryDam（加拿大）：4年安全封存200万吨cO2 口海外CCUS项目 /美国Starwood、Kiewit等新的百万吨cO捕集项自计划 ?澳大利亚苏拉特盆地十方吨/百方吨CO?捕集与封存旗项自（采用华能碳捕集技术） 全球CCUS工程示范现状 口加拿大边界大坝（BoundaryDam）项目-全球首个燃煤电厂百万吨级燃烧后二氧化碳捕集与封存项目 Unit3 CCsFacility FullchainCO,captureprocessatBD3. √2011年4月，正式开工建设，VSO,-CO,联合捕集工艺，由壳牌CANSOLV公司提供 √2014年6月，3号机组改造完成，开始发电；√自2014年底运行以来，已累计捕集CO2415万吨 √2014年10月，正式建成，开始捕集CO2V√CO2纯度99%，CO2利用：强化采油EOR和地质封存 √总体投资约14.67亿加元，联邦政府拨款2.4亿加元。 全球CCUS工程示范现状 口美国佩特拉诺瓦（PetraNova）项目-全球最大的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集与封存商业项目 √2014年9月，正式开工建设： √2016年12月29日，佩特拉诺瓦CCS装置正式 启动商业运行，开始捕集CO2V总体投资约10.4亿美元，美国能源部提供经 费1.9亿美元 √2017年10月，项目在启动运行10个月后，实现了累计捕集CO2100万吨 VCO，利用：通过管道输送至西部牧场油田， 通过EOR工艺增加油田产量。 V单位捕集热耗约为2.4GJ/tCO2：CO2捕集综受疫情和油价的影响，该项目于2020年5月起停运至今合成本为$55-60/tCO2。 全球CCUS工程示范现状 口美国阿瑟港（PortArthur）项目-全球首个百万吨级吸附法二氧化碳捕集与封存商业项目 采用真空变压吸附（VSA）工 艺，对制氢装置合成气中的 CO,进行捕集。 √2011年8月，正式开工建设/设计CO捕集量为113.9t/h，总预算为4.31亿 √2013年5月，完成满负荷性能测试美元，其中DOE资助经费2.84亿美元 V2017年8月，CO捕集量超过370万吨；VEOR利用，单位捕集热耗约为2.5GJ/tCO2。 全球CCUS工程示范现状 口美国伊利诺斯乙醇厂项目-全球首个百万吨BECCS二氧化碳捕集与封存商业项目 Aimeostnales2300 narySouee hetco,to √2011年11月，启动30万吨每年示范项目；√项目CAPEX总资本支出约2.08亿美元，美国 √2017年3月，启动百万吨商业运行；能源部提供经费1.41亿美元； √至2020年12月，CO2封存量超过300万吨：V1.6公里管道运输二氧化碳到附近地质封存。 全球CCUS工程示范现状 口挪威富腾垃圾发电厂项目-全球首个垃圾发电BECCS二氧化碳捕集与封存商业项目 √设计年捕集40万吨CO2，95%捕集率；V现在正在申请展望2020（Horizon2020）经费 √2016年7月，完成可研；√预计碳捕集CAPEX资本支出约3.59亿美元，OPEX √2020年5月，完成前端工程设计；运营支出2于5百万美元每年： V船运至NorthernLights项自进行离岸地质封存 全球CCUS工程示范现状 口冰岛Climeworks空气碳捕集和封存项目-全球首个运行的DAccS项目 √年捕集4,000吨CO2;/附近Hellisheii地热电厂提供可再生能 √2020年8月，正式开工建设/捕集的cO通过管道运输到carbfix项目地质封 V2021年9月，开始运行；存。 全球CCUS工程示范现状 口CarbonEngineering空气碳捕集和封存项目-全球首个设计百万吨DAccS商业项目 V与OxyLowCarbonVentures开展OxY油√利用氢氧化钾水溶液吸附剂与钙碱回收回路相连 田附近1百万吨空气碳捕集和封存项目：空气捕集空气中的CO2 √与Storegga开展英国Acorn商业空气碳捕√设计单位捕集热耗约为8.81GJ/tCO，（纯天然气） 集和封存项目可行性研究或者5.25GJ/tCO，+366kWhr（天然气+电） 我国CCUS产业现状 已建成约35个CCUS示范项自，捕集能力超过300万吨/年 2007-2019年，累积CO2封存量约为200万吨。 N➴路高更电广海集项日 .CO.捕集源主要集中在煤化工新蛋美田EOR水日 化肥生产、电力和水泥生产等行准东CO，股水时存野外先导性试图 ➴能天热气电厂端气燃瓷后非集装置 大庆油田DOR项目 ➴能长专热电厂能集项目 中石泊吉林浦田EOR项目 业。国家能荣杂医媒制CCS项用➴能能色保电GCC电广程持集项目 送长石油娱化工CO拥角与驱油示范球目国电集通天津北培热电广暖编集项目 ·运输方式以罐车为主，地质封存国➴物开电厂地德口CD排果专能存全流程示商次日中石化胜利国EOR目 北京洗消河水武密尾气深消集项店中石化齐鲁石化工EOR承目 以咸水层封存为主。 长庆石始FOR项日中石化➴东能国EOR质用 东智石湖口电广锦集系品爱目 .CO.利用涉及EOR、ECBM、EUI中联强星气公国ECBM爱目 等地质利用、矿化利用、合成可 中电技重庆双族电广碳持先术范质目 项H美型时存现模（万吨/年） 0-10 300%%活气C0化学吸牧手试平 安海福荣团水天烟气 降解聚合物等化工利用以及微藻 果油1.0-5.0 ➴中科技大学35MW富美热境技术屏究与承器 院水层时存5.0-15.0 中西化中国海出EOR目 . 固定等生物利用方式。 化T川 15.0-30.0 30.0-45.0 我国CCUS示范项目 我国未来CCUS产业潜力 ■我国CCUS产业集群优势区域。根据分析研究我国地质封存潜力在1~2万亿吨 化工利用 鄂尔多斯盆地松辽盆地利用马封存 利用与封存排放源生物利用 化工利用钢铁燃烧后铂矿地浸开果 生物利用电力（燃煤）捕集强化石油开果 排放源捕集强化石油开采水泥燃烧前增强地热系统 化工燃烧后轴矿地浸开果煤化工 驱替煤层气 电力高氧燃烧整替煤层气石油炼化 高氧燃烧 增强页岩气开采 燃烧前 谨化深部或水开采增强页岩气开采 成水层封存 生物燃料成水层封存 桔漏油气田封存 桔淘油气田时有湖海湾盆地利用与封存 排放源 化工利用 钢铁燃烧后强化石油开采 电力（燃煤）插集生物利用 淮格尔-吐哈水泥燃烧前舶矿地浸开果 利用
