二氧化碳捕集与封存技术进展 | 科普（精美图集）

CCS（二氧化碳捕集与封存）技术可以分为捕集、运输以及封存三个步骤，商业化的二氧化碳捕集已经运营了一段时间，技术已发展得较为成熟，而二氧化碳封存技术各国还在进行大规模的实验。

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二氧化碳捕集 

二氧化碳的捕集方式主要有三种：燃烧前捕集（Pre-combustion）、富氧燃烧（Oxy-fuel combustion）和燃烧后捕集（Post-combustion）。 

燃烧前捕集

燃烧前捕集主要运用于IGCC（整体煤气化联合循环）系统中，将煤高压富氧气化变成煤气，再经过水煤气变换后将产生CO2和氢气（H2），气体压力和CO2浓度都很高，将很容易对CO2进行捕集。剩下的H2可以被当作燃料使用。 

该技术的捕集系统小，能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，因此受到广泛关注。然而，IGCC发电技术仍面临着投资成本太高，可靠性还有待提高等问题。 

富氧燃烧

 

富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，将空气中大比例的氮气（N2）脱除，直接采用高浓度的氧气（O2）与抽回的部分烟气（烟道气）的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体，可以直接进行处理和封存。

 

欧洲已有在小型电厂进行改造的富氧燃烧项目。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高，还没找到一种廉价低耗的能动技术。 

燃烧后捕集

燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集CO2，如今常用的CO2分离技术主要有化学吸收法（利用酸碱性吸收）和物理吸收法（变温或变压吸附），此外还有膜分离法技术，正处于发展阶段，但却是公认的在能耗和设备紧凑性方面具有非常大潜力的技术。

从理论上说，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂。然而，普通烟气的压力小体积大，CO2浓度低，而且含有大量的N2，因此捕集系统庞大，耗费大量的能源。 

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二氧化碳运输

 

捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存，可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。一般说来，管道是最经济的运输方式。2008年，美国约有5800千米的CO2管道，这些管道大都用以将CO2运输到油田，注入地下油层以提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）

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二氧化碳封存 

二氧化碳封存的方法有许多种，一般说来可分为地质封存（Geological Storage）和海洋封存（Ocean Storage）两类。 

地质封存

地质封存一般是将超临界状态（气态及液态的混合体）的CO2注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、气田、咸水层、无法开采的煤矿等。IPCC的研究表明，CO2性质稳定，可以在相当长的时间内被封存。若地质封存点经过谨慎的选择、设计与管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上。

 

把CO2注入油田或气田用以驱油或驱气可以提高采收率（使用EOR技术可提高30%~60%的石油产量）；注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱出来，即所谓的提高煤层气采收率（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。 

然而，若要封存大量的CO2，最适合的地点是咸水层。咸水层一般在地下深处，富含不适合农业或饮用的咸水，这类地质结构较为常见，同时拥有巨大的封存潜力。不过与油田相比，人们对这类地质结构的认识还较为有限。 

海洋封存

海洋封存是指将CO2通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。然而，这种封存办法也许会对环境造成负面的影响，比如过高的CO2含量将杀死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能会逃逸到大气当中（有研究发现，海底的海水流动到海面需要1600年的时间）。

人们对海洋封存的了解还是太少。 

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案例

目前国际上正在开展的CCS项目有很多，其中比较著名的是： 

美国未来发电计划（FutureGen） 

项目原打算在一个260MW的IGCC电厂测试碳捕集技术和CCS系统，目标是将电厂废气减少到近零排放的水平。2008年6月30日美国能源局宣布将重新整合未来煤电计划。美国能源局将只赞助CCS系统，而不再向IGCC电厂投资。

挪威Sleipner项目

Sleipner项目开始于1996年，是世界上首个将CO2封存在地下咸水深层的商业实例，由挪威国家石油公司运营。该项目每年可封存100万吨CO2。 

德国黑泵电厂项目 

这是世界上首个能捕集和封存自身所产生的CO2的燃煤电厂，于2008年9月9日由瑞典瀑布电力公司在德国东北部的施普伦贝格动工建设，电厂装机容量为30MW。 

华能北京高碑店碳捕集装置 

中国已经于2008年在北京一个热电厂改造了CO2捕集设备，该示范项目由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、中国华能集团公司以及西安热工研究院（TPRI）联合建设。该项目是对华能北京高碑店热电厂进行碳捕集改造，设计CO2回收率大于85%，年回收CO2能力为3000吨。该示范项目已于2008年7月16日正式投产。 

华能上海石洞口第二电厂 

华能上海石洞口第二电厂碳捕获项目是在其二期新建的两台66万千瓦的超超临界机组上安装碳捕集装置，该装置总投资约1亿元，由西安热工研究院设计制造，处理烟气量为66000标准立方米/小时，约占单台机组额定工况总烟气量的4%，设计年运行时间为8000小时，年生产食品级二氧化碳10万吨。该项目已于2009年12月30日投入运营。 

中电投重庆合川双槐电厂 

中电投重庆合川双槐电厂是在一期两台30万千瓦的机组上建造碳捕集装置，总投资约1235亿元，由中电投远达环保工程有限公司自主研发设计，年处理烟气量为5000万标准立方米，年生产工业级二氧化碳1万吨。该碳捕集项目于 2010年1月20日投入运营。 

中英碳捕集与封存合作项目（NZEC） 

中英煤炭利用近零排放合作项目（Near Zero Emissions Coal）旨在应对中国日益增加的燃煤能源生产和二氧化碳（CO2）排放。英国计划通过三个阶段实现NZEC示范的目标。第一阶段，研究在中国示范和发展CCS技术的可行性方案；第二阶段，进一步开展CCS技术的开发工作；第三阶段，在2014年之前建成CCS技术示范电厂。 

中英煤炭利用近零排放项目（COACH） 

中英煤炭利用近零排放项目（COoperation Action within CCS CHina-EU）旨在促进中欧碳捕集与封存（CCS）领域的合作。双方计划建造一座具备CO2捕集与封存技术的燃煤电厂，COACH项目将为这一计划提供必要的技术支持。 

绿色煤电计划（Greengen） 

绿色煤电计划是中国华能集团公司于2004年提出的，计划的总体目标是研究开发、示范推广以煤气化制氢、氢气轮机联合循环发电和燃料电池发电为主、并对污染物和CO2进行高效处置的煤基能源系统；大幅度提高煤炭发电效率，使煤炭发电达到污染物和CO2的近零排放。2009年7月6日，绿色煤电天津IGCC示范电站开工建设，总投资21亿元，采用华能自主研发的具有自主知识产权的每天2000吨级两段式干煤粉气化炉，首台机组将于2011年建成。 

地下封存项目

2012年8月6日，中国首个二氧化碳封存至地下咸水层的全流程示范工程建成投产取得了碳捕获与封存（CCS）技术领域的突破性进展。 

这个由中国最大的煤炭企业神华集团实施的10万吨/年“CCS”示范项目，是中国百万吨级煤直接液化示范项目的环保配套工程，被列为国家科技支撑计划重点科研项目。