CCUS的關鍵利用

○ 文／李 陽

發展全流程CCUS產業，要立足氣源與礦場應用一體化降低氣源成本，立足驅油與埋存一體化實現埋存和增產原油最大化。

●“降低捕集技術成本和能耗，我國CCUS利用前景廣闊”。供圖/中國石化

人物簡介

李陽 油氣田開發地質、開發工程專家，教授級高級工程師，中國工程院院士。現任中國石化股份公司副總工程師，國家重大科技專項“大型油氣田及煤層氣開發專項”技術副總師，2016中國CCUS產業技術創新戰略聯盟輪值主席。

長期從事油氣藏提高采收率理論與工程技術研究工作。近年來致力于二氧化碳捕集及驅油提高采收率技術的研究與示范應用，在中石化CO2捕集、驅油和產出CO2回收利用技術方面取得重大進展，實現增加原油產量和CO2埋存的“雙贏”，推動了CCUS技術的發展和應用。

CCUS（碳捕集、利用和封存）是近年來國際社會應對氣候變化的熱點問題。數據顯示，近150年左右，大氣中的二氧化碳含量大幅度增長，由工業革命前的280mg/L上升至目前的396mg/L，導致全球氣溫上升。全球碳捕集研究院發布報告預警稱，如果碳排放沒有大幅度減少，預計到本世紀末全球升溫超過2℃，極端天氣和自然災害將更加頻發。

應對氣候變化的需要催生了CCUS技術。2006年中國成為全球最大的碳排放國家以來，我國的碳排放量約占全球碳排放總量的1/4，減排和應對氣候變化的壓力日益增大。作為二氧化碳減排的有效途徑，CCUS兼顧了能源開發利用與環境保護兩大主題。對我國以煤炭為主要能源的消費結構來說，發展CCUS技術是實現溫室氣體減排的必然選擇。因此，應進一步加大技術研發，降低捕集技術的成本及能耗，發展全流程CCUS產業。

我國CCUS政策和行動

我國高度關注CCUS技術發展。上世紀90年代以來，先后制定了一系列政策和法規，推動了技術和產業發展。

1992年7月，國家發布了《中國21世紀議程—中國21世紀人口、環境與發展白皮書》；2003～2010年，發布《中國應對氣候變化國家方案》《中國應對氣候變化科技專項行動》；2011～2014年，發布《中國碳捕集、利用與封存技術發展路線圖》《“十二五”國家碳捕集與封存科技發展專項規劃》《關于推動碳捕集、利用與封存試驗示范的通知》《關于加強碳捕集、利用與封存試驗示范項目環境保護工作的通知》；2014年以來，發布《強化應對氣候變化行動—中國國家自主貢獻》《二氧化碳捕集、利用與封存環境風險評估技術指南(試行)》《全國碳排放權交易市場建設方案（發電行業）》。北京、上海、陜西、寧夏、河南等16個地方政府出臺了20多項政策和法規，積極推動CCUS技術和產業發展。

在國家科技部指導下，2013年11月6日，由企業、研究院所和大學組成的CCUS產業技術創新戰略聯盟成立，以推動CCUS技術及產業的創新與發展。中石化、中石油、華能、神華等企業已在國內建成30多個示范項目，吉林油田二氧化碳-EOR、勝利油田二氧化碳捕集和驅油等項目取得好效果。

2010年，為了推動CCUS技術和產業發展，在國際社會提出的CCS（碳捕集和封存）基礎上，我國提出CCUS發展理念，構建了一條從“C（捕獲）”輸送到“U（利用）”或者“S（封存）”的完整鏈條。國家科技部指出，我國應該以“U”為中心，發展CCUS技術來推動產業發展。這一理念被國際社會廣泛接受。

在國家“973”、“863”等重大研發及示范工程項目的支持下，我國CCUS產業形成了二氧化碳捕集、驅油利用和鹽水層封存技術，并建成了多個二氧化碳驅油與埋存技術研發（實驗）中心，聚集了專業技術創新團隊，建成了國際一流實驗裝置平臺，形成了完備實驗測試方法體系。

我國CCUS技術發展狀況

我國CCUS技術研究聚焦在高效捕集、安全埋存及高效驅油利用的科學問題，研究低成本捕集技術、驅油/埋存工程方法、埋存安全監控等技術和方法，在不同類型排放源捕集、驅油與埋存、鹽水層埋存以及綜合利用技術研究方面取得了進展。

形成了針對三種主要排放源的捕集技術。

二氧化碳的排放主要來源于高碳天然氣、燃煤電廠、水泥廠、鋼鐵廠、煤化工和煉化廠等。經過近年來的研究和示范，國內已形成高碳天然氣、燃煤電廠和煉化廠排放源的捕集技術，建成了130多萬噸的二氧化碳捕集能力，其中煤化工二氧化碳排放濃度高，捕集成本低。

高碳天然氣捕集技術：以松南高碳天然氣分離捕集裝置為代表，采用MDEA胺法脫碳工藝，將松南高碳氣田（二氧化碳含量23%）中的二氧化碳捕集分離，生產清潔天然氣，年處理能力達50萬噸。

煉化廠捕集技術：以中原化工總廠煙氣捕集處理裝置為代表，采用復合胺液捕集二氧化碳工藝技術，將催化裂化煙氣（二氧化碳含量16.6%）中的二氧化碳捕集回收、液化，減少二氧化碳排放，捕集規模12萬噸/年。

燃煤電廠捕集技術：從燃燒類型劃分，主要分為燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒三種途徑。燃燒后捕集是現階段的主流方向，目前第一代二氧化碳捕集技術已趨于成熟。

勝利電廠已建成了國內首個燃煤電廠煙氣CCS全流程工程。該工程將勝利電廠燃煤煙道氣中體積濃度約14%的二氧化碳進行捕集并壓縮、液化，最終純度達99.5%，年捕集能力3萬噸，輸送至勝利低滲透油藏進行驅油和封存。該碳捕集技術采用MSA復合吸收劑和熱泵技術，與傳統MEA法相比，具有吸收能力提高30%，再生能耗下降20%，氧化降解率由3.08%下降到0.52%的技術優勢。熱泵技術將低品位余熱提升為高品位熱能再利用，使每噸液體二氧化碳再生能耗降低25%，節約成本25元。通過碳捕集技術的應用，勝利電廠液體二氧化碳捕集成本控制在300元/噸左右。

二氧化碳驅油埋存技術進展。

由于缺乏天然二氧化碳氣源，氣驅技術在中國工業化應用較晚。近年來，碳捕集技術發展提供了二氧化碳氣源，為氣驅提高采收率創造了條件。中石油、中石化和延長石油在30多個區塊開展了二氧化碳驅油埋存礦場試驗。其中，中石油以捕集高碳天然氣中的二氧化碳為基礎開展了二氧化碳驅油-EOR實踐；中石化以燃煤電廠、高碳天然氣、煉化廠捕集二氧化碳為基礎開展了CCUS全流程工程實踐；延長石油則開展了以石油化工與煤化工耦合副產品二氧化碳為基礎的驅油工程實踐，實現了示范區增加原油產量和二氧化碳埋存的“雙贏”。

經過多年研究，特別是近10年的攻關和示范，我國二氧化碳驅油埋存基礎理論研究和工程技術有了重大進展，形成了二氧化碳混相驅、非完全混相驅室內試驗評價、氣驅方案設計、全過程數值模擬實時跟蹤及調整技術、二氧化碳分層注采集輸工藝技術、二氧化碳腐蝕與防護技術、二氧化碳綜合監測和風險控制技術、驅油及埋存選址和容量評估等技術，為大規模推廣應用提供了技術支撐。

草舍油田泰州組低滲透油藏位于溱潼凹陷南部深凹邊緣的陡坡斷階帶，油藏埋深3020米，孔隙度14.08%，滲透率46mD，原油黏度12.83 mPa·s，混相壓力29.34MPa。2005年7月投注，注入井5口，采用連續注氣轉水氣交替方式注入。2013年12月完成注氣，累注二氧化碳液體17.98萬噸，已累計增油6.65萬噸，提高采收率4.68%，預計最終可提高采收率17.2%。

濮城油田沙一高含水油藏位于東濮凹陷中央隆起帶東北部，孔隙度28.1%，滲透率690mD。1992年因高含水停產廢棄，油田采出程度達到50.9%。2008年，濮1-1井進行二氧化碳驅油先導試驗，2013年12月擴大注入，設計注氣井10口，生產井38口。采用水氣交替注入，已累注二氧化碳液體34萬噸，累計增油1.7 萬噸，預計最終提高采收率6%。

咸水層二氧化碳驅水與鹽水層埋存技術進展。

我國西部和內蒙在干旱地區煤化工產業集中，在深部咸水層采用二氧化碳封存與咸水開采技術，既可以實現埋存，又可以提供水資源，具有較好的技術前景。神華CCS項目在全球首次建成了煤制油高濃度二氧化碳陸相咸水層年封存10萬噸級CCS示范工程，累計注入30.2萬噸二氧化碳，初步證實了其技術可行性。

綜合利用技術研究進展。

二氧化碳綜合利用研究覆蓋了礦業、化工、能源、環境等領域。二氧化碳微藻生物制油以煉廠二氧化碳廢氣為碳源，吸收二氧化碳能力相當于森林的10～50倍，同時養殖的微藻為生物柴油的開發提供基礎原料，可為煉廠減排二氧化碳20%以上，同時實現循環利用。目前，中國石化已完成中試。磷石膏礦化固廢利用及二氧化碳合成氣等技術獲得了重要進展，展示了良好前景。

●“地球一小時”，中國共此時。自2013年以來，中國的碳排放基本實現零增長。/視覺中國

CCUS技術發展前景

CCUS技術應對氣候變化的作用已成為國際社會的共識。據IPCC研究，在幾乎所有應對氣候變化的情景下，都需要CCUS的貢獻。因此，我們應該盡早發展和布局CCUS技術和產業，特別是在我國社會經濟發展與區域環境容量矛盾日益加劇的情況下，發展CCUS更具重要的現實意義。

我國CCUS利用前景廣闊。煤炭在現在和將來的較長時期，仍然是我國能源的主力。其直接燃燒引起大量的二氧化碳排放。應用CCUS耦合煤的多聯產技術，可以實現煤的清潔化利用、促進煤化工產業快速發展，有望形成新的經濟增長點，有效支撐我國綠色低碳發展戰略。

CCUS-EOR技術，可以提高原油采收率、增加油氣產量、減少能源對外依存度。礦場實踐表明，二氧化碳-EOR提高采收率幅度達8%～20%，是有效的增產手段，對國家能源安全具有重要的戰略意義。

二氧化碳綜合利用存在潛在收益。二氧化碳化工產業、二氧化碳生物利用技術已成為國內外二氧化碳利用的研究熱點，部分化工利用技術已進入產業化，預示著良好的發展前景。

我國亟待加快CCUS技術升級換代。一是在當前技術條件下，成熟的化學吸附法能耗高、成本高，捕集成本為300～400元/噸，埋存成本為200～300元/噸。從發展的視角看，企業負擔不起。同時，增加捕集二氧化碳環節，發電廠每千瓦時能耗將增加10%左右。二是我國東部地區油藏多為陸相沉積，原油大都為石蠟基原油，二氧化碳混相壓力高，驅油效率較低，提高采收率幅度低，大規模驅油利用需進行深化研究。因此，需要加強基礎研究和應用技術研發，加快CCUS技術升級換代。

依據CCUS技術的研發進展，預計2035年，第一代捕集技術的成本及能耗與目前相比降低15%～20%；2045年前后，第二代捕集技術實現商業應用，成本及能耗將比第一代技術降低10%～15%；2050年，CCUS技術實現廣泛部署，建成多個CCUS產業集群。

促進CCUS全產業鏈發展。我國CCUS產業化發展方向是發展全流程CCUS產業，特別是要立足于氣源與礦場應用一體化，提供低成本氣源，提升整體效益。要立足于驅油與埋存一體化，實現二氧化碳埋存和增產原油最大化。應重點推動京津冀、鄂爾多斯區域CCUS產業發展。京津冀地區社會經濟發展與環境容量矛盾突出。該地區有勝利、大港、華北等油田，具備二氧化碳驅油埋存的條件，因此可以選擇京津冀地區進行CCUS技術與產業發展示范工程建設，開展埋存潛力評價，實現源匯匹配，有效緩解區域環境容量緊張問題，并探索建設長效穩定的組織運行機制，實現利益相關方的合作共贏。