Ccus

昵稱35641324 2021-12-12

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CCUS

（Carbon Capture，Utilization and Storage）碳捕獲、利用與封存是應(yīng)對全球氣候變化的關(guān)鍵技術(shù)之一，受到世界各國的高度重視，紛紛加大研發(fā)力度，在CO

驅(qū)油等方面取得進(jìn)展，但在產(chǎn)業(yè)化方面還存在困難。隨著技術(shù)的進(jìn)步及成本的降低，CCUS前景光明。

中文名

碳捕獲、利用與封存

外文名

Carbon Capture，Utilization and Storage

簡稱

CCUS

來源文獻(xiàn)

CCS在中國：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和機(jī)遇

快速

導(dǎo)航

二氧化碳降解塑料

研究現(xiàn)狀

產(chǎn)業(yè)化遭遇的三大難題

二氧化碳驅(qū)油

CCUS的標(biāo)準(zhǔn)化

CCUS

（Carbon Capture，Utilization and Storage）碳捕獲、利用與封存

CCUS技術(shù)是CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕獲與封存）技術(shù)新的發(fā)展趨勢，即把生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳進(jìn)行提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過程中，可以循環(huán)再利用，而不是簡單地封存。與CCS相比，可以將二氧化碳資源化，能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，更具有現(xiàn)實(shí)操作性。

科技部21世紀(jì)議程管理中心副主任彭斯震2010年7月22日在《CCS在中國：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和機(jī)遇》報(bào)告發(fā)布會上表示，中國的首要任務(wù)是保障發(fā)展，CCS技術(shù)建立在高能耗和高成本的基礎(chǔ)上，該技術(shù)在中國的大范圍推廣與應(yīng)用是不可取的，中國當(dāng)前應(yīng)當(dāng)更加重視拓展二氧化碳資源性利用技術(shù)的研發(fā)。他強(qiáng)調(diào)：“今后會有越來越多的人用CCUS(碳捕集再利用與封存)代替CCS(碳捕集與封存)。對中國來說，我們也更青睞CCUS。”第三屆中國（太原）國際能源產(chǎn)業(yè)博覽會上，CCUS（碳捕獲、利用與封存）成為熱門話題。中國工程院院士、清華大學(xué)教授倪維斗在博覽會上說“中國CCUS目前有很大潛力，應(yīng)盡快啟動(dòng)”。

二氧化碳的資源化利用技術(shù)有合成

高純一氧化碳

、煙絲膨化、化肥生產(chǎn)、

超臨界二氧化碳萃取

、飲料添加劑、食品保鮮和儲存、焊接保護(hù)氣、滅火器、粉煤輸送、合成可降解塑料、改善鹽堿水質(zhì)、培養(yǎng)海藻、油田驅(qū)油等。其中合成

可降解塑料

和油田驅(qū)油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景廣闊。勝利油田電廠已啟動(dòng)CCUS的示范項(xiàng)目。

二氧化碳降解塑料

二氧化碳

降解塑料屬

完全生物降解塑料

類，可在自然環(huán)境中完全降解，可用于一次性包裝材料、餐具、保鮮材料、一次性醫(yī)用材料、地膜等方面。二氧化碳

降解塑料

作為環(huán)保產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品，正成為當(dāng)今世界矚目的研究開發(fā)熱點(diǎn)。利用此技術(shù)生產(chǎn)的降解塑料，不僅將工業(yè)廢氣二氧化碳制成了對環(huán)境友好的可降解塑料，而且避免了傳統(tǒng)塑料產(chǎn)品對環(huán)境的二次污染。它的發(fā)展，不但擴(kuò)大了塑料的功能，而且在一定程度上對日益枯竭的石油資源是一個(gè)補(bǔ)充。因此，二氧化碳降解塑料的生產(chǎn)和應(yīng)用，無論從環(huán)境保護(hù)，或是從資源再生利用角度看，都具有重要的意義

[1]

?。

研究現(xiàn)狀

美國、日本、德國和中國等國的企業(yè)在二氧化碳基聚合物領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研發(fā)工作。

美國

2010年8月上旬，美國Novomer公司獲得美國能源部(DOE)1840萬美元的資助，將加快該公司二氧化碳制塑料生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。Novomer公司的技術(shù)使用二氧化碳和

環(huán)氧丙烷

生產(chǎn)聚丙烯碳酸酯(PPC)樹脂。PPC樹脂可用于涂料、

表面活性劑

、軟包裝和硬包裝以及纖維等，并且可實(shí)現(xiàn)生物降解。

Novomer公司已經(jīng)在其合作伙伴

伊士曼柯達(dá)

(Eastman Kodak)公司的生產(chǎn)裝置中進(jìn)行

二氧化碳

制塑料的小規(guī)模生產(chǎn)。據(jù)稱，使用二氧化碳生產(chǎn)應(yīng)用于涂料和膠粘劑的低分子量熱固性多元醇可望于2011年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，高分子量

熱塑性聚合物

可望于2012年實(shí)現(xiàn)商品化。

中國

中國企業(yè)在二氧化碳制塑料方面已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位。江蘇中科金龍化工股份公司早于2007年就形成了2.2萬噸/年的二氧化碳樹脂生產(chǎn)能力(一條2000噸/年和一條20000噸/年的生產(chǎn)線)，該項(xiàng)目采用中科院廣州化學(xué)所技術(shù)。中科金龍已經(jīng)開發(fā)了二氧化碳樹脂在涂料、

保溫材料

、薄膜等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。中科金龍公司計(jì)劃在2015年前實(shí)現(xiàn)10萬噸/年的二氧化碳樹脂產(chǎn)能。

日本

日本研究人員日前開發(fā)出一種新技術(shù)，使二氧化碳能轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜?/swan-text>

合成塑料

和藥物的碳資源，從而變“害”為寶。二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，不容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此在工業(yè)領(lǐng)域僅用于生產(chǎn)尿素和

聚碳酸酯

等。

東京工業(yè)大學(xué)

教授巖澤伸治等人發(fā)現(xiàn)，碳化合物經(jīng)過處理后可以與二氧化碳結(jié)合，形成新的碳物質(zhì)。相關(guān)論文已經(jīng)刊登在新一期《美國化學(xué)學(xué)會會刊》上。

德國

拜耳材料科學(xué)公司和兩家合作伙伴已獲得德國政府的資助，將共同開發(fā)基于二氧化碳原料的聚氨酯生產(chǎn)方法。德國聯(lián)邦教育研究部將在未來三年里為該項(xiàng)目投入450多萬歐元，研究目的是采用二氧化碳廢產(chǎn)物生產(chǎn)出

聚醚多元醇

聚碳酸酯(PPP)。

德國最大電力公司RWE Power International公司和位于德國亞琛的

亞琛工業(yè)大學(xué)

也將參與由總部位于德國Leverkusen的拜耳材料科學(xué)發(fā)起的這一項(xiàng)目。此外，將在Leverkusen興建一座采用上述新工藝的試驗(yàn)工廠。

該工藝中使用的

二氧化碳

將來自于RWE Power公司在德國Niederaussem的工廠，該廠的一座煤創(chuàng)新中心內(nèi)設(shè)有一套二氧化碳洗滌裝置。由此工藝生產(chǎn)出的PPP材料可用在建筑隔熱和輕型汽車零部件中。

產(chǎn)業(yè)化遭遇的三大難題

作為化學(xué)方法

固定二氧化碳

的方向之一，二氧化碳制塑料對實(shí)現(xiàn)碳捕集、封存與利用具有重要意義。一方面，二氧化碳制塑料可以在很多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)塑料，從而減少了生產(chǎn)傳統(tǒng)塑料過程中的碳排放；另一方面，生產(chǎn)一噸樹脂消耗0.4-0.5噸左右的二氧化碳，也體現(xiàn)了二氧化碳資源化利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。二氧化碳制塑料與強(qiáng)化采油(CO

-EOR)類似，在減少CO

排放的同時(shí)，可為企業(yè)帶來收益。

業(yè)內(nèi)人士表示，盡管我國在二氧化碳制塑料這一領(lǐng)域已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，但由于種種原因，國內(nèi)二氧化碳降解塑料產(chǎn)業(yè)進(jìn)展遲緩，相關(guān)技術(shù)的利用，只有中海油等“高端玩家”才“玩得起”。

一是成本壓力太大。我國開發(fā)成功的

二氧化碳

降解塑料

技術(shù)主要有4種，在這4種技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的有3種。由于這些項(xiàng)目規(guī)模小，只能小批量生產(chǎn)，產(chǎn)量低、價(jià)格貴。此外，項(xiàng)目所需主要原料之一

環(huán)氧丙烷

和

環(huán)氧氯丙烷

價(jià)格也很高，再加上不菲的新產(chǎn)品推廣費(fèi)用，導(dǎo)致二氧化碳降解塑料的最終成本高達(dá)18000元/噸以上。在石油基塑料價(jià)格隨石油價(jià)格走低的情況下，二氧化碳降解塑料企業(yè)的成本壓力越來越大。

二是投資風(fēng)險(xiǎn)大?！熬蛦挝划a(chǎn)品投資額而言，

二氧化碳

降解塑料

項(xiàng)目的投資額比煤制油還高，一個(gè)1萬噸/年二氧化碳降解塑料項(xiàng)目，往往需要1.4億元以上的資金投入，單從經(jīng)濟(jì)效益考慮，項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)是很大的?！睆V州天成生物降解材料有限公司項(xiàng)目部經(jīng)理陸斌說。中海石油化學(xué)股份公司和內(nèi)蒙古蒙西高新集團(tuán)負(fù)責(zé)人也坦承，如果不計(jì)算節(jié)能減排和環(huán)保效益，二氧化碳降解塑料項(xiàng)目根本不賺錢甚至?xí)r錢。

三是需求小、銷售難。據(jù)介紹，二氧化碳降解塑料的價(jià)格始終高于石油基塑料1.5~2倍。加之其熱穩(wěn)定性、阻隔性、加工性與石油基塑料存在一定差距，限制了其只能在食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生等有特殊要求的極少數(shù)領(lǐng)域使用，無法在需求巨大的薄膜、農(nóng)地膜等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。不僅如此，即便在有限的食品包裝、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，也面臨聚乳酸、

聚乙烯醇

、

聚丁二酸丁二醇酯

等降解塑料的沖擊與競爭，使得二氧化碳降解塑料的消費(fèi)市場十分狹小，產(chǎn)品銷售困難。

二氧化碳

合成全

降解塑料

技術(shù)是世界關(guān)注的重要熱點(diǎn)之一。市場上的塑料制品大多以石油為原料制成，成本高，且使用后不易降解，污染環(huán)境。運(yùn)用該技術(shù)后，可將二氧化碳廢氣回收代替石油，直接生產(chǎn)全降解塑料制品。該技術(shù)一方面可以減少二氧化碳的排放，節(jié)約石油資源；另一方面合成的塑料可完全生物降解，能從根本上解決“白色污染”危害，是一種典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)模式。

二氧化碳驅(qū)油

二氧化碳驅(qū)油，是一種把二氧化碳注入油層中以提高油田采收率的技術(shù)。在二氧化碳與地層原油初次接觸時(shí)并不能形成混相，但在合適的壓力、溫度和原油組分的條件下，二氧化碳可以形成混相前緣。

超臨界流體

將從原油中萃取出較重的碳?xì)浠衔?，并不斷使?qū)替前緣的氣體濃縮。于是，二氧化碳和原油就變成混相的液體，形成單一液相，從而可以有效地將地層原油驅(qū)替到生產(chǎn)井。應(yīng)用混相驅(qū)油提高石油采收率的一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)是氣體與原油的最小混相壓力（MMP），MMP是確定氣驅(qū)最佳工作壓力的基礎(chǔ)。一般情況下，因?yàn)榛煜囹?qū)油比非混相驅(qū)油能采出更多的原油，所以希望在等于或略高于MMP下進(jìn)行氣驅(qū)。如果壓力遠(yuǎn)高于MMP，就容易造成地層破裂，無法保障生產(chǎn)過程的安全性，其結(jié)果是不僅不能大幅度提高原油產(chǎn)量，還會降低經(jīng)濟(jì)效益。二氧化碳驅(qū)油一般可提高原油采收率7%~15%，延長油井生產(chǎn)壽命15~20年。

研究現(xiàn)狀

美國是應(yīng)用二氧化碳驅(qū)油研究試驗(yàn)最早、最廣泛的國家。從1970年開始，美國就在得克薩斯州把二氧化碳注入油田作為提高石油采收率(EOR)的一種技術(shù)手段，至2006年已有70多個(gè)類似的項(xiàng)目，每年注入二氧化碳總量達(dá)2000萬～3000萬噸，其中大約有300萬噸二氧化碳來源于煤氣化廠和化肥廠的尾氣，大部分從天然的二氧化碳?xì)獠夭杉?。至今還在使用。CO

-EOR混相驅(qū)油提高采收率范圍在4%～12%之間，純凈CO

注入儲層，占儲層中流體體積的10%～45%。與CO

-EOR混相驅(qū)油項(xiàng)目相比，CO

-EOR非混相驅(qū)油項(xiàng)目較少。非混相驅(qū)油需要380m

驅(qū)替1桶原油(760kg/b)?？勺畲筇岣卟墒章?0%。

我國的大慶油田和江蘇油田都曾開展過驅(qū)油相關(guān)研究。1984年，大慶油田在薩南東部過渡帶進(jìn)行

二氧化碳

驅(qū)油的礦場試驗(yàn)研究，該項(xiàng)目首先與國外公司合作，1993年6月結(jié)束，1994年大慶繼續(xù)開展試驗(yàn)，直到1995年底結(jié)束。驅(qū)油試驗(yàn)當(dāng)時(shí)可能主要考慮到增加石油產(chǎn)量，缺少對二氧化碳在地下運(yùn)移、富集的監(jiān)測研究。

2006年，在中國石油集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的支持下，

中國石油勘探開發(fā)研究院

和吉林油田發(fā)起組織，聯(lián)合中科院地質(zhì)與地球物理所、

華中科技大學(xué)

、北京大學(xué)、清華大學(xué)和中國石油大學(xué)等單位，向科技部申請了《溫室氣體的資源化利用和地下埋存》國家973基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，并得到了批準(zhǔn)。項(xiàng)目組立足于中國陸相油藏儲層特點(diǎn)和原油性質(zhì)，發(fā)展完善了二氧化碳混相驅(qū)油、埋存評價(jià)等關(guān)鍵理論與方法，以減排利用火山巖天然氣藏開發(fā)過程中副產(chǎn)的二氧化碳為目標(biāo)，初步形成二氧化碳驅(qū)油與埋存的配套技術(shù)，并在吉林大情字井現(xiàn)場試驗(yàn)中得到成功應(yīng)用，奠定了我國利用二氧化碳驅(qū)油實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排和資源化利用的產(chǎn)業(yè)模式基礎(chǔ)。

應(yīng)用前景

二氧化碳驅(qū)油提高采收率和封存技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)開發(fā)和環(huán)境保護(hù)上實(shí)現(xiàn)雙贏的有效辦法，實(shí)現(xiàn)溫室氣體的資源化利用并提高油氣采收率前景可期。國內(nèi)外大量的研究和現(xiàn)場應(yīng)用已經(jīng)證明，向油層中注入二氧化碳混相驅(qū)或非混相驅(qū)能夠大幅度提高采收率。據(jù)2010年《油氣雜志》報(bào)道，美國利用二氧化碳驅(qū)技術(shù)已經(jīng)采出了大約15億桶原油，根據(jù)美國能源部國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NETL）的評價(jià)結(jié)果，美國利用二氧化碳驅(qū)的增油潛力達(dá)340億桶。

根據(jù)1998年《中國陸上已開發(fā)油田提高采收率第二次潛力評價(jià)及發(fā)展戰(zhàn)略研究》的結(jié)果，僅在參與評價(jià)的79.9億噸常規(guī)稀油油田儲量中，適合

二氧化碳

驅(qū)的原油儲量約為12.3億噸。另外我國現(xiàn)已探明的63.2億噸低滲透油藏儲量，尚有50%左右未動(dòng)用。開發(fā)這些儲量，二氧化碳驅(qū)油比水驅(qū)油具有明顯的優(yōu)勢。

此外，二氧化碳在提高稠油油藏采收率、提高煤層氣和天然氣采收率領(lǐng)域也具有很好的應(yīng)用前景?！熬唧w到我國，當(dāng)前和今后一段時(shí)期，二氧化碳減排必須走高效利用之路，二氧化碳驅(qū)油提高采收率和埋存技術(shù)必定具有廣泛的應(yīng)用前景”。

[2]

CCUS的標(biāo)準(zhǔn)化

早在2010年秋，美國與加拿大的幾十位專家便開始了地質(zhì)儲存二氧化碳國際標(biāo)準(zhǔn)化的“第一步”。

而后，

加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會

（CSA）和二氧化碳國際性能評估中心組織具有CCUS 項(xiàng)目全生命周期知識和經(jīng)驗(yàn)的專家，制定了已被加拿大標(biāo)準(zhǔn)委員會認(rèn)可的Z-741標(biāo)準(zhǔn)，從而成為

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

（ISO）TC-265：二氧化碳捕集、運(yùn)輸和地質(zhì)存儲委員會的種子文檔。

2012 年，ISO 成立了TC-265技術(shù)委員會，由16 個(gè)參與（或投票或“P”成員）國家、10個(gè)觀察（不投票）國家和6個(gè)聯(lián)絡(luò)或不投票的

非政府組織

組成，加拿大主持工作，中國負(fù)責(zé)秘書處。該委員會的目的是開發(fā)和保護(hù)一套統(tǒng)一規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)的全球共識，恰當(dāng)、可靠、有效地實(shí)施CCS項(xiàng)目。

2013 年2 月，委員會特意成立如下五個(gè)工作小組，確定了工作范圍、秘書處或“召集人”。捕捉領(lǐng)域工作小組由日本領(lǐng)導(dǎo)，工作范圍主要包括富氧燃燒后、富氧燃燒前和富氧燃燒捕獲流程，工業(yè)處理、分離、凈化、脫水、壓縮和泵送、液化、安裝、運(yùn)營、維護(hù)，CO

流的質(zhì)量、績效評估（捕獲率、能耗、排放、可靠性和安全性），監(jiān)測、管理系統(tǒng)、電廠改造。交通工作小組由德國領(lǐng)導(dǎo)，將集中在現(xiàn)有的ISO/TC-67標(biāo)準(zhǔn)未覆蓋的管道、船舶、公路、鐵路及健康、安全與環(huán)境（HSE）方面具體的運(yùn)輸和監(jiān)控。存儲工作小組已分為加拿大主導(dǎo)在岸存儲、日本主導(dǎo)離岸存儲。工作范圍集中在枯竭油氣藏與鹽堿含水層的存儲、場地選擇、風(fēng)險(xiǎn)評估、風(fēng)險(xiǎn)管理、井口建設(shè)、避免存儲泄漏與補(bǔ)救及存儲監(jiān)控等。量化和驗(yàn)證工作小組由中國領(lǐng)導(dǎo)、法國支持，工作領(lǐng)域包括項(xiàng)目邊界、工程滲漏、量化過程、CO

量化監(jiān)測與報(bào)告、第三方驗(yàn)證及生命周期分析等。跨領(lǐng)域工作小組由法國主導(dǎo)、中國支持。工作范圍包括專業(yè)術(shù)語、系統(tǒng)集成（全價(jià)值鏈）、全面風(fēng)險(xiǎn)管理、利益相關(guān)者的關(guān)系與咨詢、公眾參與、報(bào)告以及不同來源氣體流的混合。

[3]

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