8低碳经济下的CO2捕集与封存(CCS)技术-张珂.doc

低碳经济下的CO2捕集与封存（CCS）技术政府间气候变化专门委员会(IPCC)在第三次评估报告中指出地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显变化。而这一变化的发生是与大气中温室气体增加所产生的温室效应紧密联的。据统计，目前每年有300多亿吨排放到大气层中，其中约有0%来自发电厂水泥厂、钢厂和炼油厂。继续照此下去不予治理，那么人类将会。不久前在挪威卑尔根市召开的国际气候变化和技术高层会议上，挪威首相希望全世界目标一致，将全球平均气温升高控制在2内。为达此目标，到2050年全球温室气体排放必须减少0%至8%，甚至更高。然而，实际上包括煤炭在内的化石燃料仍将在未来几十年里使用因此，捕获和封存对于实现全球温室气体减排至关重要。捕集与封存技术当今世界上国际最热门的气候变化领域最前沿、最重大的话题之一，国际政治领袖们无不投以巨大关注。捕集与封存技术（CCS） 图1 CCS技术示意图 2.1 CCS技术组成 CCS技术由捕获、封存运输三个环节组成大量分散的CO2排放源是难于实现收集碳捕获的主要目标是电厂、水泥厂、钢铁厂、炼油厂等CO2的集中排放源。燃烧前捕获(pre-combustion) 、燃烧后捕获(post-combustion)和富氧燃烧捕获(oxyfuel-combustion)。燃烧前捕获则是先将化石燃料转化为氢气和的混合气体，然后被液体溶剂或固体吸附剂吸收，再通过加热或减压得以释放和集中。燃烧后捕获是指从化石燃料燃烧后产生的废气中采用液体溶剂和加热的方式将分离出来，高碑店热电厂所采用的就是此方法。它对传统电厂烟气中的CO2进行捕集，投入相对较少。这项技术可以分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法因为具有较高的捕集效率和选择性而能源消耗和收集成本较低用纯氧或富氧代替空气作为化石燃料燃烧的介质。燃烧产物主要是CO2和水蒸气另外还有多余的氧气以保证燃烧完全以及燃料中所有组成成分的氧化产物、燃料或泄漏进入系统的空气中的惰性成分等。经过冷却水蒸汽冷凝后烟气中CO2含量在80%这高浓度的CO2经过压缩、干燥和进一步的净化可进入管道进行存储。氧气助燃，所以太高的制氧成本，使得它在经济性上并没有太大优势。 碳封存指将运抵存储地的注入到如地下盐水层、废弃油气田、煤矿等地质结构层或者深海海底或海床以下的地质结构中。地质封存是最有发展潜力的一种方案据估算全球贮量至少可以达到2000Gt。CO2被认为是未来的一个研究方向，这项技术被称为CO2强化采油技术，即将CO2注入油气层起到驱油作用，既可以提高采收率，又实现了碳封存，兼顾了经济效益和减排效果。 煤层气封存技术是指将CO2注入比较深的煤层当中，置换出含有甲烷（CH4）的煤层气，由于CO2比CH4对煤具有更大的亲和力(一定温度和压力下，煤体表面吸附CO2的能力约是吸附CH4能力的2倍)，将CO2注入煤层，CO2将吸附于煤层，而驱替出CH4。除非温度升高或压力降低，CO2将不会因解吸而重返大气。美国在SanJuan盆地的一个气田建立了全球第一个的试验项目，自1996年以来，己向Fruitland煤层注入了大100，000t CO2。 图2 工艺示意图 海洋是全球最大的CO2贮库，其总贮量是大气的多倍，在全球碳循环中扮演了重要角色。模拟分析表明注入海洋的CO2与大气隔绝至少几百年。注入越深保留的数量和时间就越长。CO2输入到水体中（1000米以下）并溶解，另一种则是经由固定的管道或者安装在深度3000米以下海床上的沿海平台将其沉淀，它会在海底形成固态的CO2水化物或液态的CO2湖第一条长距离的CO2输送管道于20世纪70年代初投入运行。在美国有超过2500公里的CO2输送管道通过这些管道每年有4000t的CO2被运输到德克萨斯州用于强化采油。铁路或公路进行运输，受运输工具能力的限制，仅适合短途、小量的运输，大规模使用无经济性。 2.2 CCS技术成本 在CCS系统成本中，捕获所占的比例是最大的。根据麻省理工大学发表的一份报告，捕捉每吨并将其加压处理为超临界流体要花费30-50美元，将一吨运送至填埋点埋藏需要花费10-20美元。现行的碳价格为10/吨不仅如此，建设运输管道将二氧化碳注入地下的设备等都需要如果产出，哪个会CCS技术呢？此外，CER）价格的浮动也使得CCS难以吸引稳定的投资者。由于CCS前期投入巨大并存在一定收益风险，政府应该成为碳捕获及储存的第一推动力。 由于CCS技术与现有能源系统基础构造的一致性该技术尤受到工业化国家的广泛关注与密切重视根据国际能源署的统计截至全世界共有碳捕获商业项目131个捕获研发项目42个地质埋存示范项目20个地质埋存研发项目61个。其中比较知名的有挪威Sleipner项目、加拿大Weyburn项目和阿尔及利亚In Sal