《碳中和概論》第2章

碳捕集利用與封存（CCUS）2.1.1概念及技術環節(1)CO2捕集（CCUS的首要環節）燃燒前捕集在燃燒前將燃料轉化為氫氣和CO2的氣體混合物，其中氫氣被分離出來，在不產生CO2情況下燃燒，CO2被壓縮用于運輸和存儲。燃燒后捕集將工業工程釋放的CO2從燃燒后產生的氮氣、氧氣和水蒸氣等不可燃氣體中分離出來，利用液體溶劑或其他分離技術捕集CO2。富氧燃燒使用氧氣來燃燒燃料，燃燒產生的主要是水蒸氣和CO2，易于分離出高純度的CO2，減少CO2和惰性氣體的分離難度和能耗。管道運輸適用于大規模、長距離的碳捕集項目。全世界已有數百萬公里的管道運輸各類氣體。鐵路公路運輸使用鐵路、公路的罐車運輸液態或壓縮態的CO2，靈活性高，適合中小規模的運輸需求。船舶運輸將CO2在高壓低溫下液化后，通過專門的液化CO2運輸船運輸到封存地點。2.1.1概念及技術環節(2)CO2捕集運輸（CCUS的重要環節）礦化利用將CO2注入地下，實現強化能源生產、促進資源開發的過程。生物利用植物通過光合作用吸收利用CO2?；瘜W利用將CO2作為原料，與其他物質發生化學反應，生產出有價值的化工產品。2.1.1概念及技術環節(3)CO2利用咸水層封存從陸地或海底將CO2注入深部咸水層，將CO2溶解于咸水層或者與咸水層發生化學反應封存CO2。深部不可采煤層封存將CO2注入深部不可開采煤層可以置換出煤層氣，利用煤的吸附特性實現CO2的封存。廢棄油氣藏封存將CO2注入到具有封存條件的枯竭油氣田提高資源采收率，通過多次回收循環注入隨原油采出的CO2，實現CO2封存。2.1.1概念及技術環節(4)CO2利用2.1.2國內外CCUS發展概況(1)國際CCUS發展概況發展CCUS是實現“雙碳”目標的重要手段，保障能源與生態安全。CCUS戰略意義《巴黎協定》目標是將全球溫升控制在2℃以內，CCUS技術可顯著減少電力與工業CO?排放。CCUS技術減排作用(2)全球CCUS項目現狀截至2020年底，全球共有28個大規模CCUS項目運行，主要分布于美國、加拿大、中國等國家，以工業分離類為主。①全球CCUS項目概況全球CCUS項目主要采用地質封存方式，其中CO?-EOR技術成為主流封存利用路徑。②CCUS項目的主要方式(2)我國CCUS發展概況CCUS技術發展現狀中國CCUS技術起步較晚，但具有巨大的封存潛力。CCUS項目情況截至2022年底，我國投運和規劃建設的CCUS項目近百個。CCUS項目技術環節CCUS示范項目技術包括捕集類、地質利用與封存類和化工與生物利用類。2.1.3CCUS對碳中和的貢獻為減緩全球變暖，中國承諾2030年前碳排放達峰，2060年前實現碳中和?！半p碳”目標到2060年，CCUS技術將貢獻我國累計碳減排總量的8%，全球碳捕集總量的50%。國際能源署預測我國能源轉型壓力較重且化石能源主體地位短時間內不會改變，CCUS是實現化石能源大規模直接減排的關鍵技術。CCUS的貢獻2.2CO2捕集技術與方法采用液體處理氣體混合物，在氣-液相接觸過程中，氣體混合物中的一種或數種溶解度大的組分進入液相中，混合氣體分離液化的過程。液體吸收直接從大氣從捕集CO2，并將其利用或封存的過程?？諝獠都捎酶逤O2吸附量、吸附速度快、選擇性和穩定性良好的吸附劑通過變溫、變壓、變濕、真空、蒸汽吹掃等手段碳捕集的吸附過程。固體吸附2.2.1液體吸收僅通過CO2在吸收劑中的物理溶解實現CO2吸收的方法。優點：物理吸收劑沒有腐蝕性，設備成本低；吸收過程能耗集中在溶劑循環泵和循環氣體壓縮機，運營成本低。CO2分壓通常大于350kPa，且氣流初始溫度不高時，考慮選擇物理吸收法(1)物理吸收法堿性吸收劑有選擇性地與混合煙氣中CO2發生化學反應，生成不穩定鹽類，如碳酸鹽、碳酸氫鹽、氨基甲酸鹽等。一般分為有機胺法、熱鉀堿法、氨法、離子液體法、相變吸收劑法和酶促法。其中有機胺法捕集CO2是最為常見的工藝。(2)化學吸收法2.2.2固體吸附低溫CO2吸附劑需具備的條件包括：優先選擇吸附CO2；有較高的CO2吸附容量；使用壽命較長，有較高商業價值。（1）低溫吸附法（<200℃）中高溫吸附材料主要有水滑石類化合物，鋰基陶瓷材料、氧化鈣及堿金屬類化合物。（2）中高溫吸附劑（≥200℃）2.2.3空氣捕集(1)定義直接空氣捕集CO2是直接從大氣從捕集CO2，并將其利用或封存的過程。(2)分類主要分為高溫溶液吸收和低溫吸附兩種形式。高溫溶液吸收利用一定濃度的高堿性溶液，如Ca(OH)2、NaOH或KOH溶液，吸收CO2并生成未定的碳酸鹽，并且使用高溫熱源進行再生。低溫吸附法在常溫常壓條件下吸附空氣中的CO2，并在較低的溫度（80~100℃）下進行吸附劑的再生。2.3CO2利用技術與方法CO2利用技術是指利用高于大氣濃度的CO2生產具有經濟價值產品的工業過程。（1）分為礦化利用、地質利用、化學利用和生物利用。（2）最早CO2大規模工業化利用技術是CO2-EOR，美國得克薩斯州20世紀70年代進行了首次現場試驗，目前已發展為應用規模最大的CO2利用技術。（3）CO2可直接用于碳酸飲料、工業保護氣、植物氣肥、紙漿和廢水處理、超臨界萃取、消防安全、提高石油采油率等多項工業領域。04定義分類應用最廣的CO2利用技術CO2資源化利用2.3CO2利用技術與方法CO2礦化是指利用富含鈣、鎂的天然礦物或堿性固體廢棄物與CO2進行礦化反應，將CO2以碳酸鹽的形式進行固定的一種技術。礦化利用CO2化學利用是將CO2作為碳源，通過加氫等反應還原生成合成氣，甲醇、甲酸、低碳烷烴等燃料或化學品?；瘜W利用CO2生物利用技術指以CO2為原料、以生物轉化為主要手段生產目標產物的過程。生物利用分為強化采油、強化采氣、強化煤層氣開采、強化地熱開采、地浸采油、強化采水等。地質利用2.4CO2封存技術與方法

2.4.1地質封存技術：將CO2注入特定地質體中實現永久封存。CO2注入地層后，受儲層非均質性和浮力作用，聚集在地質體（背斜、阻斷隔層、地層尖滅等）頂部的封蓋層下方，形成地質構造捕獲。CO2注入地層后驅替原位流體（如地層水或烴類物質），在浮力和壓力梯度的作用下運移，CO2氣泡受毛管力作用被封隔在孔隙空間內無法移動，形成殘余氣捕獲，實現長期封存。溶解捕獲：CO2在巖石孔隙中運移與地層水或原油接觸后溶解，通過分子擴散的方式溶解于地層流體中該過程非常緩慢。礦化捕獲：CO2與地層水中的離子發生反應生成碳酸鹽礦物，是最穩定的儲存形式，但是耗時通常需要幾千至數萬年。地質和構造捕獲殘余氣捕獲溶解捕獲和礦化捕獲封存地質體(1)深部咸水層一般為深度800m以下的具有較高孔隙度和滲透率的地下咸水層中。我國深部咸水層的地質封存潛力巨大，占總封存潛力的90%以上。(2)油氣藏具有良好的圈閉條件、勘探程度高、埋藏較深，具有完備的井場設備、運輸官網和其他配套設施，CO2注入后可處于超臨界狀態。(3)煤層發育有許多微孔，這些微孔能夠充分、牢固地吸收CO2分子，實現CO2地質封存。煤層的低滲透性和厚度較薄限制了其封存能力。其