碳捕集利用與封存技術(shù)（CCUS）

CCUS技術(shù)是一種針對(duì)溫室氣體的減排技術(shù)，能夠大幅減少使用化石燃料的溫室氣體排放，涵蓋CO2捕集、運(yùn)輸、利用與封存4大環(huán)節(jié)（圖1）。

目前，CCUS技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在捕集環(huán)節(jié)，主要有燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒和化學(xué)鏈燃燒技術(shù)[1-2]。在運(yùn)輸環(huán)節(jié)，CO2可以通過管道、船舶、鐵路/公路等多種方式進(jìn)行運(yùn)輸。在利用與封存環(huán)節(jié)，可以將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品，如水泥、鋼鐵、化肥等，同時(shí)也可以將CO2封存于地下巖層中[3]。

國(guó)外規(guī)模化的典型項(xiàng)目主要集中在歐美和澳洲國(guó)家。加拿大是全球最大的油砂生產(chǎn)國(guó)之一，油砂是一種非常規(guī)的石油資源。加拿大政府在油砂領(lǐng)域?qū)嵤┝硕囗?xiàng) CCUS項(xiàng)目，通過將捕集的 CO2注入油砂中，可以促進(jìn)油砂的開采和生產(chǎn)，同時(shí)也可以提高石油的采收率。此外，CO2的注入還可以將碳存儲(chǔ)在地下，減少溫室氣體排放。例如 Suncor Energy（森科能源）公司的碳捕集和封存項(xiàng)目、Syncrude Canada（加拿大合成油公司）公司的低排放項(xiàng)目以及邊界大壩（Boundary Dam）項(xiàng)目等。

為了減少溫室氣體排放和提高能源效率，美國(guó)政府在煤炭行業(yè)中實(shí)施了多個(gè)CCUS項(xiàng)目，其中之一是在美國(guó)懷俄明州運(yùn)營(yíng)的 Petra Nova（佩特拉諾瓦）項(xiàng)目。該項(xiàng)目是美國(guó)和日本合作的一個(gè)大型 CCUS項(xiàng)目，實(shí)施地在德克薩斯州的西部牧場(chǎng)油田，由NRG能源公司和日本JX Nippon（新日本石油公司）合作進(jìn)行，每年捕集純度為 99% 的 CO2為 160×104 t，通過管道輸送至西部牧場(chǎng)油田，用于提高石油的采收率。

澳大利亞政府在煤炭行業(yè)中實(shí)施了多個(gè) CCUS項(xiàng)目。其中一個(gè)重要的項(xiàng)目是在澳大利亞昆士蘭州運(yùn)營(yíng)的 Gorgon 項(xiàng)目，捕集液化天然氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的 CO2，并將其注入海底地下巖層中，以減少溫室氣體的排放，每年可以儲(chǔ)存超過 160×104 t的 CO2，對(duì)澳大利亞的可持續(xù)發(fā)展具有積極的影響。

歐洲北海地區(qū)是全球重要的石油和天然氣生產(chǎn)區(qū)域之一，擁有豐富的石油和天然氣資源，該地區(qū)實(shí)施了多個(gè) CCUS 項(xiàng)目，例如在挪威運(yùn)營(yíng)的 Snohvit 項(xiàng)目。該項(xiàng)目每年能夠捕集的 CO2約為 70×104 t，對(duì)歐洲北海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有積極的影響。

國(guó)內(nèi)目前也有很多典型CCUS示范項(xiàng)目，如中國(guó)石化啟動(dòng)了中國(guó)首個(gè)百萬噸級(jí) CCUS 項(xiàng)目——齊魯石化-勝利油田 CCUS 項(xiàng)目建設(shè)，項(xiàng)目充分發(fā)揮公司上下游一體化優(yōu)勢(shì)，把齊魯石化捕集的CO2輸送至勝利油田注入地層驅(qū)油并封存，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，每年可減排 CO2為 100×104 t，相當(dāng)于植樹近 900×104棵。此外，中國(guó)石化南化公司（以下簡(jiǎn)稱南化公司）也是國(guó)內(nèi)碳捕集、利用與封存技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，擁有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的CO2捕集技術(shù)，應(yīng)用范圍廣泛，包括傳統(tǒng)的合成氣以及天然氣、煉廠氣、EO/EG（環(huán)氧乙烷/乙二醇）循環(huán)氣、F-T合成循環(huán)氣、各種煙氣、高爐氣、窯氣等領(lǐng)域。目前，中國(guó)石化華東石油局液碳公司與南化公司合作建設(shè)的 CCUS 示范基地分 4 期建設(shè)成每年35×104 t的CO2捕集裝置（圖2）。中國(guó)神華集團(tuán)作為中國(guó)最大的煤炭企業(yè)之一，在煤炭開采和燃燒過程中實(shí)施了多項(xiàng)CCUS項(xiàng)目，先后在內(nèi)蒙古、新疆等地的多個(gè)礦區(qū)，通過捕集并封存礦區(qū)內(nèi)的 CO2，減少了溫室氣體排放，同時(shí)也提高了礦區(qū)的安全性。

國(guó)家電投集團(tuán)在上海、河北等地的多個(gè)發(fā)電廠實(shí)施了碳捕集和封存項(xiàng)目，通過捕集并封存發(fā)電廠產(chǎn)生的CO2，減少了電力行業(yè)中溫室氣體的排放。

根據(jù)《全球碳捕集與封存現(xiàn)狀 2022》報(bào)告顯示，全球 CCUS 行業(yè)市場(chǎng)呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。截至 2022 年，全球共有 196 個(gè) CCUS 商業(yè)設(shè)施，CO2 捕集能力達(dá)2.4×108 t/a，CCUS 技術(shù)體系正在逐步完善和豐富。

在 CO2捕集方面，燃燒后化學(xué)吸收技術(shù)、燃燒前物理吸收技術(shù)等已完成工程示范并投入商業(yè)運(yùn)行，正在研發(fā)基于新型吸收劑的化學(xué)吸收技術(shù)、化學(xué)吸附技術(shù)等。CO2運(yùn)輸方面，管輸規(guī)模已突破百萬噸，管輸壓力邁入超臨界范圍，管輸經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)日漸明顯。CO2利用方面正在由強(qiáng)化石油開采（CO2-EOR）向 CO2化工利用和生物利用拓展，逐步實(shí)現(xiàn)高附加值化學(xué)品合成、生物產(chǎn)品轉(zhuǎn)化等綠色碳源利用方式。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳健, 古共偉, 郜豫川 . 我國(guó)變壓吸附技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J]. 化工進(jìn)展, 1998, 17（1）: 14-17.

[2] 陳旭, 杜濤, 李剛等. 吸附工藝在碳捕集中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2019, 39（增刊1）: 155-163.

[3] 彭一憲 . 精餾與低溫提餾耦合—一種油田二氧化碳驅(qū)產(chǎn)出氣回收新工藝[J]. 油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā), 2012, 2（3）: 42-47.