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CCUS（二氧化碳捕集、利用與封存）是目前實(shí)現(xiàn)化石能源零碳利用的唯一途徑，是碳中和必不可少的技術(shù)選擇。經(jīng)過多年努力，中國石化打造了化學(xué)法捕集、驅(qū)油-封存及檢測、咸水層封存的試驗(yàn)測試平臺，研發(fā)形成了二氧化碳捕集、管輸、驅(qū)油、咸水封存等全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)，建立了包括捕集、輸送、地質(zhì)利用與封存、化學(xué)轉(zhuǎn)化、碳足跡研究等多專業(yè)的一體化研究團(tuán)隊。目前，我國首個百萬噸級CCUS全流程項(xiàng)目——齊魯石化—勝利油田CCUS項(xiàng)目已全面建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國CCUS技術(shù)和工程示范進(jìn)入了一個新的階段。在中國石化近日舉辦的科技創(chuàng)新未來發(fā)展論壇上，中國工程院院士李陽總結(jié)了中國石化CCUS技術(shù)進(jìn)展，展望了我國CCUS技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢。本版整理刊發(fā)，敬請關(guān)注。

本版文字由本報記者 程 強(qiáng) 整理

捕集

國內(nèi)首套100萬噸/年二氧化碳回收利用項(xiàng)目全景。 曹業(yè)琦 攝

二氧化碳的捕集，有物理吸收法、化學(xué)吸收法、深冷分離法、膜分離法、吸附法等方法，中國石化均開展了相關(guān)研究，并針對燃煤電廠、煉化廠和高碳天然氣三種主要排放源，形成了以醇胺吸收法為主的捕集技術(shù)，分別建成了捕集示范項(xiàng)目。

其中，燃煤電廠是我國主要的碳排放源，其特點(diǎn)是二氧化碳濃度低，約為14%，捕集難度大。中國石化開發(fā)了Ma-2復(fù)合吸收劑，以MEA（乙醇胺，常用作酸性氣體，如二氧化碳的吸收劑，具有吸收速率快、價格低等特點(diǎn)）法為主，輔助活性胺、緩蝕劑、抗氧化劑等成分，同時研發(fā)了解吸溶液多梯級熱能利用節(jié)能工藝，有效降低再生能耗和循環(huán)水用量。

利用中國石化燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集技術(shù)，示范工程二氧化碳捕集率＞80%，二氧化碳純度≥99.5%，再生能耗為2.4吉焦/噸二氧化碳。

可以相比較的是，全球首個燃煤電廠百萬噸級二氧化碳捕集與封存工程——加拿大邊界大壩項(xiàng)目，再生能耗為3.0吉焦/噸二氧化碳；全球最大燃煤電廠二氧化碳捕集與驅(qū)油封存商業(yè)化工程——美國佩特拉諾瓦項(xiàng)目，再生能耗為2.4吉焦/噸二氧化碳。

利用

二氧化碳可以作為能源載體利用。作為能量輸送的物理載體，二氧化碳可以用來開發(fā)地?zé)豳Y源，可以作為熱力循環(huán)發(fā)動機(jī)的工質(zhì)。作為化學(xué)利用載體，二氧化碳可用于燃料電池。

二氧化碳可以耦合轉(zhuǎn)化利用，還可以多聯(lián)產(chǎn)碳利用物質(zhì)轉(zhuǎn)化，構(gòu)建低碳和零碳產(chǎn)業(yè)鏈。

中國石化南化院完成二氧化碳加氫合成甲醇的中試裝置，實(shí)現(xiàn)甲醇單程收率＞35%。與煤化工耦合后，能效提高10.5%，二氧化碳排放減少85%，甲醇產(chǎn)量增加124%。

中國石化二氧化碳驅(qū)油利用主要針對兩種類型油藏：低滲透油藏和高含水油藏，都進(jìn)行了大量的現(xiàn)場試驗(yàn)，并且都見到了好的效果。

近年來，新探明儲量中，低滲透儲量占到2/3以上，而低滲透油藏注水開發(fā)存在“水注不進(jìn)、油采不出”難題。利用二氧化碳驅(qū)油，一方面，二氧化碳分子直徑小于水分子，提高了注入能力；另一方面，通過高壓注入，可以使二氧化碳與地下原油形成混相，擴(kuò)大了波及體積，可提高采收率10~20個百分點(diǎn)。

華東油氣在草舍低滲透油藏實(shí)施連續(xù)注氣混相驅(qū)，從2005年7月開始，累計注入液體二氧化碳近18萬噸，累計增油近8萬噸，換油率2.25，已提高采收率10.2個百分點(diǎn)，預(yù)計最終提高采收率15.2個百分點(diǎn)。

我國東部油區(qū)經(jīng)過幾十年開采，普遍進(jìn)入高含水階段。室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二氧化碳在超臨界狀態(tài)下具有親水性，能夠穿透水膜進(jìn)入油中，油溶解二氧化碳后逐步膨脹，進(jìn)而排驅(qū)水膜，導(dǎo)致水膜被突破。高含水油藏二氧化碳驅(qū)技術(shù)在中原油田應(yīng)用，收到提高采收率6個百分點(diǎn)以上的效果。

此外，二氧化碳還可以用來前置壓裂，助力我國陸相頁巖油高效開發(fā)。礦場試驗(yàn)表明，濟(jì)陽頁巖油前置二氧化碳可以降低破裂壓力9兆帕。超臨界二氧化碳壓裂制造的縫比滑溜水壓裂制造的縫窄，因此更易誘發(fā)層理面剪切破壞，使人工裂縫轉(zhuǎn)向，從而增加裂縫復(fù)雜程度?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，裂縫復(fù)雜程度翻了一番多。

封存

華東石油局員工操作壓裂車向地層注入二氧化碳。 周 劍 攝

在二氧化碳地質(zhì)利用和封存過程中，長期封存安全性是影響封存項(xiàng)目的核心問題。對此，中國石化形成了封存安全評價與監(jiān)測技術(shù)。地質(zhì)方面，可監(jiān)測與評價斷層的發(fā)育及封閉性，儲層、蓋層的地質(zhì)及巖石力學(xué)特征。工程方面，可監(jiān)測與評價井筒完整性、應(yīng)力變化、地面工程。整個封存可實(shí)現(xiàn)空中、地面、地下三個層次，氣體、液體、固體三種介質(zhì)，以及事前、事中、事后三個維度的全方位監(jiān)測與評價。

目前，中國石化已形成包括油藏篩選評價、數(shù)值模擬與實(shí)時跟蹤調(diào)整、化學(xué)輔助、注采工藝、防腐、產(chǎn)出氣回收等技術(shù)在內(nèi)的二氧化碳驅(qū)油利用與封存全流程技術(shù)體系。

特別是產(chǎn)出氣回收方面，中國石化針對驅(qū)油過程中不同開發(fā)階段采出氣的規(guī)模和二氧化碳含量，形成了不同的產(chǎn)出氣回收再注入利用模式，開發(fā)了變壓吸附脫碳、低溫液化精餾、直接增壓回注等技術(shù)，研制了超臨界壓縮機(jī)等裝備，具有流程簡單、設(shè)備少、能耗低的特點(diǎn)，將產(chǎn)出的二氧化碳全部利用。

輸送

2021年7月5日，中國石化正式啟動建設(shè)我國首個百萬噸級CCUS全流程項(xiàng)目——齊魯石化—勝利油田CCUS項(xiàng)目。該項(xiàng)目是目前我國規(guī)模最大的CCUS全流程項(xiàng)目，也是石化行業(yè)零碳產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建示范項(xiàng)目，標(biāo)志著我國CCUS技術(shù)和工程示范進(jìn)入了一個新的階段。該項(xiàng)目目前已全面建成投產(chǎn)。

該項(xiàng)目還建成了我國首條大規(guī)模二氧化碳輸送管道，全長109公里，起自齊魯石化首站，終至高青末站，后經(jīng)支線輸往各注入站。

此前，我國二氧化碳輸送管道以小規(guī)模、氣相輸送為主。該管道規(guī)模達(dá)百萬噸/年，輸送超臨界狀態(tài)二氧化碳。二氧化碳要想保持超臨界狀態(tài)，壓力須高于7.3兆帕，該管道設(shè)計壓力12兆帕，實(shí)現(xiàn)高壓常溫密相輸送。

中國石化研發(fā)了二氧化碳管道工藝動態(tài)仿真軟件，建立了基于壓力控制的管輸工藝孿生仿真平臺，研制了低溫增壓泵、40兆帕高壓注入泵等首臺（套）設(shè)備，實(shí)現(xiàn)二氧化碳從捕集端到注入井口“泵到泵”連續(xù)注入，極大提高了二氧化碳輸送和注入效率及壓能的利用，補(bǔ)齊了我國CCUS全鏈條規(guī)?；l(fā)展的技術(shù)短板。

該示范工程動用儲量2500多萬噸，預(yù)計15年累計注氣超千萬噸，累計增油近300萬噸，提高采收率11.6個百分點(diǎn)。

技術(shù)

在CCUS全流程中，捕集成本占總成本的65%~70%，而目前捕集能耗高、成本高，因此要研發(fā)形成低能耗、低成本的捕集技術(shù)。二氧化碳濃度小于15%的低濃度排放源，碳排放量占總量的85%，因此，重點(diǎn)是研發(fā)新一代吸收劑，包括復(fù)合胺、離子液體、相變吸收劑等，以及膜分離和膜吸收等捕集技術(shù)。

目前使用的技術(shù)，再生能耗在2.4~2.7吉焦/噸二氧化碳。近年來，中國石化經(jīng)過研發(fā)，形成基本成熟的新技術(shù)，再生能耗可以降為2.0~2.2吉焦/噸二氧化碳，準(zhǔn)備開展示范應(yīng)用。同時，中國石化也已著手研究再生能耗低于1.5吉焦/噸二氧化碳的CCUS技術(shù)體系。

CCUS技術(shù)的研發(fā)要突出捕集-轉(zhuǎn)化一體化，加強(qiáng)技術(shù)的交叉融合，特別是化學(xué)轉(zhuǎn)化與生物轉(zhuǎn)化的融合，前者效率高，后者選擇性好，二者融合可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)液體燃料及化學(xué)品可持續(xù)綠色制造，這也是目前國際上的發(fā)展趨勢。

產(chǎn)業(yè)

國外提出的是CCS，以地質(zhì)封存為主導(dǎo)，沒有收入，投入和運(yùn)行費(fèi)用比較高。我國提出CCUS，強(qiáng)調(diào)“U”，通過利用使碳資源化，“以用減排”增加碳匯，通過利用獲取收入，降低運(yùn)行費(fèi)用。更關(guān)鍵的是，通過利用可以使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)耦合，重塑工藝流程，形成新的生產(chǎn)力。

根據(jù)國家能源和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，分析消費(fèi)側(cè)碳排放特征，建立能源、產(chǎn)業(yè)及CCUS之間交互關(guān)系模型，構(gòu)建CCUS固碳計算方法，評價CCUS在“雙碳”進(jìn)程中的貢獻(xiàn)為：到2060年CCUS技術(shù)減排貢獻(xiàn)量10.4億噸。其中，到2025年建成多個基于現(xiàn)有技術(shù)的工業(yè)示范項(xiàng)目并具備工程化能力，到2030年實(shí)現(xiàn)規(guī)模驅(qū)油利用和封存，到2050年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地質(zhì)封存和化學(xué)固碳利用。

我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)直接碳排放占全國的39%，加上使用電和熱，碳排放占比在60%~70%。工業(yè)領(lǐng)域特別是難脫碳產(chǎn)業(yè)須加快CCUS技術(shù)利用，推動產(chǎn)業(yè)重塑，構(gòu)建零碳/負(fù)碳產(chǎn)業(yè)鏈，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

我國含油氣盆地分布范圍廣，有多個油氣藏及大量咸水層，具有萬億噸級的二氧化碳封存潛力，兼具良好的“源-匯”匹配性。通過“源-匯”優(yōu)化，建設(shè)“驅(qū)油封存中心”，形成二氧化碳捕集、輸送、利用、封存產(chǎn)業(yè)集群，可推動CCUS規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、集群化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展。

二氧化碳地質(zhì)封存可利用的地下空間類型多樣，因此要進(jìn)行地下空間的優(yōu)化，開展安全性及降低成本的研究，攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

二氧化碳捕集和利用有很多場景，應(yīng)建立不同場景下的碳足跡評價模型，進(jìn)行碳排放核算與核查，加快建設(shè)碳交易體系，實(shí)現(xiàn)碳利用的價值化。

當(dāng)前階段，應(yīng)注重CCUS技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)建設(shè)，包括技術(shù)鏈創(chuàng)新、技術(shù)與產(chǎn)業(yè)融合、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、完善政策法規(guī)、開展國際合作等，推動形成國家創(chuàng)新高地。

國內(nèi)首口萬噸級二氧化碳壓吞井沙垛1斜井。沈志軍 攝