Что такое CCUS?

Углекислыйгаз (CO2) улавливается, используется и хранится (CCUS) — это процесс, который отделяет CO2 от промышленных процессов, энергопотребления или атмосферы, непосредственно используется или вводится в пласт для достижения постоянного сокращения выбросов CO2. CCUS добавил « Utilization (Utilization) » на основе улавливания и хранения углекислого газа (CCS), концепция, которая была сформирована по инициативе Китая и Соединенных Штатов с развитием технологии CCS и углублением понимания технологии CCS, в настоящее время получила широкое международное признание. В соответствии с техническими процессами CCUS делится на улавливание, транспортировку, использование и хранение.

Под улавливанием CO2 понимается процесс выделения CO2 из промышленного производства, энергопотребления или атмосферы, который в основном подразделяется на улавливание до сжигания, улавливание после сжигания, сжигание обогащенного кислородом топлива и улавливание в химической цепи.

Транспортировка CO2 — это процесс транспортировки улавливаемого CO2 на пригодные для использования или хранения участки. В зависимости от вида транспорта он подразделяется на цистерны, морские перевозки и трубопроводные перевозки, в которых цистерны перевозятся как автомобильным, так и железнодорожным транспортом.

Использование CO2 — это процесс ресурсизации улавливаемого CO2 с помощью технических средств. В зависимости от инженерно — технических средств его можно разделить на геологическое использование CO2, химическое использование CO2 и биологическое использование CO2. Среди них геологическое использование CO2 — это вливание CO2 в землю, что, в свою очередь, реализует процесс интенсификации производства энергии и содействия добыче ресурсов, таких как повышение коэффициента добычи нефти и газа, разработка геотермальных, глубокосоленых (галогенных) вод, урановых руд и других различных типов ресурсов.

Закрытие CO2 — это процесс, при котором улавливаемый CO2 вводится в глубокий геологический коллектор инженерно — техническими средствами для достижения долгосрочной изоляции CO2 от атмосферы. В зависимости от места хранения, его можно разделить на наземное и морское хранение; В зависимости от геологических пломб, можно разделить на хранение соленого водоносного горизонта, хранение истощенных нефтегазовых залежей и так далее.

улавливание и секвестрация углерода в биомассе (BECCS) и прямое улавливание и секвестрация углерода в воздухе (DACCS) были высоко оценены как отрицательные углеродные технологии. BECCS — это процесс улавливания, использования или хранения CO2, образующегося при сжигании или преобразовании биомассы, в то время как DACCS — это процесс улавливания, использования или хранения CO2 непосредственно из атмосферы.

Технология CCUS и основные типы схем

улавливание углекислого газа

Основная задача технологии улавливания углекислого газа заключается в сборе углекислого газа, производимого « крупными эмитентами углерода», такими как сжиженный природный газ, водородные заводы, сталелитейные заводы, цементные заводы, электростанции и нефтеперерабатывающие заводы, и хранении его различными способами, чтобы избежать его выбросов в атмосферу. Ключевым моментом является решение проблемы улавливания углекислого газа в производственных процессах. В настоящее время улавливание CO2 обычно осуществляется несколькими способами:

1.После сжигания улов

Основным методом используемым в стране является улавливание после сжигания. Углекислый газ, улавливаемый в дымовых газах, выбрасываемых после сжигания, улавливается методом поглощения растворов, методом поглощения твердых веществ, методом поглощения мембран и т.д. и более подходит для производства тепловой энергии.

Преимущества: масштаб преобразования небольшой, оборудование компактное.

Недостатки: Высокое энергопотребление, высокая стоимость, низкая эффективность.

2.Добыча до сжигания

Введение кислорода или воздуха в общую систему комбинированного цикла газификации позволяет газифицировать сырье, такое как уголь и топливо из биомассы, под высоким давлением, а затем преобразовать воду в газ, производя углекислыйгаз и водород. На данный момент давление и концентрация углекислого газа высоки, и его легко улавливать.

Преимущества: системы малы по объему, энергопотребление низкое, эффективность высокая.

Недостатки: высокая стоимость инвестиций, надежность необходимо повысить.

3.Сжигание обогащенным кислородом

Благодаря кислородной технологии азот из воздуха удаляется, непосредственно сжигается с использованием высокой концентрации кислорода и выбросов дымовых газов, что повышает эффективность горения (около 17% — 35%), повышает чистоту углекислого газа и уменьшает образование побочных продуктов, таких как окись углерода.

Преимущества: энергосбережение и охрана окружающей среды.

Недостатки: требования к операционной среде, производство кислорода очень сложно.

4.Способ поглощения раствора

Растворительное поглощение также является основным методом, используемым в стране. В основном используются растворители, такие как этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, диизопропаноламин и метамфетамин.

Преимущества: скорость поглощения, высокая степень очистки, высокая скорость рекуперации углекислого газа.

Недостатки: высокая энергоемкость регенерации растворителя, сильная коррозионная способность растворителя.

5.Метод поглощения твердых веществ

В основном используются активированный уголь, молекулярное сито, водный тальк, клеточные гидраты, силикаты, карбонаты и другие вещества.

Преимущества: большая абсорбционная способность, более низкое потребление энергии, меньшая коррозионная способность.

Недостатки: низкая скорость рекуперации CO2.

6.Поглощение мембраны

Мембранная абсорбция представляет собой комбинацию мембранной и химической абсорбции, в основном с использованием технологии микропористой мембраны, которая изолирует смесь от абсорбционной жидкости, полагаясь на селективное поглощение абсорбционной жидкости с другой стороны мембраны для разделения углекислого газа в смеси.

Преимущества: низкое энергопотребление, простая эксплуатация.

Недостатки: высокие инвестиции, незрелость индустриализации.

В качестве примера возьмем химическую абсорбцию улавливания после сжигания, улавливание углекислого газа должно проходить через обезуглероживание — регенерацию поглощения — компрессионную сухую обработку — рециркуляцию и другие аспекты, включая башни поглощения дымовых газов, теплообменники и другое оборудование.

Использование и хранение диоксида углерода

Что нам нужно сделать, чтобы улавливать углекислыйгаз, который мы получаем? Как правило, используются два способа: использование и хранение.

Использование yглекислый газ

1.Нефтепровод

Принцип: При добыче сырой нефти необходимо надавливать сырую нефть со дна земли для повышения коэффициента извлечения, обычно с использованием гидравлического давления или других газов, и теперь можно использовать улавливаемый углекислыйгаз для вытеснения нефти.

Недостатки: этот метод не может быть запечатан, и улавливаемый углекислыйгаз также бежит в атмосферу.

2.Каталитическая реакция

Принцип: каталитическое восстановление улавливаемого углекислого газа и водорода до метанола.

Недостатки: высокая стоимость, компоненты для получения углекислого газа недостаточно чисты, катализаторы реакции недостаточно эффективны.

3.Фотосинтез

Принцип: Введите улавливаемый углекислыйгаз в теплицы растений, чтобы концентрация углекислого газа в них достигала более чем в несколько раз атмосферы, усиливая фотосинтез растений, ускоряя рост растений, потребляя углекислыйгаз и генерируя кислород.

Недостатки: коэффициент использования крайне низок.

Консервация углекислого газа

1.Геологическое хранение

Принцип: При переносе улавливаемого углекислого газа на более глубокие геологические слои (например, зрелые или истощенные геологические структуры газовых месторождений, глубокие солончаково — щелочные водоносные горизонты, заброшенные угольные пласты) давление преобразует углекислыйгаз в «сверхкритическую жидкость», которая делает его менее подверженным утечке.

Недостатки: подходящая геологическая структура ограничена, способ инжекции нелегкий.

2.Океаническое хранение

Принцип: улавливаемый углекислыйгаз транспортируется по пароходам и трубопроводам на глубоководное морское дно для хранения в морской воде.

Недостатки: Высокая концентрация углекислого газа убивает бентические организмы, легко приводит к подкислению морской воды и так далее.

Китай уже обладает инженерными возможностями для крупномасштабного улавливания, использования и хранения CO2 и активно готовит промышленный кластер CCUS для всего процесса. Технологии CCUS значительно продвинулись вперед, и некоторые из них уже имеют потенциал для коммерческого применения.

Технология улавливания: Степень зрелости технологии улавливания CO2 сильно различается, в настоящее время метод физической абсорбции до сжигания уже находится в стадии коммерческого применения, метод химической адсорбции после сжигания все еще находится в стадии испытания, а большинство других технологий улавливания находятся на стадии промышленной демонстрации. Технология улавливания после сжигания является самой зрелой технологией улавливания, которая может быть использована для декарбонизации большинства тепловых электростанций. В настоящее время строится демонстрационный проект по улавливанию и хранению 150 000 тонн углерода, осуществляемый электростанцией Guohua Jinjie. В настоящее время это крупнейший в Китае демонстрационный проект по улавливанию и хранению углерода после сжигания угольной электростанции.

Система улавливания до сжигания является относительно сложной, и технология комбинированного цикла общей газификации (IGCC) является типичной системой, которая может улавливать углерод до сжигания. Внутренние проекты IGCC включают в себя проект IGCC Huaneng Tianjin и исследовательский центр Lianyungang для систем чистой энергии. Технология обогащенного кислородом сжигания является одной из наиболее перспективных технологий крупномасштабного улавливания углерода на угольных электростанциях, производящих более высокую концентрацию CO2 (около 90% — 95%) и более легкую для захвата.

Технология обогащенного кислородом сжигания быстро развивается и может быть использована для строительства новых угольных электростанций и частично реконструированных тепловых электростанций. В настоящее время первое поколение технологий улавливания углерода (технология улавливания после сжигания, технология улавливания до сжигания, технология обогащенного кислородом сжигания) становится все более зрелым, основными узкими местами являются высокая стоимость и энергопотребление, отсутствие широкого опыта крупномасштабных демонстрационных проектов; Технологии второго поколения (например, новая технология разделения мембран, новая технология поглощения, новая технология адсорбции, технология сжигания кислорода с наддувом и т. Д.) все еще находятся в стадии лабораторных исследований и разработок или небольших испытаний, после того, как технология созреет, ее потребление энергии и стоимость будут более чем на 30% ниже, чем зрелая технология первого поколения, и ожидается, что к 2035 году она будет широко распространена и применена.

Технология транспортировки: В существующей технологии транспортировки СО2 технология перевозки цистерн и судов достигла стадии коммерческого применения, главным образом для транспортировки СО2 в объеме до 100 000 тонн в год.

Существующие демонстрационные проекты CCUS в Китае невелики по масштабам и в основном используют цистерны для транспортировки. Часть CO2 из Восточно — Китайского нефтегазового месторождения и Лишуйского газового месторождения транспортируется морем. Трубопроводная транспортировка все еще находится в середине испытательного этапа, Цзилиньское нефтяное месторождение и Qilu Petrochemic используют дорожные трубопроводы для транспортировки CO2. Стоимость транспортировки по подводным трубопроводам на 40 — 70% выше, чем по наземным трубопроводам. В настоящее время технология транспортировки CO2 по подводным трубопроводам не имеет опыта и все еще находится на стадии исследований в Китае.

Технология использования и хранения: в технологии геологического использования и хранения CO2 технология выщелачивания урана CO2 достигла стадии коммерческого применения, EOR находится на стадии промышленной демонстрации, EWR завершила пилотные экспериментальные исследования, ECBM завершила промежуточные экспериментальные исследования, минерализация уже находится на стадии промышленных испытаний, технология обогащения CO2 природным газом и усиленной добычи сланцевого газа все еще находится на стадии фундаментальных исследований.

Китайские проекты CO2 — EOR сосредоточены в восточной, северной, северо — западной и западной частях вблизи нефтяных месторождений и в прибрежных районах Китая. В Ордосе, Государственная энергетическая корпорация, 100 000 т / год хранения соленого слоя CO2 в 2015 году выполнила целевой показатель инъекции 300 000 т и прекратила инъекции. Государственная энергетическая группа Huajinjie электростанция 150 000 тонн / год после сжигания CO2 после полного процесса демонстрационного проекта, предлагается улавливать CO2 для хранения соленого водоносного горизонта, все еще находится в стадии строительства.

Проект экспериментальной зоны CO2 — EOR нефтяного месторождения Диньбянь в Юлин, провинция Шэньси

В июле 2021 года Sinopec официально приступила к строительству первого в Китае мегатонного проекта CCUS (проект Qilu Petrochemical — Change Oil CCUS), который, как ожидается, станет крупнейшей демонстрационной базой всей промышленной цепочки CCUS в Китае. Институт технологической инженерии Китайской академии наук в провинции Дачжоу, провинция Сычуань, провел 50 000 тонн / год проекта промышленной сертификации шлака; Чжэцзянский университет и другие в Хэнаньской компании Qiangnai Newsney Technologies Co., Ltd. провели промышленный экспериментальный проект по глубокой минерализации CO2 и сохранению строительных материалов класса 10 000 тонн; Сычуаньский университет совместно с Sinopec и другими компаниями добился значительного прогресса в разработке технологии производства композитных удобрений на основе серы в сочетании с прямой минерализацией фосфора и гипса с низкой концентрацией CO2. Китайская технология использования CO2 в химической промышленности достигла больших успехов, появилось большое количество новых технологий, таких как электрокатализ и фотокатализ. Тем не менее, в сочетании систем улавливания СО2 после сжигания с химическими преобразователями все еще есть некоторые технические узкие места, которые еще не преодолены. Биологическое использование сосредоточено главным образом на закреплении микроводорослей и использовании газовых удобрений.

Состояние CCUS в Китае

Китай ввел в эксплуатацию или строит около 40 демонстрационных проектов CCUS с мощностью улова 3 млн. тонн в год. В основном это мелкомасштабная демонстрация улавливания и дренажа нефти в нефтяной, угольной и энергетической отраслях, отсутствие крупномасштабного сочетания различных технологий для демонстрации индустриализации всего процесса. С 2019 года основные события заключаются в следующем:

улавливание: новый проект улавливания CO2 после сжигания 150 000 тонн в год на электростанции Huajinjianjie в стране Национальной энергетической группы; На газовом месторождении CNOOC Lishui 36 — 1 осуществляется проект по разделению, сжижению и производству сухого льда CO2, масштаб улавливания 50 000 тонн в год, мощность 250 000 тонн в год.

Геологическое использование и консервация: Guohua Jinjianjie Energy планирует запечатать улавливаемый CO2 в соленом слое воды, некоторые проекты CO2 — EOR будут расширены.

Химическое, биологическое использование: 200 000 т / год проект по биоиспользованию углекислого газа CO2 для закрепления микроводорослей; 10 000 т / год Проект по минерализации бетона для сохранения CO2; 3000 т / год проект по химическому использованию шлака методом карбонизации.

Китай уже обладает инженерными возможностями для крупномасштабного улавливания, использования и хранения CO2 и активно готовит промышленный кластер CCUS для всего процесса. Демонстрационный проект национальной энергетической группы Oldos CCS успешно провел демонстрацию всего процесса CCS в объеме 100 000 тонн в год. Проект EOR в Цзилиньском нефтяном месторождении является единственным китайским проектом из 21 крупного проекта CCUS, действующего в мире, и крупнейшим проектом EOR в Азии, в который было введено более 2 миллионов тонн CO2. В 2019 году началось строительство демонстрационного проекта по полному процессу улавливания и хранения CO2 после сжигания 150 000 тонн / год на электростанции Huajinjie в Национальной энергетической корпорации, которая станет крупнейшим демонстрационным проектом CCUS на угольной электростанции в Китае. В июле 2021 года Sinopec официально начала строительство первого в Китае мегатонного проекта CCUS (Qilu Petrochemic — проект CCUS на месторождении Шэнли).

Технологические проекты CCUS в Китае охватывают 19 провинций, а отрасли добычи и типы хранения и использования разнообразны. В Китае в рамках 13 демонстрационных проектов по чистому улавливанию с участием электростанций и цементных заводов общий объем улавливания СО2 составил 856,5 млн. т в год, а в рамках 11 проектов по геологическому использованию и хранению СО2 — 182,1 млн. т в год, из которых в рамках EOR используется около 1,54 млн. т в год. Источники улавливания CO2 в Китае охватывают различные технологии, такие как улавливание до, после и после сжигания на угольных электростанциях, улавливание после сжигания на газовых электростанциях, улавливание CO2 в угольной химической промышленности и улавливание после сжигания выхлопных газов в цементных печах. Закрытие и использование CO2 связано с хранением соленого слоя, EOR、 Высвобождение пластового газа (ECBM), выщелачивание урана, минерализация CO2, синтез разлагаемых полимеров CO2, переработка синтетического газа и фиксация микроводорослей и т.д.

Проект улавливания углекислого газа на цементном заводе Баймашань

Инъекция устья цистерны с углекислым газом на Синьцзянском нефтяном месторождении — начало проекта

Нефтяное месторождение Цзилинь в Китае

Шаньдунская голубая экологическая группа Улавливание, использование и секвестрация углекислого газа были включены в ядро развития, благодаря непрерывной зрелости технологий, чтобы способствовать достижению цели « двойного углерода», чтобы внести свой вклад.