深度!国内外CCUS发展历程与现状
/ 引言 /
Introduction
碳捕集、利用与封存(carbon capture、utilization and storage,CCUS)作为具有大规模减排潜力的技术,是实现碳中和目标不可或缺的重大技术,一直以来受到全球广泛关注。作为当前仍旧以煤炭为主要消费能源的国家,在我国未来实现碳达峰与碳中和目标的进程中,CCUS 将发挥关键作用。科技创新和进步将是实现碳中和的核心驱动力,也是战略目标实现的根本保障。把握国内外CCUS技术发展的特点和战略布局,对于我国部署CCUS发展重点、确定发展方向和制定相关政策具有重要意义。
国际CCUS发展关键历程
The development of International CCUS
世界上首个CO₂驱油商业化项目由雪佛龙(Chevron)公司在美国德克萨斯州西部的凯利辛德尔(Kelly Snyder)油田的SACROC区块建成投产。凯利辛德尔项目是CCUS实践历史的起点,具有划时代意义,至今运行已经50年。
日本地球创新技术研究所(RITE)也开始布局碳捕集利用与封存技术研发。
政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布第一次气候变化评估报告的补充报告,提出将“CO₂的分离和地质或海洋处置”作为中长期温室气体减排方案之一。
挪威国家石油公司(Statoil)在碳税政策驱动下,在北海地区建成规模为100万吨/年的斯莱普内尔(Sleipner)碳捕集与封存项目。
美国国家地球物理学实验室(NGPL)开始进行地下CO₂封存试验。
IPCC发布CO₂捕集与封存特别报告,正式提出二氧化碳捕集与封存(CCS)的定义。
挪威建成70万吨/年的Snøhvit CO₂地质封存项目,进一步巩固了挪威在CO₂地质封存领域的领先地位。
同年,美国政府制定了CCS项目的税收抵扣(45Q)政策,对实施CO₂驱油和咸水层封存的项目分别给予10美元/吨和20美元/吨的税收抵扣。
这一年,美国通过清洁能源安全法案,对美国的发电厂、炼油厂、化工厂等能源密集型企业进行碳排放限量管理。澳大利亚发起成立全球碳捕集与封存研究院(GCCSI)。
巴西在桑托斯盆地(Santos Basin)的Pre-Salt油田建成CCUS项目。其CO₂来自天然气处理工厂,规模达到460万吨/年。
加拿大萨省电力公司(SaskPower)在距离加美边境不到20公里的埃斯特万(Estevan)郡的边界大坝(Boundary Dam)电厂建成全球首个大规模燃煤电厂烟气CCS全流程项目。
同年,冰岛碳循环国际公司(CRI)在斯瓦辛基(Svartsengi)建成4,000吨/年的CO₂加氢制甲醇商业化装置,其CO₂来自工业过程、氢气来自可再生电力水电解,创造了全球CO₂化学利用技术的一个范例。
全球气候治理取得里程碑式成果——巴黎协定获得通过。
同年,美国政府发布清洁能源计划以限制发电厂碳排放,环保署(EPA)还发布了关于地下注入控制项目的声明,内容包括二类驱油井到六类封存井,为CCUS商业项目的推进减少了很多不确定性。
这一年,加拿大也制定燃煤电厂碳减排条例,同时建成阿尔伯达干线管道(ACTL),成为世界上容量最大CO₂运输基础设施。
阿联酋钢铁公司(Emirates Steel Industries)在阿布扎比(Abu Dhabi)建成全球首个钢铁行业大规模 CCUS全流程项目。
美国政府加大针对CCUS项目的45Q税收抵扣力度,对实施CO₂驱油和咸水层封存的项目分别给予35美元/吨和50美元/吨的税收抵扣额度。
卡塔尔在一个大型液化天然气工厂建成大规模CCUS设施,CO₂捕集和专用地质封存规模达到220万吨/年。
比尔盖茨的突破能源基金(Breakthrough Energy Ventures)和贝佐斯的亚马逊(Amazon)共同投资一家专注于CO₂利用的技术公司CarbonCure,以向建筑工地提供加入CO₂的混凝土为主营业务。
埃克森美孚公司提出建设休斯顿CCUS超级枢纽的设想。该枢纽计划从休斯顿航道的石化和工业设施中捕获CO₂,通过海底管道将其输送至墨西哥湾近海地层封存。
同年,瑞士直接空气捕集(DACCS)技术公司Climeworks与冰岛地质封存公司Carbfix合作,在冰岛西南部一个地热电站附近建成世界上最大的DACCS项目(Orca项目),最大捕集能力为4,000吨/年。
丹柏瑞碳解决方案(Denbury Carbon Solutions)公司和自然资源合作伙伴(Natural Resource Partners)公司签署了一份CO₂封存协议,用于评估和开发位于阿拉巴马州墨西哥湾沿岸一处封存潜力超过3亿吨的永久性CO₂封存场地。
中国CCUS发展关键历程
The development of CCUS in China
大庆油田率先开展了二氧化碳驱油实验研究,相关结果显示该技术有可能将采收率提升10个百分点。这离美国科学家申请世界上第一件二氧化碳驱油技术专利已经过去了13年。
我国从美国、荷兰、法国、日本等国成批引进了十三套大型合成氨装置。这些装置主要采用醇胺法脱除二氧化碳。
华北石油勘察设计院开始关注二氧化碳膜分离技术。此后,浙江大学、中科院大连化物所、天津大学等单位陆续开始关注和研究二氧化碳膜分离技术。
中国石油大庆油田在萨南东部过渡带开辟了二氧化碳驱油试验区。此后,大庆油田先后对多个油层进行了非混相二氧化碳驱油先导性矿场试验,总体取得了降低含水率、提高采收率的效果。
中国石化华东油气分公司凭借黄桥CO₂气藏资源优势,在苏88井开展了CO₂单井吞吐试验,累计注入二氧化碳116吨,提高原油采收率5%以上。
华中科技大学等单位率先启动富氧燃烧基础研究和技术开发,为后续开展富氧燃烧小试、中试研究打下基础。
中国石油大庆油田建成20万吨/年二氧化碳驱油示范项目,从徐深气田天然气净化厂分离二氧化碳并送往两个区块进行驱油试验。
中国海油中联煤层气公司在山西沁水建成二氧化碳驱替煤层气试验项目,总计注入二氧化碳1,000吨。该项目被认为是我国第一个CCUS相关的示范项目。
中国石化华东分公司在江苏东台建成10万吨/年CCUS全流程示范项目,从化工厂捕集二氧化碳并送往华东油气田多个区块进行驱油试验。
国务院发布《国家中长期科学和技术发 展规划纲要(2006-2020年)》。碳捕集、利用与封存技 术(CCUS)被《规划纲要》列为前沿技术之一。
同年起,我国通过国家自然科学基金、863计划等支持的CCUS相关项目逐渐增加,到十一五期末达到40余项。
国务院发布《中国应对气候变化国家方案》,同年,科技部联合国家发改委、外交部等14个部门联合发布《中国应对气候变化科技专项行动》,均将发展 CCUS 列入温室气体减排的重点领域。
2008年
中国石油吉林油田建成我国第一个二氧化碳捕集与驱油示范项目。
2009年
华能集团在上海石洞口第二电厂建成12万吨/年烟气CO₂捕集装置,成为当时世界上最大的燃煤电厂烟气CO₂捕集装置之一。
2010年
国土资源部中国地质调查局开展了全国CO₂地质储存潜力评估工作。
同年,中国石化在胜利油田建成4万吨/年燃煤电厂烟气二氧化碳捕集示范装置。中国电力投资集团也在重庆合川双槐电厂建成1万吨/年烟气二氧化碳捕集示范装置。
这一年,新奥集团在内蒙古达拉特旗建成微藻固碳示范项目,将煤化工尾气中的二氧化碳吸收后,制取生物柴油和生产饲料,处理量达到2万吨/年。
2011年
国家能源集团(原神华集团)在内蒙古鄂尔多斯建成亚洲首个二氧化碳捕集与深部咸水层封存全流程示范项目。
同年,科学部会同国家发改委、财政部、教育部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基 金委员会、中国科协、国家国防科技工业局等有关单位,联合发布了《国家“十二五”科学和技术发展规划》。《规划》中两次提出加强 CCUS 技术研发,包括将 CCUS 技术作为培育和发展节能环保战略性新兴产业的重要技术之一,以及作为支撑可持续发展、有效应对气候变化的技术措施。
2012年
国家能源集团(原国电集团)建成天津北塘电厂烟气CO₂捕集示范项目,年捕集量2万吨/年,捕集后的二氧化碳用于食品行业。
2013年
中科院山西煤化所开展了二氧化碳工业废气加氢合成甲醇高效催化剂和关键设备的研发。华能集团建成中国首个燃气烟气碳捕集试验装置,规模为1,000吨/年。延长石油在陕西榆林建成5万吨/年CCUS示范项目,从榆林煤炭化学公司气化厂捕集二氧化碳,并送往靖边油田开展驱油试验。
2014年
华中科技大学在湖北应城建成35MW富氧燃烧示范装置,捕集规模为10万吨/年,是世界上最大的富氧燃烧装置之一。
2015年
华能集团在天津滨海新区IGCC电厂建成10万吨/年燃烧前碳捕集示范装置,中国石化在河南濮阳建成10万吨/年二氧化碳捕集与驱油示范项目,新疆敦华公司在克拉玛依建成10万吨/年二氧化碳捕集与驱油示范项目。
2016年
国务院印发十三五控制温室气体排放工作方案,提出开展CCUS试点示范。环境保护部发布CCUS环境风险评估技术指南(试行),提出环境风险防范和应急措施要求。国家重点研发计划开始实施,并在后续三年资助了14项CCUS相关研究。
2017年
北京房山琉璃河水泥厂建成1,000吨/年水泥窑烟气碳捕集项目。中国石油长庆油田建成5万吨/年二氧化碳捕集与驱油示范项目,从宁煤甲醇厂捕集二氧化碳,送往陕西定边姬塬油区进行驱油利用。中国科学院上海高等研究院与山西潞安集团合作,建成全球首套万方级甲烷二氧化碳自热重整制合成气装置。
2018年
安徽芜湖白马山水泥厂建成5万吨/年水泥窑烟气碳捕集纯化项目。中科院过程所建成离子液体催化二氧化碳制备碳酸二甲酯万吨级工业示范装置。
2019年
科技部发布中国CCUS技术发展路线图(2019版),强调CCUS技术是我国减少温室气体排放的重要战略储备技术,提出我国2030、2040、2050年的CO₂利用封存目标分别为0.2、2.0、8.0亿吨/年。
同年,华润集团在广东海丰电厂建成2万吨/年溶剂法和膜法碳捕集技术测试平台,包钢集团在包头落地建设10万吨碳化法钢铁渣综合利用项目,河南顺成集团签约冰岛碳循环国际公司推进10万吨级二氧化碳加氢制低碳甲醇项目。
2020年
9月22日,我国正式提出“力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的目标。我国关于CCUS的定位,已经从碳减排储备技术,变成了碳中和关键技术。政府开始将CCUS纳入更高规格的顶层设计文件,企业开始积极规划百万吨级CCUS项目。我国CCUS的发展由此步入扩大示范与应用的新阶段。
同年,中科院大连化物所与兰州新区石化合作,建成“10MW光伏发电+1,000Nm3/h电解水制氢+千吨级二氧化碳加氢制甲醇”装置。
这一年,天津大学等单位在内蒙古伊泰化工建成二氧化碳电解制备合成气中试装置。
2021年
国家能源集团在陕西榆林锦界电厂建成15万吨/年烟气碳捕集示范项目,并完成168小时试运,成为我国最大的煤电CCUS项目。
3月,国务院发布中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要,其中明确提出要开展CCUS重大项目示范。
4月,国家能源集团泰州电厂50万吨/年CCUS示范项目正式立项。该项目计划于2023年建成,通过驱油、加氢制甲醇和食品级销售实现CO₂的100%消纳。
7月,中国石化胜利油田百万吨级CCUS全流程示范项目启动建设。该项目包括齐鲁石化煤制氢装置尾气碳捕集和胜利油田二氧化碳驱油封存两部分,已于2022年1月建成中交。
9月,中共中央国务院发布关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见。其中再次明确提出推进规模化CCUS技术研发、示范和产业化应用。同月,华能集团甘肃陇东能源公司规划建设150万吨/年CCUS项目,并获得庆阳市能源局投资项目备案。
2022年
1月,通源石油宣布,其与新疆阿克苏库车市人民政府签署投资合作协议,拟在库车市分三期投资建设百万吨CCUS项目,其中一、二、三期分别为20、30、50万吨,总投资规模约10亿元。
2月,中国石油召开CCUS工作推进会,提出组织推动300万吨CCUS规模化应用示范工程建设,制定碳输管网整体规划。延长石油也启动了500万吨/年CCUS工程总体规划设计编制,拟将煤制甲醇产生的CO₂经捕集、提纯、增压后,经管道输送到周边驱油。
3月,广汇能源宣布,其在新疆哈密规划的300万吨/年CCUS项目已正式开工建设,首期建设10万吨/年示范项目。
2023年3月,陕煤集团榆林化学公司400万吨/年CCS示范项目40万吨/年先导试验项目榆碳1井(勘探井)正式开钻,标志着目前拟建的全国最大CO₂咸水层封存项目进入实质性实施阶段。
2023年
3月,陕煤集团榆林化学公司400万吨/年CCS示范项目40万吨/年先导试验项目榆碳1井(勘探井)正式开钻,标志着目前拟建的全国最大CO₂咸水层封存项目进入实质性实施阶段。
CCUS发展现状
Development status of CCUS
全球示范工程
截至2022年9月,全球大型CCUS项目共计196个(捕集能力2.4亿吨)。其中30个处于运行阶段,166个在规划建设中,2个间歇运行(位于美国)。
红色为运行中
黄色为早期开发,绿色为后期开发,蓝色为在建
中国示范工程
2022年底,我国已投运和规划中的CCUS示范项目约有100个。其中半数以上项目已经投运(其中19个停运或间歇运行),具备捕集能力约400万吨/年,注入能力约200万吨/年。已投运项目规模偏小,多数在50万吨/年以下;规划项目规模明显增大。主要行业均有涉及,水泥、钢铁行业示范刚刚起步。
空间分布
图片来源:中国21世纪议程管理中心
行业分布图
图片来源:中国21世纪议程管理中心
/ 结语 /
Conclusion
CCUS技术是应对气候变化的一项重要措施,经过数十年的发展,CCUS技术已经从早期的试验和示范进入到商业化应用阶段。各国政府、企业和学术界在CCUS技术的应用和发展方面不断探索和创新,共同推动CCUS技术的发展和应用。
在未来,CCUS技术的应用和发展仍然需要全球合作和创新,需要进一步提高技术成熟度和降低成本,探索多样化的应用,同时关注社会公众和环境影响,实现碳减排和可持续发展的目标。各国政府、企业和学术界仍要共同努力,推动CCUS技术的应用和发展,为实现全球碳中和目标做出积极贡献。
END