燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集純化技術

二氧化碳減排已成為全球性重大議題，多方力推碳排放交易，試圖以經濟杠桿來降低排放量。中石化勝利油田通過自主研發(fā)，建成的燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集純化裝置，全年能夠捕集、液化二氧化碳3萬至4萬噸，可全部用于低滲透油開發(fā)。

在油氣開發(fā)中，低滲透油氣藏屬于難動用的儲量。但是如果采用二氧化碳驅油的方法，它們可能將成為優(yōu)質儲量。二氧化碳驅油技術就是把二氧化碳注入油層中以提高采油率。由于二氧化碳是一種在油和水中溶解度都很高的氣體，當它大量溶解于原油中時，可使原油體積膨脹、黏度下降，還可降低油水間的界面張力，易于開采。此外，二氧化碳被注入地下后，約有50%至60%被永久封存于地下，剩余的40%至50%隨著油田伴生氣返回地面，通過原油伴生氣二氧化碳捕集純化，可將伴生氣中的二氧化碳回收，就地回注驅油，進一步降低了二氧化碳驅油成本，也達到封存、減排空氣中二氧化碳的目的。

研究過程

從1998 年底開始，勝利油田便展開二氧化碳捕集研究。經過十余年的探索實踐，2010年，國內最大的生產規(guī)模為 540噸/日二氧化碳燃氣煙氣捕集純化工程開工建設。2012年，“十二五”國家科技支撐計劃——大規(guī)模燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集、驅油及封存（CCUS）技術開發(fā)及應用示范項目啟動，實現(xiàn)二氧化碳封存和有效提高采收率的雙重目的。 2100433B

二氧化碳的捕集方式主要有三種：燃燒前捕集（Pre-combustion）、富氧燃燒（Oxy-fuel combustion）和燃燒后捕集（Post-combustion）。

碳捕集與封存燃燒前捕集

燃燒前捕集主要運用于IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）系統(tǒng)中，將煤高壓富氧氣化變成煤氣，再經過水煤氣變換后將產生CO2和氫氣（H2），氣體壓力和CO2濃度都很高，將很容易對CO2進行捕集。剩下的H2可以被當作燃料使用。

該技術的捕集系統(tǒng)小，能耗低，在效率以及對污染物的控制方面有很大的潛力，因此受到廣泛關注。然而，IGCC發(fā)電技術仍面臨著投資成本太高，可靠性還有待提高等問題。

碳捕集與封存富氧燃燒

富氧燃燒采用傳統(tǒng)燃煤電站的技術流程，但通過制氧技術，將空氣中大比例的氮氣（N2）脫除，直接采用高濃度的氧氣（O2）與抽回的部分煙氣（煙道氣）的混合氣體來替代空氣，這樣得到的煙氣中有高濃度的CO2氣體，可以直接進行處理和封存。

歐洲已有在小型電廠進行改造的富氧燃燒項目。該技術路線面臨的最大難題是制氧技術的投資和能耗太高，還沒找到一種廉價低耗的能動技術。

碳捕集與封存燃燒后捕集

燃燒后捕集即在燃燒排放的煙氣中捕集CO2，如今常用的CO2分離技術主要有化學吸收法（利用酸堿性吸收）和物理吸收法（變溫或變壓吸附），此外還有膜分離法技術，正處于發(fā)展階段，但卻是公認的在能耗和設備緊湊性方面具有非常大潛力的技術。

從理論上說，燃燒后捕集技術適用于任何一種火力發(fā)電廠。然而，普通煙氣的壓力小體積大，CO2濃度低，而且含有大量的N2，因此捕集系統(tǒng)龐大，耗費大量的能源。

二氧化碳封存的方法有許多種，一般說來可分為地質封存（Geological Storage）和海洋封存（Ocean Storage）兩類。

碳捕集與封存地質封存

地質封存一般是將超臨界狀態(tài)（氣態(tài)及液態(tài)的混合體）的CO2注入地質結構中，這些地質結構可以是油田、氣田、咸水層、無法開采的煤礦等。IPCC的研究表明，CO2性質穩(wěn)定，可以在相當長的時間內被封存。若地質封存點經過謹慎的選擇、設計與管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上。

把CO2注入油田或氣田用以驅油或驅氣可以提高采收率（使用EOR技術可提高30%~60%的石油產量）；注入無法開采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅出來，即所謂的提高煤層氣采收率（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。

然而，若要封存大量的CO2，最適合的地點是咸水層。咸水層一般在地下深處，富含不適合農業(yè)或飲用的咸水，這類地質結構較為常見，同時擁有巨大的封存潛力。不過與油田相比，人們對這類地質結構的認識還較為有限。

碳捕集與封存海洋封存

海洋封存是指將CO2通過輪船或管道運輸到深海海底進行封存。然而，這種封存辦法也許會對環(huán)境造成負面的影響，比如過高的CO2含量將殺死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能會逃逸到大氣當中（有研究發(fā)現(xiàn)，海底的海水流動到海面需要1600年的時間）。

總的來說，人們對海洋封存的了解還是太少。