捕集與固碳全流程技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用示范取得重大突破

雙碳背景下，為更好地服務(wù)國家需求，中國礦業(yè)大學(xué)積極開展捕集與固碳（CCUS）技術(shù)創(chuàng)新，其中陸詩建研究員（教授）課題組協(xié)調(diào)、凝聚國內(nèi)優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)，通過科研項(xiàng)目聯(lián)合攻關(guān)、技術(shù)服務(wù)聯(lián)合實(shí)施、示范工程聯(lián)合推進(jìn)等方式打造了一支行業(yè)特色鮮明的科研創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化隊(duì)伍，建立了CCUS全流程技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合體，形成了產(chǎn)學(xué)研用一體化的技術(shù)攻關(guān)與成果應(yīng)用模式，實(shí)施了國內(nèi)多個(gè)CCUS科研示范項(xiàng)目。

 

CCUS創(chuàng)新聯(lián)合體由中國礦業(yè)大學(xué)陸詩建研究員課題組組織協(xié)調(diào)，聯(lián)合中石化江漢石油工程設(shè)計(jì)有限公司、中科院山西煤化所、大連理工大學(xué)、中國石油大學(xué)（華東）、中石化南京化工研究院有限公司、福州大學(xué)、山西大學(xué)、西南石油大學(xué)、華潤(rùn)電力(深圳)有限公司、浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司等十幾家單位的CCUS研究團(tuán)隊(duì)或項(xiàng)目實(shí)施團(tuán)隊(duì)，各單位CCUS團(tuán)隊(duì)之間實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，構(gòu)建了“基礎(chǔ)研究—技術(shù)攻關(guān)—工程設(shè)計(jì)—裝備制造—工程建造”一體化的CCUS技術(shù)創(chuàng)新與落地實(shí)施途徑。迄今為止，創(chuàng)新聯(lián)合體在CCUS領(lǐng)域發(fā)表論文200余篇，申報(bào)/授權(quán)專利100余項(xiàng)。

 

據(jù)陸詩建介紹，目前，CCUS創(chuàng)新聯(lián)合體 發(fā)明了多氨基相變CO2捕集吸收體系，研發(fā)了特大型CO2捕集反應(yīng)器，開發(fā)了低壓降旋流脫水技術(shù)，創(chuàng)新了“級(jí)間換熱+熱泵+分級(jí)流解吸+再生氣換熱”等多工藝耦合能量梯級(jí)利用節(jié)能與節(jié)水技術(shù)，集成形成了煙氣/尾氣CO2捕集工藝包，形成了高效低分壓CO2 捕集技術(shù)。CO2捕集率≥90%，再生能耗降至2.4GJ/tCO2以下，溶劑損耗≤0.8kg/tCO2，解決了CO2捕集高能耗、高成本的難題。

 

開發(fā)了固載胺新型CO2吸附劑、多溫區(qū)CO2吸附劑、經(jīng)濟(jì)高效吸附劑成型工藝與多能源耦合利用技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)， 在高效CO2吸附分離材料設(shè)計(jì)理論研究等方面取得了一定的突破；開發(fā)了CO2地面礦化技術(shù)，萃取固廢渣中鈣離子與CO2 反應(yīng)，通過晶型形貌調(diào)控生產(chǎn)微納米碳酸鈣；通過膠凝反應(yīng)等生產(chǎn)綠色建材，形成CO2養(yǎng)護(hù)混凝土技術(shù)。

 

開展了工業(yè)級(jí)CO2管道輸送泄漏和放空研究，建立了管道泄放擴(kuò)散影響區(qū)域模擬計(jì)算模型； 建立了超臨界CO2管道輸送水力計(jì)算模型，構(gòu)建了CO2管道不同相態(tài)節(jié)流特性算法，形成了“多級(jí)節(jié)流、級(jí)間加熱”的超臨界CO2放空安全控制技術(shù)； 創(chuàng)建了CO2長(zhǎng)輸管道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；開發(fā)了CO2配注與管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)，研制了橇裝化、模塊化CO2配注設(shè)備 。解決了管道輸送風(fēng)險(xiǎn)大與CO2注入成本高的難題。

 

建立了考慮氣體雜質(zhì)影響的CO2多相節(jié)流特性算法模型，構(gòu)建了防止CO2驅(qū)多相混輸系統(tǒng)凍堵及段塞流的安全運(yùn)行技術(shù)邊界，開發(fā)了CO2驅(qū)產(chǎn)出液集輸腐蝕控制技術(shù)；提出了CO2驅(qū)產(chǎn)出氣集輸水合物預(yù)測(cè)方法，發(fā)明了多階段產(chǎn)出氣CO2回收技術(shù)， CO2回收率＞90%，開發(fā)了超臨界態(tài)CO2增壓回注技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了CO2驅(qū)產(chǎn)出液安全集輸與產(chǎn)出氣CO2高效回收回注，有效提高了CO2封存率。

 

探索了高時(shí)效性環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別預(yù)警方法，在空中、地面、地下開展了土壤氣、大氣、地下水、地面變形、植被遙感等系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)研究，形成了空天地一體化CO2地質(zhì)封存監(jiān)測(cè)技術(shù)，創(chuàng)建了環(huán)境影響評(píng)價(jià)體系，解決了環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警難度大的問題。

 

針對(duì)水合物法捕集CO2過程中水合物成核時(shí)間長(zhǎng)和生長(zhǎng)速率慢等問題，攻關(guān)了低壓低濃度條件下CO2氣體的快速捕集，聚焦CO2水合物料漿形成條件的控制以及工藝的開發(fā)。針對(duì)CO2加氫合成甲醇以及羰基化制備碳酸二甲酯轉(zhuǎn)化路徑中存在CO2轉(zhuǎn)化率較低，催化劑易水中毒的難題，開發(fā)了新型高效結(jié)構(gòu)化整體式催化劑，形成整體式催化劑智能制備技術(shù)以及全流程工藝設(shè)計(jì)。

 

針對(duì)低滲油藏CO2驅(qū)、CO2輔助稠油熱采以及稠油熱采多元熱流體吞吐等驅(qū)油作業(yè)過程中出現(xiàn)的氣體竄流問題，開發(fā)了CO 2 以及溫度敏感響應(yīng)型凝膠，該新型凝膠可有效封堵高滲通道，延緩氣竄，為CO2驅(qū)油增產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

 

針對(duì)高含水油藏、咸水層、煤層氣藏CO2封存利用過程中微粒運(yùn)移、潤(rùn)濕性變化等導(dǎo)致的地層傷害問題，提出了注納米顆粒固定地層微粒，修飾巖石潤(rùn)濕性，提高CO2注入能力的方法；針對(duì)封存CO2沿蓋層泄露問題，提出了注納米顆粒增強(qiáng)蓋層巖石親水性，提高CO2上升運(yùn)移阻力的方法，為降低CO2泄露風(fēng)險(xiǎn)提供技術(shù)支撐。

 

截至目前，CCUS創(chuàng)新聯(lián)合體 承擔(dān)/參加的典型應(yīng)用案例有：國家能源集團(tuán)錦界電廠15萬噸/年煙氣CO2捕集工程可研、工程設(shè)計(jì)與技術(shù)服務(wù)，長(zhǎng)治楊暴粉煤灰綜合利用公司2萬噸/年CO2礦化工程工藝包技術(shù)服務(wù)、華電句容電廠1萬噸/年煙氣CO2捕集工程工藝包與工程設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)石油36萬噸/年中美元首氣候變化項(xiàng)目可研與初步設(shè)計(jì)，華潤(rùn)海豐電廠2萬噸/年煙氣CO2捕集測(cè)試平臺(tái)項(xiàng)目可研、工程設(shè)計(jì)與技術(shù)咨詢，塔河油田二號(hào)聯(lián)酸氣永久封存工程可行性研究，華潤(rùn)海豐電廠100萬噸/年CO2捕集、輸送及封存示范工程可行性研究，勝利油田200萬噸/年煙氣CO2捕集工程工藝包設(shè)計(jì)，齊魯石化100萬噸/年CO2捕集及驅(qū)油封存示范工程捕集工程方案研究，華潤(rùn)曹妃甸電廠15萬噸/年CO2捕集與驅(qū)油封存工程可行性研究，寧波鋼鐵2萬噸/年CCUS捕集及應(yīng)用項(xiàng)目可行性研究，北元化工25萬噸/年CCUS捕集及應(yīng)用項(xiàng)目初步可行性研究，佛山佳利達(dá)1萬噸/年CO2捕集與資源化利用示范工程可行性研究與工藝包設(shè)計(jì)。

 

國家能源集團(tuán)錦界電廠15萬噸/年CO2捕集與咸水層封存工程示范項(xiàng)目是國內(nèi)已建成的最大規(guī)模燃燒后煙氣碳捕集工程。陸詩建為項(xiàng)目主設(shè)計(jì)師、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，項(xiàng)目采用復(fù)合胺吸收法回收脫硫脫硝后煙氣中CO2，集成應(yīng)用“級(jí)間冷卻+MVR熱泵+分級(jí)流解吸”工藝，系統(tǒng)再生能耗≤2.4GJ/tCO2，項(xiàng)目已于2021年6月份投運(yùn)。

 

華潤(rùn)電力100萬噸/年CO2捕集、輸送及封存示范工程擬建成國內(nèi)首個(gè)百萬噸級(jí)燃燒后CO2捕集與離岸封存項(xiàng)目。CCUS創(chuàng)新聯(lián)合體針對(duì)華潤(rùn)海豐電廠1#機(jī)組產(chǎn)生的煙氣（CO2濃度12%），進(jìn)行捕集純化、增壓、液化后，通過管道輸至碼頭，密相輪船運(yùn)輸輸送至中海油封存場(chǎng)地進(jìn)行咸水層封存。

 

寧波鋼鐵公司2萬噸/年CCUS捕集與資源化利用項(xiàng)目擬建成國內(nèi)首個(gè)鋼鐵石灰窯煙氣碳捕集與多線程資源化利用工程。CCUS創(chuàng)新聯(lián)合體采用先進(jìn)化學(xué)吸收法工藝與礦化轉(zhuǎn)化工藝，建設(shè)2萬噸/年CO2捕集系統(tǒng)，1萬噸CO2/年礦化 固碳 工程，1萬噸/年CO2干冰精制工程，優(yōu)化燃燒后CO2捕集-礦化固定全流程系統(tǒng)。

 

佛山佳利達(dá)1萬噸/年CO2捕集與資源化利用示范工程項(xiàng)目是國內(nèi)印染行業(yè)首個(gè)CCUS項(xiàng)目，粵港澳大灣區(qū)首個(gè)“雙碳”概念的示范工程。項(xiàng)目建設(shè)1萬噸/年煙氣二氧化碳捕集工程，1.8萬噸/年碳酸氫銨固碳工程，5000噸/年二氧化碳液化提純工程，1850噸/年干冰精制工程。項(xiàng)目2022年3月開工，計(jì)劃于2022年底完成建設(shè)并投入試運(yùn)行。

 

陸詩建表示，創(chuàng)新聯(lián)合體開發(fā)的CCUS全流程項(xiàng)技術(shù)為碳減排提供了新的技術(shù)路徑，主要應(yīng)用場(chǎng)景為低分壓煙氣CO2捕集提純、資源化利用與封存工程，涵蓋了從電力、鋼鐵、水泥、冶金、化工、印染等難減排行業(yè)尾氣碳捕集，到CO2礦化、CO2化工轉(zhuǎn)化、CO2驅(qū)油封存等全流程范圍。同時(shí)，創(chuàng)新聯(lián)合體的建立，實(shí)現(xiàn)了集聚各行業(yè)碳捕集與資源化利用優(yōu)勢(shì)技術(shù)人才，形成了技術(shù)創(chuàng)新隊(duì)伍，并互相交流和促進(jìn)，可有力提高我國CCUS領(lǐng)域的整體技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力， 助力國家3060雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。