碳捕集与封存概念讲解.pdf

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碳捕集

碳捕集与封存

CCS流程示意图

碳捕集与封存（CarbonCaptureandStorage，简称CCS，也被译作碳捕获与埋存、碳收集与储存等）
是指将大型发电厂所产生的二氧化碳（CO2）收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这
种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。
CCS技术可以分为捕集、运输以及封存三个步骤，商业化的二氧化碳捕集已经运营了一段时间，技术已发展
得较为成熟，而二氧化碳封存技术各国还在进行大规模的实验。

二氧化碳捕集

碳捕集技术示意图

二氧化碳的捕集方式主要有三种：燃烧前捕集（Pre-combustion）、富氧燃烧（Oxy-fuelcombustion）
和燃烧后捕集（Post-combustion）。

燃烧前捕集
燃烧前捕集主要运用于IGCC（整体煤气化联合循环）系统中，将煤高压富氧气化变成煤气，再经过水煤气变
换后将产生CO2和氢气（H2），气体压力和CO2浓度都很高，将很容易对CO2进行捕集。剩下的H2可以被当
作燃料使用。
该技术的捕集系统小，能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，因此受到广泛关注。然而，IGCC
发电技术仍面临着投资成本太高，可靠性还有待提高等问题。

富氧燃烧
富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，将空气中大比例的氮气（N2）脱除，直接采用高
浓度的氧气（O2）与抽回的部分烟气（烟道气）的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体，
可以直接进行处理和封存。
目前欧洲已有在小型电厂进行改造的富氧燃烧项目。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太
高，现在还没找到一种廉价低耗的能动技术。
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燃烧后捕集
燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集CO2，目前常用的CO2分离技术主要有化学吸收法（利用酸碱性吸收）
和物理吸收法（变温或变压吸附），此外还有膜分离法技术，正处于发展阶段，但却是公认的在能耗和设备紧凑性
方面具有非常大潜力的技术。
从理论上说，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂。然而，普通烟气的压力小体积大，CO2浓度低，
而且含有大量的N2，因此捕集系统庞大，耗费大量的能源。

二氧化碳运输
捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存，可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。一般说
来，管道是最经济的运输方式。2008年，美国约有5800千米的CO2管道，这些管道大都用以将CO2运输到油
田，注入地下油层以提高石油采收率（EnhancedOilRecovery，EOR）

二氧化碳封存

碳封存示意图

二氧化碳封存的方法有许多种，一般说来可分为地质封存（GeologicalStorage）和海洋封存（Ocean
Storage）两类。

地质封存
地质封存一般是将超临界状态（气态及液态的混合体）的CO2注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、
气田、咸水层、无法开采的煤矿等。IPCC的研究表明，CO2性质稳定，可以在相当长的时间内被封存。若地质封
存点经过谨慎的选择、设计与管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上[2]。
把CO2注入油田或气田用以驱油或驱气可以提高采收率（使用EOR技术可提高30%~60%的石油产量[3]）；
注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱出来，即所谓的提高煤层气采收率（EnhancedCoalBedMethane
Recovery，ECBM）。
然而，若要封存大量的CO2，最适合的地点是咸水层。咸水层一般在地下深处，富含不适合农业或饮用的咸
水，这类地址结构较为常见，同时拥有巨大的封存潜力。不过与油田相比，目前人们对这类地质结构的认识还较为
有限。

海洋封存
海洋封存是指将CO2通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。然而，这种封存办法也许会对环境造成负面
的影响，比如过高的CO2含量将杀死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能会逃逸
到大气当中（有研究发现，海底的海水流动到海面需要1600年的时间）。
总的来说，人们对海洋封存的了解还是太少。
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