CO_2捕集和地下封存技术的现状及发展趋势_一_.pdf

2007年第12期煤炭工程研究探讨

CO捕集和地下封存技术的现状及发展趋势(一)
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全浩1,温雪峰2,郭琳琳2
(11中国环境科学学会固体废物分会,北京100029;
21国家环境保护总局固体废物管理中心,北京100029)

摘要:减少温室气体排放,防治全球变暖,是世界各国的共识。人类社会正在采取各种手
段控制由于大量使用化石燃料而造成的CO等温室气体的排放量。论文详细介绍了近年来,国
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外新兴发展起来并得以商业应用的CO捕集和地下封存技术,并对CO捕集和地下封存技术的
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发展现状、商业应用、操作流程及其发展趋势进行了综述。
关键词:温室气体CO捕集和地下封存技术;零排放
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中图分类号:X70117文献标识码:B文章编号:1671-0959(2007)1220075205

为了防止地球变暖,人类社会正在采取各种手段控制
由于大量使用化石燃料而造成的CO等温室气体的排放量。
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然而当今社会基本上建立在以化石燃料为基础的能源体系
上,而且目前全球每年排放的CO已达到250亿t,使大气
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中CO浓度上升到380ppm。按这个趋势发展,要在21世
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纪内实现把CO浓度稳定在550ppm以下(相当于产业革命
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前的2倍),并把全球大气平均上升温度控制在2℃以内的
目标,是相当困难的。在这种情况下,专家们提出了应当
采用的三种主要减排措施,即:
1)采用各种控制CO产生的技术。
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2)采用CO捕集和地下封存技术。
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3)扩大CO吸收源。
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在上述三种减排措施中,(1)和(3)是人们比较熟悉
的,而对于第(2)种的CO捕集和地下封存(Carbondioxide
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CaptureandStorage,缩写为CCS)技术是近十年来国外发展
起来的。本文将重点叙述CCS技术的现状及发展趋势。
1什么是CCS技术

1991年,为了控制CO排放量,防止地球变暖,挪威
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在全世界率先实施了对CO排放企业征收碳税的制度。在
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这种情况下,北海海上抽采天然气的挪威企业对生产天然
气时伴生的CO要支付高额碳税。因而企业方面为了减少
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CO排放量而制定了把天然气伴生的CO注入到天然气井
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下面的蓄水层中封存的计划。这就是世界上第一个为CO
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减排的目的而进行的有名的斯雷普纳工程(图1)。从此以
后,北美和欧洲的不少国家也相继把CCS技术作为CO减
2资料表明,地壳是由多孔或渗透性储集岩等组成。而且这
排的重要技术进行了研发,而且把CCS方法定为今后CO
2些地层的空隙中可以被液体或气体所充满,是CO储存的
减排战略的重要手段。2
最好场所。另一方面,过去有些国家在石油和天然气生产
实际上,地壳是这个地球上最大的碳贮存库。人们常
过程中已经积累了向地下注入CO的实际经验。例如,19
见的煤、石油和天然气等化石燃料都储存在地壳中。有关2

:2007-03-02
作者简介:全浩,博士,研究员,中国环境科学学会固体废物分会主任。
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研究探讨煤炭工程2007年第12期

70年代开始,美国为了从油井中抽出更多的石油,在厂、冶炼厂、水泥厂等大型CO排放源排放出来的CO进
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德克萨斯州和科罗拉多州采用了石油增产开采(Enhanced行分离、收集之后,把CO加压注入到800m以下的地下或
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OilRecovery,缩写为EOR)技术[1]。EOR技术是利用超临海底封存,以减少向大气排放的CO量,进而达到防止地
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界CO粘度低、溶解性好、扩散系数接近于气体等特点,球变暖的目的。
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把CO加压注入到地下并使CO渗透到油层的孔隙中,进
222CCS技术发展的现状
而把其中的石油置换出来,因而可以提高油产量30%左右
(图2)。与EOR技术相类似的还有把CO注入到天然气层211商业化运行的CCS技术实例
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中而实现天然气增产开采(EnhancedGasRecovery,缩写为1997年12月,在日本京都召开的气候变化框架公约第
EGR)的方法(图3[1])。近年来人们已开始采用把CO打入三次缔约方大会上通过“京都议定书”前后,挪威、加拿
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到煤层中并从煤层中回收煤层气(CoalBedMethane,缩写大、美国、澳大利亚、英国、日本、阿尔及利亚等国开始
为CBM)技术,称做煤层气回收(EnhancedCBMRecovery,研发CCS技术。加之,2005年2月“京都议定书”正式生
缩写为ECBMR)(图4)[2]。效以来,发达国家加大了对CCS技术的研发和商业化运作
的步伐。在这里主要以国际上正在商业化运行的CCS工程
和计划商业化运作的CCS工程实例(见表1)为重点,分析
目前国际上CCS技术的发展现状。
商业化运行的工程在设计时需要事先充分考虑到如下
几个因素,即:
1)选择地质结构清楚而适合,而且离CO排放源