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CCUS技术、碳捕集十大应用场景与成本介绍

本篇文章主要介绍CCUS技术主要应用场景和成本分析,具体包括以下10种场景,包括钢铁碳捕集、工业碳捕集、航运碳捕集、煤电碳捕集、能源碳捕集、汽车碳捕集、石化碳捕集、水泥碳捕集、油田碳捕集和制氢碳捕集。 应用场景一:钢铁碳捕集 成本:20-194美元/tCO2 高炉炼铁是现代炼铁的主要方法,其产量占世界生铁总产量的95%以…

本篇文章主要介绍CCUS技术主要应用场景和成本分析,具体包括以下10种场景,包括钢铁碳捕集、工业碳捕集、航运碳捕集、煤电碳捕集、能源碳捕集、汽车碳捕集、石化碳捕集、水泥碳捕集、油田碳捕集和制氢碳捕集。

应用场景一:钢铁碳捕集

成本:20-194美元/tCO2

高炉炼铁是现代炼铁的主要方法,其产量占世界生铁总产量的95%以上。高炉煤气(BFG)是高炉炼铁过程产生的副产品,产量巨大。BFG的主要成分为20%~28%的CO、17%~25%的CO2、50%~55%的N2和1% ~ 5%的H2。适用于钢铁BFG碳捕集的技术,根据气体分离方式不同,可分为化学吸收法、物理吸附法膜分离法

应用场景二:工业碳捕集

目前全球碳捕集与封存技术的公开数量已达3000 项以 上,石油化工行业是碳捕集与封存技术的主要应用领域,排放、成本、效率和能耗是该技术创新的主要着力点。

应用场景三:航运碳捕集

未来航运业可能应 用 CCUS技术实现减排的两种设想。一是建设集海上二氧化碳转移、 绿色能源生产及船舶燃料供应加注于一体的综合产业集群。简炎钧提出了“深远海绿色能源基地”概念, 主要出于两方面的考虑。

首先是为 了解决国际航运业未来的绿色低碳燃料供给问题。可供加装 CCUS系统的船舶卸载、转移捕集到的二氧化碳。

二是航运公司通过在陆上投资建立CCUS设施进行碳抵消。这一设想的可能性是基于航运业碳排放市场引入碳信用、碳抵消机制。

应用场景四:煤电碳捕集

成本:20-194美元/tCO2

燃煤电厂碳捕集技术可以分为燃烧前碳捕集、富氧燃烧及燃烧后碳捕集等,对采用不同碳捕集技术的电厂大型CCUS项目数量进行统计分析,可知采用燃烧后捕集技术的项目最多,达到18项。

应用场景五:能源碳捕集

CCUS 与氢能技术耦合:由于炼化和氯碱等行业常产生大量多 余氢气,未来技术成熟后,有望与CO2发生化学反应,低成本制取甲醇或多元醇。通过CCUS技术捕 集在制氢过程中排放的CO2,一方面可以采用捕集或资源化利用的方式,另一方面可与制得的H2 通过化学合成等技术得到具有高附加值的有机化学品,从而产生收益。

CCUS 与风光互补技术耦合:风能属于可再生清洁能源,技术相对成熟且成本不断下降。虽然稳定性差,但若将其与无需连续供电的CCUS技术耦合,整个流程碳排放较小,可以加快CCUS产业链的发展,促进规模化减排的分布部署。同样, 太阳能作为一种新兴的可再生能源,与CCUS技 术耦合利用,产生的热能可直接用于CO2化学法捕集工艺的能量供应,产生的电能可为CCUS工 艺提供能源动力,捕集的CO2可通过加氢等化学 转化形成醇类有机燃料。

应用场景六:汽车碳捕集
早在2010年,沙特阿美石油公司研究发展 部就开始发展汽车碳捕集技术。在短短18个月的时间里,沙特阿美就设计 出全球第一款碳捕集汽车模型。
这一技术是在不改变汽车引擎设计的基础 上,实现对汽车尾气中CO2的分离和存储。在2012年的一次测试中显示, 这款汽车能够将汽车排放的10%CO2 捕集起来。经历了几年的技术改进升级后,新一代技术能将CO2的捕集比例从10%提高到25%。

应用场景七:石化碳捕集

成本:120元/tCO2

CCUS技术涉及到CO2的捕集、运输及封存利用, 就整条产业链而言,成本高是制约其发展的重要因素, 这是由于烟道气中的主要成分为氮气,而CO2的含量相对较低,从而导致分离能耗大,捕集成本高。

而对于石油石化行业,为了满足石油开发的需求,提高石油采 收率,通常将CO2注入油气层进行驱油,气源多数来自燃煤电厂烟道气中的 CO2,捕集到的CO2又要通过 管道运输到相应油井处,成本较高。

鉴于此,提出了一 套技术方案,如下图所示:

应用场景八:水泥碳捕集

成本:180元-730元/tCO2

适用于水泥厂的新型外燃式高温煅烧回转窑脱碳工艺:该工艺流程如图3所示,原理是根据捕集CO2 量的要求,将原本送入预热器下料管的生料,分出 一定量送入外燃式高温煅烧回转窑中分解。

由于采用外燃式技术,生料在回转窑内被窑外燃料燃烧加热,窑内分解出的CO2浓度很高,同时由于燃料与物料不直接接触,分解出来的氧化钙活性较高, 可以直接吸收原料中分解出来的 SOx。

应用场景九:油田碳捕集

油气田碳捕集技术研究方向 化学溶剂吸收法是对低压中浓度碳源进行碳捕集最成熟、最经济的技术,并且对于已建装置最容易实现改造。其研究方向将是更低能耗的新型化学吸收剂,如新型胺液吸收剂和相变吸收剂。

对于已研发的部分实验能耗为 2.0 GJth/tCO2的吸收剂,应快中试和现场试验应用进程。对低压低浓度碳源进行碳捕集尚无经济可行的成熟技术,复合胺吸收体系吸收基本是唯一可行的方法,下一步应开展新型低能耗溶剂的研发和全厂全流程能量优化。

应用场景十:制氢碳捕集
相较其他制氢技术,现阶段煤制氢与CCUS技术的集成应用具备显著的成本优势;CCUS技术可降低煤制 氢过程约90%的二氧化碳排放,但相比可再生能源制氢其碳足迹仍是短板;新疆、山西、陕西 及内蒙古等地区可作为推广煤制氢与CCUS技术集成应用的优先区域;煤制氢与CCUS 技术集成应用面临的挑战主要包括缺乏公众认可度以及与可再生能源之间的竞争。 
未来我国应加强针对煤制氢与CCUS技术集成应用产业的顶层设计及相关技术的科普宣传,积极推进煤制氢与CCUS技术集成应用方面的研发和示范,为我国氢能产业的发展提供保障。

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作者: 碳中和

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