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)勢團隊，通過科研項目聯(lián)合攻關(guān)、技術(shù)服務(wù)聯(lián)合實施、示范工程聯(lián)合推進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，實施了國內(nèi)多個CCUS科研示范項目。

 

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)、華潤電力(深圳)有限公司、浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰镜仁畮准覇挝坏腃CUS研究團隊或項目實施團隊，各單位CCUS團隊之間實現(xiàn)優(yōu)勢互補、強強聯(lián)合，構(gòu)建了“基礎(chǔ)研究—技術(shù)攻關(guān)—工程設(shè)計—裝備制造—工程建造”一體化的CCUS技術(shù)創(chuàng)新與落地實施途徑。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/授權(quán)專利100余項。

 

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“級間換熱+熱泵+分級流解吸+再生氣換熱”等多工藝耦合能量梯級利用節(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)護混凝土技術(shù)。

 

開展了工業(yè)級CO2管道輸送泄漏和放空研究，建立了管道泄放擴散影響區(qū)域模擬計算模型； 建立了超臨界CO2管道輸送水力計算模型，構(gòu)建了CO2管道不同相態(tài)節(jié)流特性算法，形成了“多級節(jié)流、級間加熱”的超臨界CO2放空安全控制技術(shù)； 創(chuàng)建了CO2長輸管道優(yōu)化設(shè)計方法；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。

 

探索了高時效性環(huán)境風(fēng)險識別預(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)測研究，形成了空天地一體化CO2地質(zhì)封存監(jiān)測技術(shù)，創(chuàng)建了環(huán)境影響評價體系，解決了環(huán)境監(jiān)測預(yù)警難度大的問題。

 

針對水合物法捕集CO2過程中水合物成核時間長和生長速率慢等問題，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。

 

針對低滲油藏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。

 

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

 

截至目前，CCUS創(chuàng)新聯(lián)合體 承擔/參加的典型應(yīng)用案例有：國家能源集團錦界電廠15萬噸/年煙氣CO2捕集工程可研、工程設(shè)計與技術(shù)服務(wù)，長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，延長石油36萬噸/年中美元首氣候變化項目可研與初步設(shè)計，華潤海豐電廠2萬噸/年煙氣CO2捕集測試平臺項目可研、工程設(shè)計與技術(shù)咨詢，塔河油田二號聯(lián)酸氣永久封存工程可行性研究，華潤海豐電廠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，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)用項目可行性研究，北元化工25萬噸/年CCUS捕集及應(yīng)用項目初步可行性研究，佛山佳利達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。

 

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

 

華潤電力100萬噸/年CO2捕集、輸送及封存示范工程擬建成國內(nèi)首個百萬噸級燃燒后CO2捕集與離岸封存項目。CCUS創(chuàng)新聯(lián)合體針對華潤海豐電廠1#機組產(chǎn)生的煙氣（CO2濃度12%），進行捕集純化、增壓、液化后，通過管道輸至碼頭，密相輪船運輸輸送至中海油封存場地進行咸水層封存。

 

寧波鋼鐵公司2萬噸/年CCUS捕集與資源化利用項目擬建成國內(nèi)首個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1萬噸/年CO2捕集與資源化利用示范工程項目是國內(nèi)印染行業(yè)首個CCUS項目，粵港澳大灣區(qū)首個“雙碳”概念的示范工程。項目建設(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。項目2022年3月開工，計劃于2022年底完成建設(shè)并投入試運行。

 

陸詩建表示，創(chuàng)新聯(lián)合體開發(fā)的CCUS全流程項技術(shù)為碳減排提供了新的技術(shù)路徑，主要應(yīng)用場景為低分壓煙氣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，創(chuàng)新聯(lián)合體的建立，實現(xiàn)了集聚各行業(yè)碳捕集與資源化利用優(yōu)勢技術(shù)人才，形成了技術(shù)創(chuàng)新隊伍，并互相交流和促進，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雙碳目標的實現(xiàn)。