CCS二氧化碳捕集与封存教学内容课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,CCS二氧化碳捕集与封存,CCS二氧化碳捕集与封存,全球环境背景,全球气候变化，温室效应严重，冰川加速融化、生物环境恶化以及极端天气频繁等一系列问题，促使人们开发各种技术以减少,排放。,国家,2004,2005,2006,2007,2008,2009,2010,中国,4847.3,0,5429.3,3,6017.,65,646,7.9,690,8.0,751,9.3,833,3.4,美国,5969.28,5994.29,5902.75,6565.3,6369.1,5941.9,6144.9,印度,1118.4,1172.9,1222.4,1325.5,1442.5,1539.1,1707.5,中、美、印二氧化碳排放总量,单位：百万吨,资料来源：BP，Statistical Review of World Energy2011,全球环境背景 全球气候变化，温室效应严重，冰川加速融,中国能源背景,中国在能源与环境领域面临三个基本事实：,（1）能源消费将长期,以煤为主,；,（2）石油供应日趋紧张；,（3）,二氧化碳排放总量,已居全球第,一,，并仍将持续增长。,中国能源背景 中国在能源与环境领域面临三个基本,在应对全球气候变化的背景下，如何利用好储量相对比较丰富但却高碳的煤炭资源？,CO,2,捕集,与,封存,技术(,Carbon Capture,and,Storage,，,CCS,)被广泛认为是目前唯一能够大规模减少由于,化石能源,利用而导致的CO,2,排放的前沿技术。是在,不降低,当前化石燃料使用量的情况下,减少,排入大气 CO,2,气体量的手段，是世界各国普遍关注的,减缓温室气体,排放的,重要技术之一,。,根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）的,定义,，CCS是指CO,2,从工业或与能源相关的排放源中,分离,出来，,输送,到一个合适的地点，进而,埋存,到地下并长期与大气隔绝的过程,。,在应对全球气候变化的背景下，如何利用好储量相对比较丰富但却高,CCS技术主要环节-捕集,CO,2,捕集,是指为得到,较高纯度,的 CO,2,以便于运输和储存，将 CO,2,从工业尾气中,分离,出来并进行,压缩,的过程。,主要对象,：,大型发电厂,钢铁厂,水泥厂,炼油厂,、,合成氨厂等,CO,2,的集中排放源,。,捕集方式,燃烧前,捕集,(Pre-combustion)、,富氧燃烧,(Oxy-fuel combustion),燃烧后,捕集(Post-combustion)。,CCS技术主要环节-捕集CO2捕集,CO,2,的运输,将CO,2,压缩成液态，,通过,管道,或,汽车、火车、轮船,等运输工具运,至存储地,，是连接 CO,2,排放源和封存地的纽带，在 CCS 三大环节中，CO,2,运输,技术较为成熟,。,一般说来，,管道,是最,经济,的运输方式，是距CO,2,排放源,1 000 km 距离内大量输送 CO,2,的首选途径。,对于每年几百万吨以下的 CO,2,输送或是更远距离的海外,运输，使用,轮船,可能在,经济,上更有吸引力。,CCS技术主要环节-运输,CO2的运输CCS技术主要环节-运输,CO,2,封存,是指将捕集的 CO,2,以,超临界状态(气态及液态的混合体),安全,注入并封存,在,深层地质结构,中,。,封存地类型,海洋,陆地,（,衰竭油气,层,和煤层,沉积盆地的,咸水层,）,CO,2,的安全封存,安全性,经济,可行性,CCS技术主要环节-封存,CO2封存CCS技术主要环节-封存,碳捕集方法,(1),燃烧前捕集：,在燃料煤燃烧前，先将其气化，得到CO和H,2,，再将CO转化为CO,2,。然后通过分离得到CO,2,。,(2),富氧燃烧捕集：,利用空分系统将CO,2,从空气中分离出来。得到高浓度的O,2,，使燃料煤充分燃烧，然后得到较充足的CO,2,。,(3),燃烧后捕集：,将燃料煤燃烧后产生的烟气分离，得到CO,2,。,碳捕集方法(1)燃烧前捕集：在燃料煤燃烧前，先将其气化，得到,燃烧前捕获(IGCC),燃烧前捕集技术主要应用于整体煤气化联合循环系统(,IGCC,)上。IGCC 电厂以,纯氧为氧化剂,，原料煤被,气化,为,CO 和 H,2,O,。,煤气化产物在,催化剂,作用下经水煤气反应转化成,CO,2,和 H,2,的混和气,。,混和气中的CO,2,浓度较高(,35%45%,),可在,燃烧前除掉CO,2,，从而转化成,不含碳,的燃料。,其,优势,在于处理的,烟气量少,，CO,2,浓度较高,，有利于降低运行费用。,中国有,5个示范项目,：,华能天津,200MW IGCC,电站示范工程,中科院连云港,IGCC,示范工程,华电杭州,200MWIGCC(,水煤浆四喷嘴气化,),电站示范项目,广东东莞天明电厂,120MW IGCC,改造项目,太阳洲,4,200MW IGCC,新建项目，,燃烧前捕获(IGCC)燃烧前捕集技术主要应用于整体煤气化联合,富氧燃烧,利用,空分,系统获得,富氧或纯氧,，与燃料共同进入专门的,纯氧燃烧炉,进行燃烧，由CO,2,烟气循环流,控制燃烧温度,。富氧燃烧产生的烟气主要是,水和CO2,采用,水分离,技术在后端很容易,捕获CO2,。,优点,是：提高燃气流CO,2,浓度，分离容易，有利于捕获。,缺点,是：增加,成本,与,能耗,（专门材料的纯氧燃烧设备和空分装置分离氧气）,富氧燃烧利用空分系统获得富氧或纯氧，与燃料共同进入专门的纯氧,燃烧后捕获（PCC：燃烧后脱碳技术）,吸收/再生法,吸附法,（,范德华力,）,膜分离,（,渗透性,）,物理法（,溶解度,原理：环丁砜法、聚乙二醇二甲醚法和低温甲醇法,化学法（酸碱,反应,原理：醇胺法、热钾碱法和氨水喷淋法）,变,温,吸附,变,压,吸附,变,电,吸附,无机,膜,聚合物,膜,混合,膜,燃烧后捕获（PCC：燃烧后脱碳技术）吸收/再生法物理法（溶解,碳运输能力,前提都是要将气态的CO2在8 MPa以上的压力下进行压缩液化，从而提高 CO2的密度，降低运输成本。,管道运输,运输方向固定，更加适合地质封存，对管道的结构设计以及防腐保温要求也很高,船舶运输,方向就相对灵活些，适合海底封存，但目前大规模的 CO2运输船还未投入运营,技术相对较为成熟,碳运输能力 前提都是要将气态的CO2在8 MPa以上的,碳封存技术,地质封存,海洋封存,矿石碳化及工业利用,石油和天然气储层封存（强化采油技术,EOR,、强压气体回收,EGR,）,不可开采煤层封存（强化煤田甲烷回收,ECBM,）,深部,咸水层,封存（,深部,800m,含咸水的岩层,，,上覆不渗透的页岩盖层,）,浅海,(200-300,m,)溶解封存,深海(,500m)笼形包合物封存,深海(,3000m)笼形水合物封存,生成,碳酸盐,，含碳化合物填料形式、,灭火,、,制冷,、,碳酸饮料,、金属保护焊接、烟丝膨化处理、合成有机物,自然溶解,管道，轮船,液态CO,2,封存地,高压,海洋中,碳循环,地 表,800m,下，温 度,31.1,，压力,7.38MPa,，,CO,就处于超临界状态。密度约为水的,50%80%,，储存 空间缩小，,CO,2,具有较好的流动性、扩散性和溶解能力,，,具有超临界流体的特点,。,碳封存技术地质封存石油和天然气储层封存（强化采油技术EOR、,将,封存与提高原油、天然气或煤层气采收率结合起来分别称为,碳封存技术,CO,2,地质封存,主要,方式,将封存与提高原油、天然气或煤层气采收率结合起来分别称为,CCS的全球化应用,按照澳大利亚,全球CCS研究所,的统计，目前世界上运行、在建和计划中的CCS项目有,270,个左右，其中,70,个达到每年封存超过,1 000 kt,二氧化碳的商业级规模。但是真正商业化项目不超过,10个,，并且主要集中在油气生产领域，因为油气领域的CCS项目可将捕集到的二氧化碳用于提高油气采收率，从而更具,经济性,。,CCS的全球化应用按照澳大利亚全球CCS研究所的统计，目前世,项目名称,国家,开始年份,注入量,-1,封存总量,封存地类型,Sleipner,挪威,1996,3000,20000000,咸水层,Weybrun,加拿大,2000,30005000,20000000,EOR,In Salah,阿尔及利亚,2004,30004000,17000000,天然气田,K12B,荷兰,2004,100,8000000,增强气体回收,Frio,美国,2004,177,1600,咸水层,Fenn,加拿大,1998,50,200,ECBM,Recopol,波兰,2003,1,10,ECBM,Yubari,日本,2004,10,200,ECBM,Gorgon,澳大利亚,2009,10000,-,咸水层,Snhvit,挪威,2006,2000,-,咸水层,沁水流域,中国,2003,30,150,ECBM,鄂尔多斯,中国,2010,-,100000/a,咸水层,国内外开展的主要CO,2,封存项目,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）；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（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。,项目名称国家开始年份注入量-1封存总量封存地类型Sleipn,世界主要的,CCS,项目,（包括在建和计划）,序号,项目,规模/kt,-1,捕集方式,建成年代,状态,1,美国Lubbock电厂,350400,燃烧后,1982,运行,2,大平原合成燃料厂,2000,燃烧后,2000,运行,3,挪威北海sleipner天然气田,2800t/d,燃烧后,2000,运行,4,insalah天然气工程,1200,燃烧后,2004,运行,5,挪威,7000,燃烧后,2006,运行,6,华能高碑店燃煤电厂,3,燃烧后,2008,运行,7,大情宇油田,10,燃烧后,2008,运行,8,道达尔Lacq试验工厂,60,富氧燃烧,2009,运行,9,华能石洞口电厂,100,燃烧后,2009,运行,10,美国,AEPmountaineer,电厂,100,燃烧后,2009,运行,11,神华集团,100,燃烧后,2011,在建,12,美国Berry电厂,100150,燃烧后,2011,在建,13,美国,AEPNortheasten,电厂,150,燃烧后,2011,在建,14,美国HECA电厂,2000,燃烧后,2014,计划,15,西班牙comositiha Endesa电厂,2750,富氧燃烧,2015,计划,16,德国RWEGoldenbergwerk电厂,23002800,燃烧前,2015,计划,世界主要的CCS项目（包括在建和计划）序号项目规模/kt-,其中比较成功的为美国,大平原,合成燃料厂,2 000 kt/a,二氧化碳封存项目（用于加拿大韦本油田强化采油）和,挪威北海天然气,中二氧化碳封存于海底,盐水层,项目。,其中比较成功的为美国大平原合成燃料厂2 000 kt/a二氧,企业,启动或投产时间,项目简介,华能北京热电厂,2008年7月投产,国内首座燃煤电厂,燃烧后,CO,2,捕集示范工程，捕集量3000t/a,华能上海石洞口第二电厂,2009年12月投产,目前世界最大的,燃烧后,CO,2,捕集示范工程，捕集和提纯12万t/a，成本仅为美国同类工程的30%,华能天津示范电站,2009年启动,整体煤气化联合循环发电系统（,IGCC,）,是目前世界上最环保的高效发电、低排放燃煤发电技术，首期250MW将于2011年前建成,中电投重庆双槐电厂,2010年投产,燃烧后