CCUS：CO2捕捉利用新選擇—訪中國石化股份有限公司副總工程師、中國工程院院士李陽

○文／本刊記者 鄭 丹

CCUS：CO2捕捉利用新選擇—訪中國石化股份有限公司副總工程師、中國工程院院士李陽

○文／本刊記者 鄭 丹

對CO2加以利用和封存，探索適合我國油藏的一體化方法，成為我國CCUS技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。

李陽院士簡介

油氣田開發(fā)地質(zhì)、開發(fā)工程專家，教授級高級工程師，中國工程院院士。現(xiàn)任中國石化股份公司副總工程師，國家重大科技專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)專項(xiàng)”技術(shù)副總師，中國CCUS產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長。

長期從事油氣藏提高采收率理論與工程技術(shù)研究工作。近年來致力于CO2捕集及驅(qū)油提高采收率技術(shù)的研究與示范應(yīng)用，在中石化CO2捕集、驅(qū)油和產(chǎn)出CO2回收利用技術(shù)方面取得重大進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)增加原油產(chǎn)量和CO2埋存的“雙贏”，推動了CCUS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

從對捕集到的CO2進(jìn)行封存，到將捕集到的CO2加以資源化利用，CCUS（碳捕集、利用和封存）改寫了CO2這一主要溫室氣體只能被封存的命運(yùn)。CCUS技術(shù)也因此被視為具有大規(guī)模CO2減排潛力，有望實(shí)現(xiàn)化石能源低碳化利用的重要技術(shù)之一。

那么，我國發(fā)展CCUS技術(shù)的有利條件有哪些？制約我國CCUS技術(shù)發(fā)展的難題是什么……為了尋找這些問題的答案，本刊記者專訪了中國石化股份有限公司副總工程師、中國工程院院士、中國CO2捕集利用與封存產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟輪值主席李陽。

可達(dá)到凈減排效果

中國石油石化：李院士，您好！CCUS技術(shù)是怎樣發(fā)展而來的？CCUS與CCS技術(shù)的主要區(qū)別是什么？

李陽：在減少溫室氣體排放過程中，對化石能源利用產(chǎn)生的CO2，國際上先形成了CCS（碳捕集和封存）概念。這是一個通過碳捕集技術(shù)，將工業(yè)和相關(guān)能源產(chǎn)業(yè)所產(chǎn)生的CO2分離出來，再通過碳封存手段將其輸送到一個封存地點(diǎn)，并且長期與大氣隔絕的過程。工程上CO2被注入地下地質(zhì)巖層，于20世紀(jì)70年代初首先在美國得克薩斯州被采用，主要目的是提高石油采收率（EOR）。之后，CO2的地質(zhì)存儲也在70年代作為溫室氣體減排的可選方案被提出。1989年，麻省理工學(xué)院CCS技術(shù)項(xiàng)目提出捕集CO2以減少溫室氣體排放的概念。到20世紀(jì)90年代初，CCS逐漸得到國際社會和各國政府的廣泛認(rèn)可。近年來，人們逐漸認(rèn)識到CO2也是一種資源，是可以在減排中加以利用的，因此提出了CCUS概念。

CCUS比CCS多了一個“U”，即把生產(chǎn)過程中排放的CO2進(jìn)行提純，繼而投入到新的生產(chǎn)過程中，進(jìn)行循環(huán)再利用。目前，CCUS的主要應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋CO2強(qiáng)化驅(qū)油（CO2-EOR）、CO2強(qiáng)化采煤層氣（CO2-ECBM）、食品級CO2精制利用和作為化工產(chǎn)品原料等。

與CCS相比，CCUS不是將CO2簡單封存起來，而是將CO2資源化，不僅能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而且更具有現(xiàn)實(shí)操作性。根據(jù)全生命周期評價方法，在利用CO2進(jìn)行驅(qū)油的過程中，埋存的CO2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于排放出的CO2。所以，CCUS被視為可以達(dá)到凈減排效果，有利于應(yīng)對全球氣候變化和控制溫室氣體排放的一項(xiàng)技術(shù)。

中國石油石化：在您看來，對捕集到的CO2加以封存和利用，還是僅僅進(jìn)行封存，我國應(yīng)做怎樣的選擇？

李陽：能將CO2加以資源化利用，決定了CCUS是我國碳減排技術(shù)的選擇。因?yàn)橥ㄟ^這一技術(shù)，一方面能夠提高油田采收率和經(jīng)濟(jì)效益，另一方面也可實(shí)現(xiàn)埋存，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。近年來，受國際油價下降這一經(jīng)濟(jì)性因素影響，CCUS計(jì)劃項(xiàng)目整體建設(shè)速度有所放緩。在這種情況下，需要充分考慮CCUS技術(shù)應(yīng)用的能耗和經(jīng)濟(jì)性問題，CCUS的發(fā)展需要政府和產(chǎn)業(yè)界的支持。

技術(shù)利用日臻成熟

中國石油石化：據(jù)您了解，我國CCUS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀如何？與國外相比，我國CCUS技術(shù)的差距在哪里？

李陽：近年來，我國CO2捕集技術(shù)日臻成熟，部分CCUS技術(shù)研發(fā)世界居前。中國CCUS產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的資料顯示，我國碳捕集技術(shù)，包括設(shè)計(jì)、裝備制造、EOR技術(shù)、防腐技術(shù)等趨于成熟，已基本形成相應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈。

首先，國內(nèi)企業(yè)建設(shè)了多套燃煤電廠煙氣CO2捕集示范工程。例如，中國石化南化集團(tuán)研究院開發(fā)的適于捕集煙氣等低分壓CO2的復(fù)合吸收劑，已應(yīng)用于大于30套工業(yè)裝置。上海華能電廠建成10萬噸級燃煤電廠捕集示范項(xiàng)目，獲得了與電廠熱系統(tǒng)集成的寶貴經(jīng)驗(yàn)。其次，國內(nèi)企業(yè)先后針對中高滲透高含水開發(fā)后期及低滲透油藏開展了多個CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，顯示EOR技術(shù)已基本成熟。再次，CO2-ECBM、咸水層埋存技術(shù)進(jìn)入試驗(yàn)階段。再次，用CO2生產(chǎn)傳統(tǒng)化工產(chǎn)品，如尿素、碳酸氫銨等得到廣泛應(yīng)用。最后，微藻大規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)居世界前列，國內(nèi)石油企業(yè)和院所等開展的微藻制油研究取得較大進(jìn)展。

對照國外CCUS技術(shù)的發(fā)展，在碳捕集技術(shù)方面，我國的研究和示范工程與國際同行處于同步水平；但在輸送方面，如管道輸送發(fā)展相對緩慢。

中國石油石化：我國發(fā)展CCUS技術(shù)的有利條件有哪些？

李陽：第一，政策支持。我國政府高度重視氣候變化問題，目前已將CCUS列為重點(diǎn)發(fā)展的減緩氣候變化技術(shù)，在國家重大科技專項(xiàng)、國家主體科技計(jì)劃中對CCUS項(xiàng)目予以研發(fā)支持，積極引導(dǎo)CCUS項(xiàng)目研發(fā)與示范。

第二，奠定了項(xiàng)目開展的良好基礎(chǔ)。國家環(huán)境保護(hù)部編制了我國CO2捕集、運(yùn)輸、利用和埋存等方面的環(huán)境評估辦法，建立了相應(yīng)的評估體系；國土資源部初步完成對我國417個盆地CO2地質(zhì)儲存能力與適應(yīng)性評估。評估結(jié)果顯示：我國CO2封存潛力大，適宜封存的地區(qū)有鹽水層、油氣藏、煤層等地質(zhì)體；CO2可利用途徑多，包括CO2驅(qū)油、CO2驅(qū)煤層氣和化工利用等。這為CCUS示范項(xiàng)目的開展奠定了良好基礎(chǔ)。

第三，科研取得較大進(jìn)展。與MEA（乙醇胺，常用作酸性氣體如CO2的吸收劑）法相比，中國石化南化集團(tuán)研究院開發(fā)的適于捕集煙氣等低分壓CO2的復(fù)合吸收劑新技術(shù)吸收能力提高25%以上，能耗和操作費(fèi)用降低30%以上，既提高了溶劑的吸收能力，同時有效解決了MEA溶液的氧化降解、設(shè)備腐蝕和能耗高等技術(shù)難題。

第四，企業(yè)已形成較為成熟的技術(shù)。2010年以來，華能、神華、中國石化和長慶油田等企業(yè)先后開展了12項(xiàng)CCUS試點(diǎn)項(xiàng)目。經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，探索了一條能夠綜合發(fā)揮CO2資源和環(huán)境效益的CCUS發(fā)展技術(shù)路線，建設(shè)了具有中國特色的CCUS示范基地，獲得了國際國內(nèi)的廣泛認(rèn)可。中國石化下屬企業(yè)成立了多層次的研究團(tuán)隊(duì)，涉及CCUS開發(fā)戰(zhàn)略研究、技術(shù)跟蹤和技術(shù)研發(fā)。

第五，建立了廣泛的國際合作關(guān)系。2005年以來，在CCS技術(shù)推廣方面，我國先后啟動中美、中歐、中澳、中意等合作項(xiàng)目，取得了一系列顯著成果。包括中歐近零排放國際項(xiàng)目兩項(xiàng)：勝利燃煤電廠煙氣CO2捕集、輸送與驅(qū)油封存全流程示范工程預(yù)可行性研究，天津IGCC電廠30萬噸/年燃燒前捕集利用與封存全流程工程預(yù)可行性研究；中澳國際合作項(xiàng)目（CAGS）一項(xiàng)：CO2地質(zhì)封存技術(shù)研究；中美國際合作項(xiàng)目兩項(xiàng)：燃煤煙氣CO2捕集與驅(qū)油封存技術(shù)研究、基于高性能碳基吸附劑的燃燒前碳捕集系統(tǒng)中試，等等。

我國二氧化碳捕集技術(shù)日臻成熟。 供圖/CFP

提高采收和驅(qū)埋一體為目標(biāo)

中國石油石化：據(jù)您了解，我國利用CO2驅(qū)油技術(shù)提高采收率，取得了怎樣的效果？

李陽：現(xiàn)階段，CO2主要被用于油田驅(qū)油以提高采收率。目前，中國石油和中國石化已在大慶、勝利、吉林和中原等油田開展研究和示范項(xiàng)目，取得了很好的效果。其中，有代表性的包括華東低滲透油田EOR、中原廢棄油田EOR，吉林油田CO2埋存驅(qū)油一體化項(xiàng)目等。這些項(xiàng)目充分表明，CO2驅(qū)油提高采收率具有可行性和經(jīng)濟(jì)性。

中國石油石化：我國油藏條件復(fù)雜，不同油藏利用CO2驅(qū)油提高采收率的效果有所差別。出現(xiàn)這種情況的原因何在？

李陽：我國油藏類型與國外不同。國外油藏以海相沉積儲層為主，非均質(zhì)性弱、混相壓力低。我國油藏構(gòu)造復(fù)雜，以陸相沉積儲層為主，非均質(zhì)性強(qiáng)、石蠟基原油粘度高、凝固點(diǎn)高、混相壓力高，低滲透、特低滲透、高溫高鹽油藏占比較大。

對于混相特征的油藏，如中國石化勝利油田低滲透油藏屬近混相，使用CO2完全混相驅(qū)油技術(shù)相對容易，效果也比較好。而在非混相油藏中，如中國石化東北分公司腰英臺油田屬低滲透高含水油藏，使用CO2非完全混相驅(qū)油技術(shù)，雖然現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)效果良好，但目前總體上提高采收率的效果有待提高。不過，CO2非完全混相驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

隨著CO2驅(qū)油技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍由常規(guī)稀油油藏向復(fù)雜油氣藏發(fā)展，我國利用CO2提高采收率技術(shù)面臨許多特殊理論和技術(shù)難點(diǎn)有待攻克。例如，發(fā)展CO2非完全混相驅(qū)油技術(shù)，在缺水地區(qū)進(jìn)行驅(qū)水試驗(yàn)，開展CO2長期埋存安全評價技術(shù)等，進(jìn)一步加強(qiáng)CO2資源化利用的研發(fā)力度。

中國石油石化：未來我國CCUS技術(shù)的關(guān)注重點(diǎn)和發(fā)展目標(biāo)是什么？

李陽：CO2埋存方面，從中長遠(yuǎn)期來看，咸水層埋存潛力很大，將是CCUS技術(shù)研究的重點(diǎn)；CO2利用方面，值得關(guān)注的有新的利用方式，如納米管分離技術(shù)、復(fù)合氣技術(shù)、捕集與新能源耦合技術(shù)等。

我國CCUS技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是在CO2驅(qū)油的同時實(shí)現(xiàn)埋存一體化。這意味著對隨產(chǎn)油產(chǎn)出的CO2實(shí)現(xiàn)一體化利用，取得增油最大化和埋存最大化的效果，既增加產(chǎn)量，又實(shí)現(xiàn)埋存。

攻克經(jīng)濟(jì)性和安全性難題

中國石油石化：在您看來，制約我國CCUS技術(shù)發(fā)展的難題是什么？

李陽：CCUS在國際上被公認(rèn)為是當(dāng)前應(yīng)對氣候變化，實(shí)現(xiàn)CO2減排的主要技術(shù)，但在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面仍有需要攻克的難題。首先，經(jīng)濟(jì)性難題。我國電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以燃煤發(fā)電為主，電廠排放量大。目前CO2捕集技術(shù)以電廠燃燒后捕集為主，雖然溶劑吸收技術(shù)成熟，但能耗和成本較高；其次，CO2埋存的長期安全問題。如運(yùn)輸和封存環(huán)節(jié)中若出現(xiàn)CO2泄漏，可能導(dǎo)致人體中毒、海水酸化、土壤和地下水污染，甚至誘發(fā)地震等；最后，進(jìn)一步提高驅(qū)油效率和效果。我國油藏類型以陸相沉積儲層為主，非均質(zhì)性強(qiáng)，混相壓力高，利用CO2驅(qū)油技術(shù)相對復(fù)雜，驅(qū)油效率和效果有待提高。

中國石油石化：破解我國CCUS技術(shù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性和安全性難題的關(guān)鍵在哪里？

李陽：經(jīng)濟(jì)性難題的解決，包括降低CO2捕集和埋存成本，降低能耗，優(yōu)化捕集工藝流程，研發(fā)高效溶劑和新捕集方法。降低捕集成本，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，需要建立“源匯一體化”管網(wǎng)，進(jìn)一步提高EOR效果和擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模，實(shí)現(xiàn)埋存最大化和增油最大化目標(biāo)。降低埋存成本需要爭取國家政策支持。

攻克安全性難題，需要加強(qiáng)CO2埋存安全性關(guān)鍵技術(shù)和CO2長期埋存安全評價技術(shù)等方面的研究，確保不因?yàn)镃O2埋存導(dǎo)致災(zāi)害事故發(fā)生。CO2地質(zhì)埋存需要具備地質(zhì)、溫度和壓力條件。通常情況下，在經(jīng)過億萬年地質(zhì)歷史時期自然檢驗(yàn)的油氣藏中埋存CO2，能夠有效保存其流體，安全性較高。但要注意的是，不是所有的油氣藏都適合于進(jìn)行CO2封存，要考慮油層中間的斷層、覆蓋層厚度和圈閉性，如覆蓋層不能有滲透，否則會造成CO2泄漏。鹽水層覆蓋層未經(jīng)過像油氣藏覆蓋層那樣的自然檢驗(yàn)，密封性和安全性可能相對差一些，封存CO2需要選擇非常穩(wěn)定的地質(zhì)條件，防止CO2注入之后發(fā)生地震事故。另外，還需針對每一種CO2埋存方式進(jìn)行深入分析，針對可能發(fā)生的泄漏風(fēng)險制定縝密的應(yīng)對措施。

責(zé)任編輯：石杏茹

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