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二氧化碳:埋起来还是用起来?
2010.01.18   点击197次

我国政府在哥本哈根气候峰会上庄严承诺,到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。如此大的减排力度,使得二氧化碳的处理再度引起业内专家的广泛关注。

目前从世界各国看,二氧化碳捕集与封存(CCS)技术被认为是短期之内应对全球气候变化最重要的技术之一。该技术是通过一定的化学反应将二氧化碳捕捉起来,使之不排放到大气中,再经过压缩、运输,将其封存在枯竭的油田和天然气井或者其他安全的地下场所,以备适时开发应用。但该技术成本大,风险也大。而推广二氧化碳的再利用可能更现实。

那么,到底是把二氧化碳埋起来还是用起来,业内专家发表了各自的看法。

埋起来可长久开发并能提高石油采收率

据专家介绍,目前全球大气中的二氧化碳浓度为387ppm(已经比工业化之前的水平高出38%),而在未来数十年中,一旦大气中的二氧化碳浓度上升到超过450ppm的临界水平,灾难将不可避免。面对日益紧迫的气候危机,CCS技术俨然成了新能源时代到来前的最佳过渡方案。据联合国政府间气候变化委员会调查,CCS技术的应用可望为全球二氧化碳减排目标贡献20%~40%,将对气候变化产生积极的影响。

20世纪70年代起,我国开始进行利用二氧化碳提高石油采收率的研究工作。

“吨煤含碳750千克,每燃烧1吨煤炭将产生2750千克二氧化碳,我国煤炭约占整个能源结构的70%~80%,2009年利用煤炭达到28亿吨左右,排放的二氧化碳就是一个很大的数字。因此,推广CCS技术,对我国减少碳排放无疑具有重要意义。”大唐辽宁阜新煤制天然气项目筹备处总工程师姜成旭给记者算了这样一笔账。

记者在采访中注意到,虽然二氧化碳捕集技术日渐成熟,但随之而来的担心是,捕集这么多二氧化碳,如何处理?

西安热工院总工程师许世森告诉记者,逐渐成熟的物理碳封存技术可以解决这个问题,即将捕集的二氧化碳经过压缩处理,输入到枯竭的油田、矿井等地下进行封存。研究表明,今后100年内把捕集的所有二氧化碳全部封存地下不成问题。

国家“973”计划“温室气体提高石油采收率的资源化利用及地下埋存”项目首席科学家沈平平说,我国在2006年开始此项研究,2008年在吉林大情字油田进入现场试验。先导试验显示,大情字油田可以埋藏30万吨二氧化碳。从2008年6月份起到现在已经注了1万吨二氧化碳,现在看效果较好。中石油准备今后几年都在这个地方做现场试验。

中欧碳捕集与储藏合作行动(COACH)项目执行报告指出,在碳封存问题上,可行的封存点位于天津大港油田、山东胜利油田、河北开滦煤矿,以及山东济阳凹陷区的深层咸水层。对于一些油田来说,将二氧化碳注入储油层,不仅能封存二氧化碳,而且能提高石油采收率。以胜利油田为例。如果通过注入二氧化碳的方式提高原油采收率、采收率增加幅度为2%~10%的话,那么胜利油田可多开采的石油量估计会达到2300万吨至1.12亿吨。据20世纪90年代在江苏油田、大港油田和辽河油田开展的相关实验研究表明,在枯竭的油井中,1吨二氧化碳能增产0.5~1吨的石油,每吨二氧化碳增加经济效益数千元。

采访中记者了解到,目前国内一些企业正在研究利用CCS技术。中国神华集团公司一位负责人明确表示,该公司目前正在进行CCS示范项目的研究、开发和评估工作。现在碳封存的各种方式都在考虑,包括进行地质封存。而中国神华煤制油化工有限公司北京研究院负责人表示,该示范项目将在1~2年内进行规模实施。

记者还了解到,尽管我国从20世纪70年代起才开始开发CCS技术,但目前为止已经有成功的范例。2007年12月26日开工建设、总投资2800多万元的国内首座燃煤电厂——华能北京热电厂烟气二氧化碳捕集示范工程已于2008年7月建成投产。这项示范工程每年可生产3000吨食品级二氧化碳,全都出售给了食品公司,价格只有市场价的一半。示范工程每年运营成本有100多万元,其中化学处理所需的溶剂价格达4万元/吨。

2009年10月22~23日,CCS技术国际研讨会在重庆召开。会议期间,主办方中电投远达环保工程有限公司向国外专家介绍该公司的燃煤烟气净化综合实验基地的情况。该基地可针对原烟气二氧化碳捕集、脱硫、脱硝等多个领域的新技术研发。

用起来空间巨大还可达到节能目的

但记者在采访中发现,对CCS技术表示担心的专家也很多。据了解,CCS技术只适用于一些二氧化碳纯度高、比较容易捕集的炼油、合成氨、制氢、天然气净化等工业过程。西安热工院总工程师许世森告诉记者,CCS技术本身非常耗能。发电厂做这样的项目,发电成本起码要提高20%~30%,发电效率要降低8~10个百分点。

大唐辽宁阜新煤制天然气项目筹备处总工程师姜成旭说,以目前的技术水平,捕集每吨二氧化碳大约需200~300元,这还不包括二氧化碳封存的成本。我国化工行业普遍存在产能过剩,化工企业盈利能力十分脆弱,不少企业由于开工不足陷入亏损,如果再上二氧化碳捕集装置,对捕集的二氧化碳进行封存,高昂的成本企业难以承受。更重要的是一旦被封存的二氧化碳外泄,浓度达到10%以上时,有可能对人体造成致命伤害。所以,虽然二氧化碳的捕集和运输技术都比较成熟,地质埋存也有先例,但到目前为止,世界上还没有一套大型而完整的二氧化碳从捕集、运输到封存的产业链系统。

还有专家表示,除了捕集之外,选择二氧化碳的埋藏地点也颇为讲究,不是地下的任何地方都适合成为封存二氧化碳的“地窖”。适合作为二氧化碳归宿地的地层也可分为3种。其中,枯竭的油气田当然是首选,因为人们对其地质情况往往已有所掌握,并且形成了图纸。“但这并不意味着枯竭的油气田就都是最佳的储存地点。”法国道达尔集团科学发展部高级副总裁孟思德说,最好的地点是那些能够长期储存二氧化碳、并同时接近二氧化碳捕集点的地方,因为运输成本相当昂贵。

2008年7月,我国首个燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程——华能北京热电厂二氧化碳捕集示范工程正式建成投产。图为工人们将二氧化碳充装到运输车辆后停车泄压。(CFP供图)

那么,除了将捕集的二氧化碳埋起来封存外,还有没有其他办法将收集到的二氧化碳进行处理呢?中国工程院院士金涌在近日召开的第九届中国经济论坛上提出了一个建议:从中国的情况来看,推广二氧化碳的再利用可能更现实。

金涌认为,我们开展碳利用的空间很大。比如我国水泥年产能约13亿吨,占全球的一半左右。这里面就存在很大的二氧化碳再利用空间。金涌的思路是,烧水泥的时候分解碳酸钙,会生成大量的二氧化碳,再将二氧化碳耦合一个碳变成一氧化碳的放热反应,不完全燃烧一部分碳,生成一氧化碳。同时用热量把二氧化碳通过碳还原成一氧化碳,这样就可以把生产水泥过程中释放的二氧化碳变成一氧化碳。一氧化碳再往下利用,可以与氢合成甲烷、甲醇。现在国内外正在研究用甲醇做乙烯、丁烯、丙烯。我们可以先做甲醇,用甲醇做乙烯、丙烯、丁烯,同时也可以用甲醇做甲苯、乙苯、二甲苯。如果“三烯”、“三苯”都可以这样做的话,我们就可以把大量的二氧化碳储存在材料里面,起码可以减缓几十年。这是一个组合拳,通过过程的组合,通过再利用,达到减排的目的。

记者采访中,一些化工专家对二氧化碳的利用提出了很多途径和思路。比如,利用二氧化碳生产碳酸二甲酯技术可将工业生产中大量排放的二氧化碳变成碳酸二甲酯等精细化工产品;通过羰基合成等工艺技术,可使二氧化碳与氢反应生产甲烷、甲醇、碳纤维、工程塑料、沥青以及建筑材料等,不仅能减少二氧化碳的排放,还能拓宽氢能利用的空间。

一些企业也在尝试一些对二氧化碳进行再利用的途径。比如山西的一家企业拟将捕集的二氧化碳用于生产肥料;陕西的一家电厂则会将捕集的二氧化碳注入油田以提取石油;华能电力集团公司在北京热电厂兴建的我国首个烟气二氧化碳捕集示范工程已经顺利运行一年多,可以算得上是世界上运行时间最长的燃煤电厂碳捕集装置,年可捕集二氧化碳3000吨。这些二氧化碳被广泛应用于冷冻食品、饮料等产品,可以卖到1200元/吨。

中国化工报