捕集與固碳全流程技術創新與應用示范取得重大突破

雙碳背景下，為更好地服務國家需求，中國礦業大學積極開展捕集與固碳（CCUS）技術創新，其中陸詩建研究員（教授）課題組協調、凝聚國內優勢團隊，通過科研項目聯合攻關、技術服務聯合實施、示范工程聯合推進等方式打造了一支行業特色鮮明的科研創新與成果轉化隊伍，建立了CCUS全流程技術創新聯合體，形成了產學研用一體化的技術攻關與成果應用模式，實施了國內多個CCUS科研示范項目。

 

CCUS創新聯合體由中國礦業大學陸詩建研究員課題組組織協調，聯合中石化江漢石油工程設計有限公司、中科院山西煤化所、大連理工大學、中國石油大學（華東）、中石化南京化工研究院有限公司、福州大學、山西大學、西南石油大學、華潤電力(深圳)有限公司、浙江菲達環?？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團隊之間實現優勢互補、強強聯合，構建了“基礎研究—技術攻關—工程設計—裝備制造—工程建造”一體化的CCUS技術創新與落地實施途徑。迄今為止，創新聯合體在CCUS領域發表論文200余篇，申報/授權專利100余項。

 

據陸詩建介紹，目前，CCUS創新聯合體 發明了多氨基相變CO2捕集吸收體系，研發了特大型CO2捕集反應器，開發了低壓降旋流脫水技術，創新了“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能與節水技術，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。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。

 

開發了固載胺新型CO2吸附劑、多溫區CO2吸附劑、經濟高效吸附劑成型工藝與多能源耦合利用技術等關鍵技術， 在高效CO2吸附分離材料設計理論研究等方面取得了一定的突破；開發了CO2地面礦化技術，萃取固廢渣中鈣離子與CO2 反應，通過晶型形貌調控生產微納米碳酸鈣；通過膠凝反應等生產綠色建材，形成CO2養護混凝土技術。

 

開展了工業級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，構建了CO2管道不同相態節流特性算法，形成了“多級節流、級間加熱”的超臨界CO2放空安全控制技術； 創建了CO2長輸管道優化設計方法；開發了CO2配注與管網優化技術，研制了橇裝化、模塊化CO2配注設備 。解決了管道輸送風險大與CO2注入成本高的難題。

 

建立了考慮氣體雜質影響的CO2多相節流特性算法模型，構建了防止CO2驅多相混輸系統凍堵及段塞流的安全運行技術邊界，開發了CO2驅產出液集輸腐蝕控制技術；提出了CO2驅產出氣集輸水合物預測方法，發明了多階段產出氣CO2回收技術， CO2回收率＞90%，開發了超臨界態CO2增壓回注技術。實現了CO2驅產出液安全集輸與產出氣CO2高效回收回注，有效提高了CO2封存率。

 

探索了高時效性環境風險識別預警方法，在空中、地面、地下開展了土壤氣、大氣、地下水、地面變形、植被遙感等系統的監測研究，形成了空天地一體化CO2地質封存監測技術，創建了環境影響評價體系，解決了環境監測預警難度大的問題。

 

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。針對CO2加氫合成甲醇以及羰基化制備碳酸二甲酯轉化路徑中存在CO2轉化率較低，催化劑易水中毒的難題，開發了新型高效結構化整體式催化劑，形成整體式催化劑智能制備技術以及全流程工藝設計。

 

針對低滲油藏CO2驅、CO2輔助稠油熱采以及稠油熱采多元熱流體吞吐等驅油作業過程中出現的氣體竄流問題，開發了CO 2 以及溫度敏感響應型凝膠，該新型凝膠可有效封堵高滲通道，延緩氣竄，為CO2驅油增產提供技術支撐。

 

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泄露風險提供技術支撐。

 

截至目前，CCUS創新聯合體 承擔/參加的典型應用案例有：國家能源集團錦界電廠15萬噸/年煙氣CO2捕集工程可研、工程設計與技術服務，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服務、華電句容電廠1萬噸/年煙氣CO2捕集工程工藝包與工程設計，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、工程設計與技術咨詢，塔河油田二號聯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捕集工程工藝包設計，齊魯石化100萬噸/年CO2捕集及驅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捕集與驅油封存工程可行性研究，寧波鋼鐵2萬噸/年CCUS捕集及應用項目可行性研究，北元化工25萬噸/年CCUS捕集及應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已建成的最大規模燃燒后煙氣碳捕集工程。陸詩建為項目主設計師、項目負責人，項目采用復合胺吸收法回收脫硫脫硝后煙氣中CO2，集成應用“級間冷卻+MVR熱泵+分級流解吸”工藝，系統再生能耗≤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首個百萬噸級燃燒后CO2捕集與離岸封存項目。CCUS創新聯合體針對華潤海豐電廠1#機組產生的煙氣（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創新聯合體采用先進化學吸收法工藝與礦化轉化工藝，建設2萬噸/年CO2捕集系統，1萬噸CO2/年礦化 固碳 工程，1萬噸/年CO2干冰精制工程，優化燃燒后CO2捕集-礦化固定全流程系統。

 

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印染行業首個CCUS項目，粵港澳大灣區首個“雙碳”概念的示范工程。項目建設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年底完成建設并投入試運行。

 

陸詩建表示，創新聯合體開發的CCUS全流程項技術為碳減排提供了新的技術路徑，主要應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、印染等難減排行業尾氣碳捕集，到CO2礦化、CO2化工轉化、CO2驅油封存等全流程范圍。同時，創新聯合體的建立，實現了集聚各行業碳捕集與資源化利用優勢技術人才，形成了技術創新隊伍，并互相交流和促進，可有力提高我國CCUS領域的整體技術水平和自主創新能力， 助力國家3060雙碳目標的實現。