捕集与固碳全流程技术创新与应用示范取得重大突破

双碳背景下，为更好地服务国家需求，中国矿业大学积极开展捕集与固碳（CCUS）技术创新，其中陆诗建研究员（教授）课题组协调、凝聚国内优势团队，通过科研项目联合攻关、技术服务联合实施、示范工程联合推进等方式打造了一支行业特色鲜明的科研创新与成果转化队伍，建立了CCUS全流程技术创新联合体，形成了产学研用一体化的技术攻关与成果应用模式，实施了国内多个CCUS科研示范项目。

 

CCUS创新联合体由中国矿业大学陆诗建研究员课题组组织协调，联合中石化江汉石油工程设计有限公司、中科院山西煤化所、大连理工大学、中国石油大学（华东）、中石化南京化工研究院有限公司、福州大学、山西大学、西南石油大学、华润电力(深圳)有限公司、浙江菲达环保科技股份有限公司等十几家单位的CCUS研究团队或项目实施团队，各单位CCUS团队之间实现优势互补、强强联合，构建了“基础研究—技术攻关—工程设计—装备制造—工程建造”一体化的CCUS技术创新与落地实施途径。迄今为止，创新联合体在CCUS领域发表论文200余篇，申报/授权专利100余项。

 

据陆诗建介绍，目前，CCUS创新联合体 发明了多氨基相变CO2捕集吸收体系，研发了特大型CO2捕集反应器，开发了低压降旋流脱水技术，创新了“级间换热+热泵+分级流解吸+再生气换热”等多工艺耦合能量梯级利用节能与节水技术，集成形成了烟气/尾气CO2捕集工艺包，形成了高效低分压CO2 捕集技术。CO2捕集率≥90%，再生能耗降至2.4GJ/tCO2以下，溶剂损耗≤0.8kg/tCO2，解决了CO2捕集高能耗、高成本的难题。

 

开发了固载胺新型CO2吸附剂、多温区CO2吸附剂、经济高效吸附剂成型工艺与多能源耦合利用技术等关键技术， 在高效CO2吸附分离材料设计理论研究等方面取得了一定的突破；开发了CO2地面矿化技术，萃取固废渣中钙离子与CO2 反应，通过晶型形貌调控生产微纳米碳酸钙；通过胶凝反应等生产绿色建材，形成CO2养护混凝土技术。

 

开展了工业级CO2管道输送泄漏和放空研究，建立了管道泄放扩散影响区域模拟计算模型； 建立了超临界CO2管道输送水力计算模型，构建了CO2管道不同相态节流特性算法，形成了“多级节流、级间加热”的超临界CO2放空安全控制技术； 创建了CO2长输管道优化设计方法；开发了CO2配注与管网优化技术，研制了橇装化、模块化CO2配注设备 。解决了管道输送风险大与CO2注入成本高的难题。

 

建立了考虑气体杂质影响的CO2多相节流特性算法模型，构建了防止CO2驱多相混输系统冻堵及段塞流的安全运行技术边界，开发了CO2驱产出液集输腐蚀控制技术；提出了CO2驱产出气集输水合物预测方法，发明了多阶段产出气CO2回收技术， CO2回收率＞90%，开发了超临界态CO2增压回注技术。实现了CO2驱产出液安全集输与产出气CO2高效回收回注，有效提高了CO2封存率。

 

探索了高时效性环境风险识别预警方法，在空中、地面、地下开展了土壤气、大气、地下水、地面变形、植被遥感等系统的监测研究，形成了空天地一体化CO2地质封存监测技术，创建了环境影响评价体系，解决了环境监测预警难度大的问题。

 

针对水合物法捕集CO2过程中水合物成核时间长和生长速率慢等问题，攻关了低压低浓度条件下CO2气体的快速捕集，聚焦CO2水合物料浆形成条件的控制以及工艺的开发。针对CO2加氢合成甲醇以及羰基化制备碳酸二甲酯转化路径中存在CO2转化率较低，催化剂易水中毒的难题，开发了新型高效结构化整体式催化剂，形成整体式催化剂智能制备技术以及全流程工艺设计。

 

针对低渗油藏CO2驱、CO2辅助稠油热采以及稠油热采多元热流体吞吐等驱油作业过程中出现的气体窜流问题，开发了CO 2 以及温度敏感响应型凝胶，该新型凝胶可有效封堵高渗通道，延缓气窜，为CO2驱油增产提供技术支撑。

 

针对高含水油藏、咸水层、煤层气藏CO2封存利用过程中微粒运移、润湿性变化等导致的地层伤害问题，提出了注纳米颗粒固定地层微粒，修饰岩石润湿性，提高CO2注入能力的方法；针对封存CO2沿盖层泄露问题，提出了注纳米颗粒增强盖层岩石亲水性，提高CO2上升运移阻力的方法，为降低CO2泄露风险提供技术支撑。

 

截至目前，CCUS创新联合体 承担/参加的典型应用案例有：国家能源集团锦界电厂15万吨/年烟气CO2捕集工程可研、工程设计与技术服务，长治杨暴粉煤灰综合利用公司2万吨/年CO2矿化工程工艺包技术服务、华电句容电厂1万吨/年烟气CO2捕集工程工艺包与工程设计，延长石油36万吨/年中美元首气候变化项目可研与初步设计，华润海丰电厂2万吨/年烟气CO2捕集测试平台项目可研、工程设计与技术咨询，塔河油田二号联酸气永久封存工程可行性研究，华润海丰电厂100万吨/年CO2捕集、输送及封存示范工程可行性研究，胜利油田200万吨/年烟气CO2捕集工程工艺包设计，齐鲁石化100万吨/年CO2捕集及驱油封存示范工程捕集工程方案研究，华润曹妃甸电厂15万吨/年CO2捕集与驱油封存工程可行性研究，宁波钢铁2万吨/年CCUS捕集及应用项目可行性研究，北元化工25万吨/年CCUS捕集及应用项目初步可行性研究，佛山佳利达1万吨/年CO2捕集与资源化利用示范工程可行性研究与工艺包设计。

 

国家能源集团锦界电厂15万吨/年CO2捕集与咸水层封存工程示范项目是国内已建成的最大规模燃烧后烟气碳捕集工程。陆诗建为项目主设计师、项目负责人，项目采用复合胺吸收法回收脱硫脱硝后烟气中CO2，集成应用“级间冷却+MVR热泵+分级流解吸”工艺，系统再生能耗≤2.4GJ/tCO2，项目已于2021年6月份投运。

 

华润电力100万吨/年CO2捕集、输送及封存示范工程拟建成国内首个百万吨级燃烧后CO2捕集与离岸封存项目。CCUS创新联合体针对华润海丰电厂1#机组产生的烟气（CO2浓度12%），进行捕集纯化、增压、液化后，通过管道输至码头，密相轮船运输输送至中海油封存场地进行咸水层封存。

 

宁波钢铁公司2万吨/年CCUS捕集与资源化利用项目拟建成国内首个钢铁石灰窑烟气碳捕集与多线程资源化利用工程。CCUS创新联合体采用先进化学吸收法工艺与矿化转化工艺，建设2万吨/年CO2捕集系统，1万吨CO2/年矿化 固碳 工程，1万吨/年CO2干冰精制工程，优化燃烧后CO2捕集-矿化固定全流程系统。

 

佛山佳利达1万吨/年CO2捕集与资源化利用示范工程项目是国内印染行业首个CCUS项目，粤港澳大湾区首个“双碳”概念的示范工程。项目建设1万吨/年烟气二氧化碳捕集工程，1.8万吨/年碳酸氢铵固碳工程，5000吨/年二氧化碳液化提纯工程，1850吨/年干冰精制工程。项目2022年3月开工，计划于2022年底完成建设并投入试运行。

 

陆诗建表示，创新联合体开发的CCUS全流程项技术为碳减排提供了新的技术路径，主要应用场景为低分压烟气CO2捕集提纯、资源化利用与封存工程，涵盖了从电力、钢铁、水泥、冶金、化工、印染等难减排行业尾气碳捕集，到CO2矿化、CO2化工转化、CO2驱油封存等全流程范围。同时，创新联合体的建立，实现了集聚各行业碳捕集与资源化利用优势技术人才，形成了技术创新队伍，并互相交流和促进，可有力提高我国CCUS领域的整体技术水平和自主创新能力， 助力国家3060双碳目标的实现。