關於CCUS，你知道多少？

CO2輸送是指將捕集的 CO2運送到可利用或封存場地的過程。根據運輸方式的不同，分為罐車運輸、船舶運輸和管道運輸，其中罐車運輸包括汽車運輸和鐵路運輸兩種方式。 CO2運輸目前常用的是車載公路運輸、管道運輸。

CO2利用是指通過工程技術手段將捕集的 CO2實現資源化利用的過程。根據工程技術手段的不同，可分為地質利用、化工利用和生物利用等。目前規模化捕集主要用於地質利用，是將 CO2注入地下，進而實現強化能源生產、促進資源開採的過程，如提高石油、天然氣採收率，開採地熱、深部咸（鹵）水、鈾礦等多種類型資源；化工利用主要包括 CO2與 CH4 重整、CO2加氫技術等，生產合成油品、甲烷、甲酸、甲醇、乙醇等產品；生物利用包括農作物增產、生物燃料生產與環境治理等。

CO2封存是指通過工程技術手段將捕集的 CO2注入深部地質儲層，實現 CO2與大氣長期隔絕的過程。按照封存位置不同，可分為陸地封存和海洋封存；按照地質封存體的不同，可分為鹹水層封存、枯竭油氣藏封存等。

CCUS的起源

01

CCS

碳捕集與封存（CCS）是指將 CO2 從工業排放源中分離後直接加以封存，以實現 CO2 減排的工業過程。現代意義的 CO2 捕集、運輸與封存作為減少人為排放 CO2 的概念，最早是由義大利學者Marchetti提出。

1996年開始的挪威Sleipner CCS項目和2000年開始的IEA溫室氣體研究與開發計劃機構（IEAGHG）Weyburn-Midale CO2 監測與封存項目（簡稱Weyburn項目），則是國際上最早開展的對人為排放 CO2 進行大規模捕集、利用與封存的示範項目。Sleipner CCS項目是科學研究及大規模商業化示範項目。

當今世界，控制二氧化碳等溫室氣體排放，應對氣候變化給人類生存和發展帶來的嚴峻挑戰，已成國際社會廣泛共識。CCS是實現長期絕對 CO2 減排的戰略性技術。CCS在全球陸上理論 CO2 埋存容量約為6~42萬億噸，是2019~2060年全球累積 CO2 排放量5~37倍。CCS主要集中於已開發國家，加拿大制氫、美國制乙醇的單體項目規模最大，年埋存百萬噸。

加拿大Quest制氫CCS項目

然而，CCS大型項目整合和封存安全性均存在諸多挑戰，尤其工程投資巨大、運行成本高，企業大規模實施，必須依靠國家政策大力扶持來獲得效益。

02

CCUS

CCUS在CCS基礎上添加了碳利用過程，延展了碳產業鏈條，更具有商業價值。CCUS理念是隨著對CCS技術認識的不斷深化，在中美兩國的大力倡導下形成的，是將「碳負債」轉化為「碳收益」的主要技術之一，具有社會效益與經濟效益「雙贏」特性，已獲得國際社會的普遍認同。

CO 2 化工和生物利用前景較為廣闊，制化肥和食品級商業利用是目前較成熟的碳利用項目。國外近年來碳利用有很多新興的利用方向，如荷蘭和日本均有較大規模的將工業產生的 CO2 送到園林，作為溫室氣體來強化植物生長的項目。國內新興的碳利用方向主要有

CO 2 加氫制甲醇、 CO2 加氫制異構烷烴、 CO2 加氫制芳烴、 CO2 甲烷化重整等，但大多都處在催化劑研究的理論研究階段或中試階段。

CCUS-EOR技術可以通過 CO2 把煤化工或天然氣化工產生的碳源和油田聯繫起來，有較好的收益。該技術通過把捕集來的 CO2 注入到油田中，使即將枯竭的油田再次采出石油的同時，也將 CO2 永久地貯存在地下。

CCUS發展歷史

01

國際背景

國外CCUS-EOR項目主要在美國、加拿大等國家開展，特別是美國已具有成熟的CCUS-EOR工業體系。

美國CCUS-EOR項目起步於20世紀50年代，60-70年代持續開展關鍵技術攻關，70-90年代逐步擴大工業試驗規模，技術配套逐漸成熟，80年代以後進入商業化推廣階段。自20世紀80年代起，美國CCUS-EOR技術工業化應用規模持續快速擴大。世界上第一個大規模 CO2 -EOR項目 SACROC（Scurry Area Canyon Reef Operating Committee），從1972年1月26日起，由雪佛龍公司（Chevron）在德克薩斯州Scurry縣的油田開展。該項目的 CO2 來自科羅拉多州的天然 CO2 氣田，並通過管道將其運輸到油田驅油。

本世紀以來，美國、加拿大、澳大利亞、日本及阿聯等國家加速推進 CO2 捕集項目的工業化。2014年，加拿大SaskPower公司的Boundary Dam Power項目成為全球第一個成功應用於發電廠 CO2 捕集項目，2019年該項目捕集 CO2 達61.6萬噸。2015年，加拿大Quest項目將合成原油制氫過程中產生的 CO2 成功注入鹹水層封存，每年 CO2 捕集能力達100萬噸/年。

02

國內背景

國內CCUS-EOR研究起步較早，石油企業及有關院校早在20世紀60年代就開始探索 CO2 驅油技術，但因氣源、機理認識、裝備等問題使產業化發展滯後。進入21世紀以來，國家和石油企業相繼設立CCUS-EOR重大科技攻關和示範工程項目，大大推動了關鍵技術的突破和礦場試驗的成功。

2006年中國石油聯合中國科學院、國家教育部發起了研討CCUS技術的香山科學會議，沈平平教授首次提出在中國發展CCUS產業技術建議。2011年左右，許多政府計劃，技術會議和研宄計劃都開始採用CCUS作為碳捕獲系列技術的縮寫，而不再僅是CCS。

2006年香山科學會議第276次學術討論會代表合影

2006年香山科學會議會議執行主席

2011年科技部社會發展科技司和中國21世紀議程管理中心發布《中國碳捕集、利用與封存(CCUS)技術發展路線圖研究》，明確了中國發展CCUS的願景：為應對氣候變化提供技術可行和經濟可承受的技術選擇。針對捕集、運輸、利用、封存以及全系統分別提出了開展研發和示範的規模、技術和成本等階段性目標。

在2012年5月舉行的第11屆碳捕集，利用和封存年度會議上，可以觀察到從CCS到CCUS嘗試構架轉換的實施過程。碳捕獲埋存技術中普遍存在的「利用」，從根本上改變了這套技術的性質和目的。Danielle Endres等人研究明確了2012年會議從CCS過渡到CCUS，對技術部門的持續實踐以及氣候變化背景下的能源政策都具有重要意義。

2013年，在國家科技部倡導下，中國石油、中國石化、中國華能和國家能源集團，共同推動成立CCUS聯盟，目前已擁有理事單位40多家。聯盟理事成員每年齊聚論壇，協力推動CCUS技術與產業發展，為實現「雙碳」目標、保障國家能源安全貢獻「碳」力量。

2019年科技部更新了CCUS技術發展路線圖，總體願景是構建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技術體系和產業集群，為化石能源低碳化利用提供技術選擇，為應對氣候變化提供技術保障，為經濟社會可持續發展提供技術支撐。

03

中國石油CCUS發展歷程

2006年以來，中國石油率先承擔了國家「973」「863」和重大科技專項等一批重大項目和示範工程，先後成立了提高油氣採收率全國重點實驗室、集團公司CCUS重點實驗室、碳中和技術研發中心，設立了重大科技專項。截至目前，中國石油11家油氣田已經開展17項CCUS重大開發試驗，二氧化碳年注入能力超百萬噸，已累計注入二氧化碳超550萬噸，相當於植樹近5000萬棵，規模保持國內領先。

探索階段：

1965年，大慶油田碳酸水注入試驗拉開我國探索二氧化碳驅油的序幕。

1999年，吉林油田開展二氧化碳驅油先導試驗。

2006年，中國石油在香山科學會議首次提出CCUS概念。

攻關階段：

2007年，啟動國家973計劃項目《溫室氣體提高石油採收率的資源化利用及地下埋存》。

2008年，承擔國家科技重大專項《含二氧化碳天然氣藏安全開發與二氧化碳利用技術》。

2009年，承擔國家863計劃項目《二氧化碳驅油提高石油採收率與封存關鍵技術研究》。

2009年，設立中國石油重大專項《吉林油田二氧化碳驅油與埋存關鍵技術研究》。

示範階段：

2013年，寧夏石化15萬噸/年低濃度煙氣二氧化碳捕集裝置投產。

2013年，大慶油田建成13.5公里二氧化碳輸送管道。

2014年，吉林油田建成10萬噸級CCUS-EOR全流程示範工程。

2018年，中國石油巴西里貝拉項目10萬噸級CCUS項目投產。

2019年，新疆準噶爾OGCI-CCUS產業促進中心成為OGCI全球首批5個產業促進中心之一。

產業化階段：

2021年，設立中國石油重大科技專項《二氧化碳規模化捕集、驅油與埋存全產業鏈關鍵技術研究及示範》。

2021年，成立中國石油二氧化碳捕集、利用與封存重點實驗室和碳中和技術研發中心。

2022年，全國碳排放標準化技術委員會牽頭髮起成立CCUS標準工作組，中國石油擔任組長單位。

2022年，成立CCUS工作專班，部署「四大六小」CCUS產業化工程。

2022年，提高油氣採收率全國重點實驗室獲批建設。

2022年，召開CCUS工作推進會，啟動建設松遼盆地300萬噸CCUS規模化應用工程。

2022年，發布《中國石油綠色低碳發展行動計劃3.0》，確立CCUS發展戰略。

點擊上方關注流程工業視頻號

CCUS的作用

在碳中和目標下，以CCUS/CCS為基礎的低成本、高能效的碳產業將是世界各國實現碳中和目標的關鍵產業和新興產業之一，是徹底消除「黑碳」的革命性技術。CCUS是國際公認的三大減碳途徑之一，是目前實現大規模化石能源零排放利用的唯一選擇。中國CCUS地質封存潛力1.21~4.13萬億噸，預計2050年、2060年減排6~14億噸和10億~18億噸，可以滿足實現碳中和目標的需求。

01

CCUS技術是唯一能夠大量減少工業流程溫室氣體排放的手段。

對於煉化、氣電、水泥和鋼鐵行業來說，要想實現在生產過程中的深度減排，CCUS技術是必不可少的，而且是可再生能源電力和節能技術不可替代的，對於我國踐行低碳發展戰略和實現綠色發展至關重要。政府間氣候變化專門委員會報告曾指出：如果沒有CCUS，絕大多數氣候模式都不能實現碳減排目標。國際能源署、政府間氣候變化專門委員預估並指出，到2070年全球要實現凈零，除能源結構調整之外，工業和運輸行業仍有29億噸 CO2 無法去除，需要利用CCUS進行儲存和消納，CCUS技術累積減排約15%的排放量。

國際油公司新能源發展方向（IPCC）

02

CCUS技術是未來具有一定經濟性的減排手段。

沒有CCUS技術，碳減排成本將成倍增加。國內外大量實踐證明，CCUS技術可以提高油氣採收率，實現化石能源利用近零排放，促進鋼鐵、水泥、玻璃、化工等難減排行業深度減排，增強碳約束條件下電力系統的靈活性，保障電力安全穩定供應，抵消難減排的 CO2 和非 CO2 溫室氣體排放等。更為重要的是油氣田可實現石油工業的「負碳化」，即把捕集的 CO2 注入到油氣地下騰出的空間中，廣大的油氣田可成為封存 CO2 的「碳田」，這是一個應對氣候變化、構建生態文明和實現可持續發展的戰場。

03

CCUS是生產低碳氫的重要途徑之一。

IEA指出，除使用可再生能源電解水制氫外，經過CCUS技術改造的化石能源制氫設施也是低碳氫的重要來源。目前，全球經過CCUS技術改造的7個制氫廠每年可生產40萬噸的氫氣，是電解槽制氫量的3倍。未來，與製備低碳氫有關的CCUS項目將快速增加，帶動碳捕集量不斷增長。預計到2070年，全球40%的低碳氫將來自「化石燃料+CCUS技術」。

CCUS技術未來

全球碳捕捉與封存技術發展已40餘年，尤其在 CO2 驅油領域取得了豐富的研究與實踐經驗。就整個CCUS產業而言，受限於經濟成本的制約，目前仍處於商業化的早期階段。

IEA研究表明，基於2070年實現凈零排放目標，到2050年，需要應用各種碳減排技術將空氣中的溫室氣體濃度限制在450ppm以內，其中CCUS的貢獻為9%左右，即利用CCS技術捕集的 CO2 總量將增至約56.35億噸，其中利用量為3.69億噸，封存量為52.66億噸。到2070年，化石燃料能效提升與終端用能電氣化、太陽能/風能/生物質能/氫能等能源替代和CCUS是主要碳減排路徑，累計減排貢獻的占比分別可達40%、38%和15%。

對於中國而言，到2050年，電力、工業領域通過CCUS技術實現 CO2 減排量將分別達8億噸/年和6億噸/年。如果要將凈零目標從2070年提前到2050年，全球CCUS設施數量必須再增加50%。

流程工業

本文內容來源石油大院RIPED，責任 編輯：胡靜，審核人：李崢。歡迎您關注「流程工業」公眾號，第一時間獲取石油、化工、水處理、新材料、新能源最新市場動態，以及技術進展和項目信息。

視頻｜走進中石化石油化工科學研究院，探討石油石化行業低碳發展路徑 2023-06-26

萬華化學MMA裝置改建項目環評獲批，並有兩個項目投產 2023-06-27

總投資86.24億美元，新鳳鳴攜手桐昆計劃啟動印尼北加煉化一體化項目 2023-06-28

點擊原文，進入流程工業官網