亚洲最大煤电CCUS项目投产高效“碳捕手”助煤电走低碳路

2023-06-13 05:44:51 来源 : 科技日报

◎本报记者陆成宽

目前，该项目已与8家单位签订购销合同，合同量为4万吨/月，另外，还有2万吨/年液态二氧化碳将用于与周边油田开展驱油利用研究，实现了捕集二氧化碳的100%消纳利用，并具备稳定的盈利能力，为煤电CCUS长期可持续运营提供了样本，成为创新链协同攻坚的示范案例。

“3、2、1，投产。”近日，随着一声令下，国家能源集团江苏泰州电厂50万吨/年二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)项目正式投产。

该项目是亚洲最大的煤电CCUS项目，其成功投运标志着我国大规模煤电CCUS技术日趋成熟，为后续开展更大规模的二氧化碳捕集利用奠定了坚实基础。

(资料图片仅供参考)

“我们的系统运行安全、可靠、高效，各项指标全面优于设计值，均处于行业最优水平。在‘源头减碳、过程控碳、终端捕碳’的全过程绿色低碳生产上，我们又取得重要突破，为推动煤炭清洁高效利用成功打造了减碳固碳新样板。”国家能源集团江苏公司党委书记、董事长季明彬表示。

CCUS技术迎来快速发展期

实现“双碳”目标，能源行业碳减排是重中之重。我国以煤为主的能源结构决定了在当下和未来较长一段时间内，煤电仍将发挥不可替代的作用。因此，解决煤电行业的碳排放问题，对实现“双碳”目标至关重要。

目前，CCUS技术被认为是唯一能够实现化石能源大规模低碳化利用的减排技术。它可以将二氧化碳从工业、能源生产等排放源或空气中捕集分离，并加以利用或输送到适宜场地封存，最终实现二氧化碳的减排。

我国《“十四五”现代能源体系规划》明确提出，瞄准新型电力系统、安全高效储能、氢能、新一代核能体系、二氧化碳捕集利用与封存、天然气水合物等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技示范项目。

被称为“碳捕手”的CCUS技术迎来快速发展期。截至2022年底，我国已投用的煤电CCUS项目(含CCS项目)13个，总捕集能力约60万吨/年，规模最大的是国家能源集团锦界公司的15万吨/年CCUS项目。

“然而，从实际运行情况看，目前CCUS还存在总捕集能力低、项目运营成本高、产品应用场景窄等问题。”国家能源集团新能源技术研究院碳中和中心主任徐冬坦言。

作为全球最大的火力发电公司，国家能源集团自觉发挥创新主体作用，决心在大规模煤电碳捕集利用与封存领域蹚出一条创新路。

围绕当前煤电碳捕集技术面临的痛点、难点问题，国家能源集团江苏公司负责牵头组织，委托国家能源集团新能源技术研究院作为技术总负责单位，联合国能龙源环保、华东电力设计院、清华大学等高校和科研院所开展技术攻关工作。

1000多次测试才找到理想配方

作为该项目技术负责人，回忆起项目的科技攻关历程，徐冬至今仍然对很多场景记忆犹新。其中，吸收剂测试最让徐冬揪心。

吸收剂是CCUS项目的关键核心技术。用徐冬的话说，吸收剂是碳捕集的“心脏”。“开发出能耗低、稳定性高的吸收剂是我们的主要攻关方向。”徐冬说。

然而，吸收剂的能耗和稳定性就像一个跷跷板，能耗低的吸收剂，稳定性就差，而稳定性高的吸收剂，能耗也高。如何实现“鱼与熊掌兼得”，成为摆在徐冬等技术人员面前的一道难题。

“为此，我们反复试验、反复调整配方，虽然失败的次数很多，但每一次测试都让我们对吸收剂的特性有了新的认知，这种新认知一直激励着我们持续做下去。”那时徐冬对攻克难关充满信心，他坚信一定可以找到低能耗、高稳定性的吸收剂配方。

功夫不负有心人，经过1000多次测试，他们成功了！当低能耗、高容量、高稳定性的三元复配吸收剂研发出来的时候，徐冬悬着的心终于落地。

吸收剂研发成功只是第一步，开发出大规模碳捕集工艺包才是项目科技创新的核心。

“吸收塔多高多粗，吸收剂用量多少，入口的温度是多少……所有这些参数都需要我们在工艺包里做好设定。只有找到这些参数组合的最优解，才能真正提高CCUS项目的碳捕集能力，降低项目运营成本。”徐冬说。

“尽管我们在锦界公司有过15万吨/年CCUS项目的成功经验，但是那套技术应用到50万吨的项目中到底行不行？”徐冬心里也打鼓，“毕竟从15万吨到50万吨，并不是简单的数量叠加，这意味着我们必须进行技术再造和革新。”

为找到让他们梦寐以求的最优解，徐冬带领团队持续攻关。“比如吸收塔直径，当时我们有3种方案：7米、8米和8.2米。虽然塔的直径越小，投资越省，但是塔径小的同时，烟气的流速就快，同工况下发生塔液泛的风险也就越高。因此，我们必须综合考虑。关于塔直径的选择，我们反复论证了3个月，最终才选定8.2米的方案。”徐冬举例道。

煤电CCUS可持续运营的样本

除了三元复配吸收剂和大规模碳捕集工艺包，项目组还与清华大学、浙江大学等联合开发了小齿顶角填料、新型干法凝胺回收装置、首套国产最大等级二氧化碳压缩机……

国家能源集团新能源技术研究院党委书记、董事长褚景春表示，本项目经历3年的集中攻关，在基础理论、关键技术、核心装备、系统集成和示范应用方面取得了重大突破，首次揭示了大型碳捕集系统与电厂热力系统的耦合规律，攻克了多项碳捕集工程放大技术难题及瓶颈，形成完整的大规模碳捕集科技研发和工艺包设计能力，具有很强的创新性和显著的社会效益，可为国家CCUS产业发展提供重要技术保障和决策支撑。

值得一提的是，一直以来，捕集的二氧化碳无法实现足额消纳是限制CCUS项目可持续运营的堵点。

“为此，我们提前开展市场调研，锁定了焊接制造、食品级干冰、高新机械清洗和油田驱油等方面的用户。目前，已与8家单位签订购销合同，合同量为4万吨/月，另外，还有2万吨/年液态二氧化碳将用于与周边油田开展驱油利用研究，实现了捕集二氧化碳的100%消纳利用，并具备稳定的盈利能力，为煤电CCUS长期可持续运营提供了样本，成为创新链协同攻坚的示范案例。”国家能源集团江苏公司泰州电厂总经理蒋欣军表示。

5月27日，泰州CCUS项目试运期间生产的第一批液体二氧化碳交付给了首批用户。“品质非常好！”收到货几个小时后，用户打来的反馈电话振奋了每一名项目参与者。

下一步，泰州电厂将联合相关企业、高校、科研院所，就二氧化碳加氢制甲醇、制精细化工品等方面进行协同攻关突破，提升二氧化碳价值率，进一步贯通从捕集到消纳的二氧化碳全周期链条，加快推动煤电CCUS由科技示范转向产业化集群化发展。

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