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中国石油安全环保技术研究院在2024年6月做了一场关于CCUS技术进展及展望的报告,内容涵盖CCUS的重要性、中国石油的具体实践以及未来方向。对于关注碳捕集、碳封存与油气行业低碳转型的从业者来说,中国石油作为国内CCUS规模领先的企业,它做到哪一步了、卡在哪里、下一步往哪走,这份材料给出了比较具体的回答。下面从技术现状、项目进展、成本趋势等角度逐层梳理。
核心判断
- CCUS是国际公认的三大减碳途径之一,IEA预测2050年全球CCUS减碳将达76亿吨。
- 中国石油CCUS经历探索、攻关试验、工业示范三阶段,2023年累计注入量超700万吨。
- 国内最大CCUS项目规模为50万吨/年,与国外百万吨级项目存在明显差距。
- 中国石油已部署百亿方CCUS工程,规划到2050年形成1亿吨碳埋存能力。
- 第三代吸收剂COSE-1能耗比传统MEA降低41%,液气比降低43%。
脱水解读
CCUS为什么被称作兜底技术
材料开篇就把CCUS的战略定位讲得很清楚:它是国际公认的三大减碳途径之一,在碳中和进程中具有不可替代的作用。IEA的预测数据显示,全球利用CCUS减碳将在2030年、2035年、2050年分别达到16亿吨、40亿吨和76亿吨,分别占2020年全球碳排放总量的4.7%、11.8%和22.4%。
更关键的是我国能源禀赋的现实约束。基于“富煤、缺油、少气”的资源特征,化石能源仍将是未来我国多能融合现代能源体系的重要组成部分,预计到2050年化石能源占中国能源消费比例的10%-15%。材料明确提出,CCS/CCUS是化石能源实现零排放利用的唯一选择,是在刚需背景下实现碳达峰碳中和的兜底技术。
从跟跑到领跑:中国石油的三阶段跨越
中国石油的CCUS发展经历了三个阶段。1965年大庆油田开展碳酸水试注实验,拉开了中国探索CO2驱油的序幕;2007年至2021年是攻关试验阶段,持续开展973、863重大项目攻关,建成多个全流程试验项目;2022年及以后进入工业示范阶段,发布《绿色低碳发展行动计划3.0》,启动多个百千万吨级远景规划。
截至2023年,中国石油CO2年注入量超过150万吨,累计注入量超过700万吨,规模持续保持国内领先。2022年当年注入量达到111万吨,累计注入达到563万吨。这一数据说明中国石油在国内CCUS领域确实处于领跑位置。
百亿方工程与亿吨级埋存蓝图
中国石油部署了大庆、吉林、长庆、新疆等“四大工程示范”,以及辽河、冀东、大港、华北、吐哈、南方等六个先导试验。材料明确提出到2050年,利用公司内部碳源,形成1亿吨的碳埋存能力与引领CCUS产业发展的能力。
在封存潜力评价方面,安环院以碳收集领导人论坛的分级及计算公式为基础,提出了适合我国CO2咸水层封存潜力评价的容量系数法。对中国石油5大油田的137个油藏进行评价,有效CO2封存潜力约20亿吨,可提高采收率8-15%,并编制了基于GIS的分布图件。
技术攻关:从吸收剂到封存评价
安环院课题组从2005年起围绕碳捕集新吸收剂、两相吸收法、溶剂降解回收及捕集新工艺开展系统研究,承担/参与各类碳捕集项目12项,累计经费超1.3亿元。目前建有北京、新疆、青海、天津、海南五大CCUS实验平台,分别承担实验室研究、连续中试、连续小试、捕集示范和封存示范功能。
最具代表性的成果是COSE-1吸收剂。相比30%单乙醇胺(MEA)吸收剂,COSE-1能耗降低41%,液气比降低43%,这是国内首次采用第三代吸收剂进行的万吨级商业化示范。在吸附剂方面,采用化学接枝法合成固态胺吸附材料1种,400ppm CO2浓度下吸附量达0.6mmol/g,CO2浓度10%时的饱和吸附量超过2mmol/g。
与国外的差距:不是一个数量级的问题
材料坦诚地列出了国内外的差距。在捕集能力上,国外最大项目CO2捕集能力达700万吨,国内为10-60万吨,相差一个数量级;在管道输送上,国外已建6000千米CO2输送管道,国内以车载运输为主,仅有吉林53千米CO2管道,相差两个数量级;在埋存规模上,国外最大项目累计埋存CO2达亿吨级,国内最大项目累计埋存330万吨,相差两个数量级以上。
成本方面的差距同样明显。国外平均井口气价250元/吨,国内井口价400-800元/吨,是美国的2-4倍。国外桶油成本18-35美元,国内为47-55美元。材料还提到,国外集群化发展具有基础设施共享、项目系统性强、技术代际关联度高等优势,国内规模化区域化工程经验不足。
未来方向:低浓度捕集与绿色化学品
展望部分给出了几个明确的方向。我国CO2驱油埋藏潜力约为51亿吨,地质封存潜力约为1.21-4.13万亿吨,预计到2050年每年CCS/CCUS实现的减排量约为10亿吨。以低浓度捕集、化工与生物利用为主的CCUS技术卡点将是未来主要的研究方向。
在吸收剂方面,经过三代持续攻关,吸收容量有所增加,捕集能耗显著降低。第三代吸收剂中贫水/非水吸收剂文献报道最高容量达到4.0mol/L左右,但粘度较高、挥发腐蚀降解严重,粘度更低、稳定性更好的高容量低能耗吸收剂仍是行业研究热点。在CO2资源化利用方面,绿色甲醇和绿色芳烃被重点提及。以“液态阳光”为代表的绿色甲醇技术已有全球首套项目投产,全球首个10万吨级绿色低碳甲醇工厂也已投产。清华大学与内蒙古久泰集团合作的万吨级二氧化碳制芳烃工业试验项目已开工。
图说解读
中国石油CCUS三阶段发展历程
从1965年大庆油田的碳酸水试注实验算起,中国石油在CO2驱油领域已经走过了近六十年的历程。材料将这段历史划分为三个阶段:探索阶段从1965年延续到2006年,攻关试验阶段从2007年到2021年,工业示范阶段从2022年开始。
2022年是一个关键转折点,当年CO2注入量达到111万吨,累计注入达到563万吨。到2023年,年注入量超过150万吨,累计注入量超过700万吨。这一规模在国内持续保持领先,也标志着中国石油CCUS从试验走向了工业化应用。
国内外CCUS关键指标对比
这张对比表把国内外的差距量化得很直白。捕集能力相差一个数量级,管道输送能力和埋存规模相差两个数量级,成本方面国内井口气价是美国的2-4倍。
材料还指出,国外集群化发展具有基础设施共享、项目系统性强、技术代际关联度高等优势。国内规模化区域化工程经验不足,生产管理水平也有待提高。这些差距意味着国内CCUS产业仍处于从示范向规模化过渡的早期阶段。
封存潜力评价结果
安环院对中国石油5大油田的137个油藏进行了封存潜力评价,有效CO2封存潜力合计约20亿吨。其中某油田4的混相驱有效埋存量达到10.9亿吨,在五个油田中体量最大。
评价方法以碳收集领导人论坛的埋存潜力分级及计算公式为基础,综合考虑CO2在咸水层封存的动态变化,提出了适合我国CO2咸水层封存潜力评价的容量系数法。评价结果还显示,这些油藏可提高采收率8-15%,并编制了基于GIS的分布图件。
成本预测与减排贡献
材料给出了碳中和目标下我国CCUS减排贡献需求的预测数据。从2025年到2060年,CCUS的减排量将从约0.5亿吨/年增长到约18亿吨/年,2050年预计达到10亿吨/年。
这一增长曲线说明CCUS在碳中和进程中的角色将越来越重要。材料同时指出,我国CO2驱油埋藏潜力约为51亿吨,为碳减排提供了早期低成本机会;地质封存潜力约为1.21-4.13万亿吨,是实现CO2深度减排的重要途径。
三代吸收剂能耗与容量演进
从第一代到第三代吸收剂,吸收容量和再生能耗两个核心指标都在持续优化。第一代以烷醇胺类为代表,吸收容量2.0-2.8mol/L,再生能耗3.5-4.5GJ/tCO2;第二代引入混合胺和空间位阻胺,再生能耗降至2.8-3.5GJ/tCO2;第三代包括离子液体、相变吸收剂、纳米流体等,吸收容量最高可达4.0mol/L。
中国石油自主研发的COSE-1吸收剂属于第三代,相比传统MEA吸收剂能耗降低41%,液气比降低43%,这是国内首次采用第三代吸收剂进行的万吨级商业化示范。材料也指出,第三代吸收剂中贫水/非水吸收剂粘度较高、挥发腐蚀降解严重,粘度更低、稳定性更好的吸收剂仍是研究热点。
数据解读
| 指标 | 数值 | 单位 | 出处 |
|---|---|---|---|
| 2022年CO2注入量 | 111 | 万吨 | 二、中国石油CCUS进展 |
| 2022年累计注入量 | 563 | 万吨 | 二、中国石油CCUS进展 |
| 2023年CO2年注入量 | >150 | 万吨 | 二、中国石油CCUS进展 |
| 2023年累计注入量 | >700 | 万吨 | 二、中国石油CCUS进展 |
| 5大油田有效封存潜力 | 约20 | 亿吨 | 二、中国石油CCUS进展 |
| 2050年规划碳埋存能力 | 1 | 亿吨 | 二、中国石油CCUS进展 |
这组数据勾勒出中国石油CCUS的规模轨迹。从2022年的111万吨年注入量到2023年超过150万吨,增长幅度接近40%。累计注入量从563万吨增长到超过700万吨,增速同样可观。 更远期来看,中国石油规划到2050年形成1亿吨的碳埋存能力。从700万吨到1亿吨,意味着未来近三十年的增长空间非常大。5大油田137个油藏的有效封存潜力约20亿吨,为这一规划提供了资源基础。
| 指标 | 数值 | 单位 | 出处 |
|---|---|---|---|
| 最大项目CO2捕集能力 | 700 | 万吨 | 一、CCUS的重要性及发展现状 |
| 国内最大CO2捕集能力 | 10-60 | 万吨 | 一、CCUS的重要性及发展现状 |
| 国外CO2管道长度 | 6000 | 千米 | 一、CCUS的重要性及发展现状 |
| 国内CO2管道长度 | 53 | 千米 | 一、CCUS的重要性及发展现状 |
| 国外平均井口气价 | 250 | 元/吨 | 一、CCUS的重要性及发展现状 |
| 国内井口价 | 400-800 | 元/吨 | 一、CCUS的重要性及发展现状 |
这组对比数据反映了国内CCUS产业与国际先进水平的差距。捕集能力相差约一个数量级,管道输送能力相差两个数量级,成本方面国内井口气价是国外的2-4倍。 材料指出,国外已布局数个百万吨级项目,国内最大规模为50万吨/年。这种差距不仅体现在规模上,也体现在基础设施共享、项目系统性、技术代际关联度等软实力方面。国内规模化区域化工程经验不足,生产管理水平也有待提高。
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中国石油CCUS技术进展及展望
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