CCUS技术：工程领域的突破性实践

日期: 2025-03-25

作者: 乐虎体育直播

  随着全球能源结构转型升级，石油石化行业正面临着前所未有的挑战与机遇。如何在保持能源供应安全稳定的同时，实现绿色、低碳、可持续发展，成为行业一同面对的课题。而这一切，离不开技术的持续创新与突破。

  技术的每一次飞跃，都是对未来的深刻洞察与积极回应。本版特推出《技术引领市场》栏目，深入挖掘并报道那些引领行业变革的先进的技术，展现科学技术创新如何为石油石化行业注入新的活力，期望通过这一窗口，让读者更了解石油石化行业的科技前沿，激发行业创新思维，一同推动行业向更加清洁、高效、智能的方向发展。

  在2025年全国“两会”上，CCUS技术作为碳中和战略的核心支撑，成为热议焦点。本版以南京工程公司为样本，深度解析中国石化工程领域在CCUS技术上的突破性实践，敬请关注。

  “双碳”目标的提出将CCUS（碳捕集、利用与封存）推至聚光灯下。2023年发布的《中国二氧化碳捕集利用与封存年度报告》显示，我国已投运、在建及规划的CCUS项目超过100个，年减排量突破1000万吨，但核心技术国产化率不足60%的现状，成为制约产业高质量发展的瓶颈。

  在CCUS技术产业化进程中，工程公司扮演着关键角色。作为中国石化旗下的重要力量，南京工程公司在这一领域深耕多年，以技术创新为核心驱动力，不断突破关键技术瓶颈，为行业绿色转型发展注入强劲动力。

  近年来，随着全球对碳排放问题的关注日益升温，CCUS技术被赋予了前所未有的战略意义。中国石化明白准确地提出要加快布局CCUS产业链，打造绿色低碳产业体系。在此背景下，南京工程公司主动担当、提前谋划，为自身发展明确了清晰的定位和方向。

  “我们不仅要巩固传统市场优势，还要在‘双碳’目标引领下，积极开拓新能源、资源循环利用等新兴领域。”南京工程公司总经理吴吉波说，“这是时代赋予我们的使命，也是公司实现高水平发展的必由之路。”

  10多年前，CCUS还被认为是“成本高、商业化难”的冷门领域，但南京工程公司看到了国家能源转型的必然趋势。2010年，该公司便涉足CCUS技术探讨研究，并于2013年成立了CCUS工程技术研究中心。该中心下设5个技术团队，涵盖二氧化碳捕集、矿化利用、化学转化等多个方向，会聚了100余名设计骨干和技术专家。多年来，团队参与了20余项国家及集团公司的CCUS研发技术项目，申请专利20余件，完成了多套装置的工程设计，积累了丰富的实践经验。

  值得一提的是，2022年，南京工程公司参股了我国首个碳全产业链科技公司——中石化碳产业科技股份有限公司，迈出了碳减排技术探讨研究和市场开发的重要一步。2024年，该公司被认定为“江苏省碳捕集利用与封存工程技术研究中心”“江苏省碳原子经济性绿色化工工程研究中心”，进一步彰显了在行业的领先地位。

  技术创新是企业的生命线，也是南京工程公司在CCUS领域脱颖而出的关键。面对激烈的市场之间的竞争，该公司从始至终坚持自主研发与协同攻关相结合，聚焦产业链关键环节，努力攻克技术难题，推动成果转化。

  “CCUS技术的研发不仅需要理论突破，更需要工程化应用的验证。”集团公司高级专家谢东升介绍，“经过多年积累，南京工程公司已经在二氧化碳捕集及液化或矿化利用、二氧化碳干重整/双重整、二氧化碳化学转化利用（制甲醇）等方面取得了重要进展。”

  技术研发的道路并非一帆风顺。以二氧化碳矿化脱硫渣技术为例，这套世界首个万吨级工业试验装置的研发过程充满了挑战。“当时最大的难点是如何在提高反应效率和设备生产强度的同时降低能耗。”回忆起攻关的艰难，南京工程公司首席专家孙国超感慨，“功夫不负有心人，我们联合南化研究院和四川大学，经过无数次试验和优化，最终成功开发出具有首创性的关键技术。”该装置连续运行72小时的根据结果得出，二氧化碳矿化脱硫渣关键技术不仅能有效处理工业废渣，而且能实现二氧化碳的高效固定，为后续大规模推广奠定了坚实基础。

  人才是技术创新的核心动力。近年来，南京工程公司大力实施“四个工程”精准培养计划，激发科研人员的创新活力，通过把“最聪明的脑袋”聚在一起，推动创新思想的交流与碰撞，加快了研发技术的步伐。

  “作为一名技术人员，我深刻感受到公司对创新的重视和支持。”年轻的工艺研发工程师傅颖政博士分享自己的成长经历，“在这里，我们有机会参与最前沿的技术研发，让我感到激动又自豪。”

  技术突破只是第一步，如何将成果转化为市场竞争力同样至关重要。南京工程公司始终践行“以客户为中心”的理念，紧密关注市场需求，构筑了一体化、贯通式的研究模式，确保技术能够精准对接客户实际需求。

  2023年6月，南京工程公司参与设计的亚洲最大火电CCUS项目——国家能源集团泰州电厂50万吨/年二氧化碳捕集项目顺利投产。该项目不仅有效解决了传统碳捕集技术高耗能、高投资的问题，而且明显提升了经济性，为电厂低碳化转型提供了有力支撑。

  “这个项目的成功实施，让我们正真看到了市场的巨大潜力。”南京工程公司市场部副经理陈小波说，“目前，我们正在为泰州电厂规划全烟气二氧化碳捕集项目，进一步助力客户实现节能降碳目标。”

  此外，该公司联合开发的“10万吨/年二氧化碳化学链矿化利用技术工业示范项目工艺包”也取得了重要进展。该项目被国家发展改革委列为“第一批绿色低碳先进的技术示范项目”，建成后将成为国内最大的二氧化碳矿化综合利用项目，二氧化碳吸收率大于90%，可实现永久固碳。

  创新永无止境，探索从未停歇。在“双碳”目标的指引下，CCUS技术仍有许多未知领域等待开拓。“未来，我们将继续深化创新驱动，联合科研院校开展全链条技术攻坚，重点突破生物质能转化利用、二氧化碳矿化固废制混凝土等关键核心技术，形成公司竞争优势。”南京工程公司副总工程师、工艺室经理李蒙说，“相信在大家的共同努力下，我们肯定能在‘双碳’进程中发挥更大作用。”

  从技术研发到市场应用、从人才培养到产业布局，南京工程公司正以实际行动诠释科学技术创新的力量，在这条充满挑战与机遇的道路上，用智慧和汗水书写全新的绿色篇章。

  CCUS是将“碳负债”转化为“碳收益”的主要技术之一，具有社会效益与经济效益双赢特性，已获得国际社会的普遍认同。

  从全球来看，CCUS项目主要在美国、加拿大等国家率先开展，特别是美国自20世纪50年代开始做CCUS-EOR（二氧化碳提高石油采收率）项目研究后，目前已具备成熟的CCUS-EOR工业体系。21世纪以来，美国、加拿大、澳大利亚、日本及阿联酋等国家加速推进二氧化碳捕集项目的工业化。

  从国内技术发展状况看，我国CCUS-EOR研究起步较早，石油企业及有关院校早在20世纪60年代就开始探索二氧化碳驱油技术，但因气源、机理认识、装备等问题，产业化发展滞后。进入21世纪以来，国家和石油企业相继设立CCUS-EOR重大科学技术攻关和示范工程建设项目，大大推动了关键技术的突破和矿场试验的成功。

  在“双碳”背景下，CCUS技术作为国际公认的大规模直接减排技术，是国家碳中和目标实现的重要支撑，其战略重要性进一步得到确认，2020年以来我国的CCUS示范项目数量明显增多。2022年8月，国内首个百万吨级CCUS项目齐鲁石化-胜利油田项目建成投产，标志着我国CCUS产业进入技术示范中后段——成熟的商业化运营，为大规模开展CCUS项目建设提供了更丰富的工程实践经验和技术数据。

  近年来，我国CCUS技术加快速度进行发展，构建了碳捕集、利用与封存全流程技术体系，形成了不同浓度排放源的二氧化碳捕集技术，并在煤电、石化、水泥及钢铁等行业开展了大量示范应用。据统计，截至2024年8月，我国已投运CCUS项目67个，包括61个投运中项目和6个间歇运行项目。

  从在运行的CCUS项目碳利用或封存方式来看，提高石油采收率（EOR）是最主要、技术最成熟的碳利用方式。有22个已投运项目明确其将捕集的二氧化碳用于提高石油采收率，其中17个CCUS项目将捕集的二氧化碳仅用于EOR。顶级规模的EOR项目为齐鲁石化-胜利油田二氧化碳捕集利用与封存全流程项目。国内二氧化碳生物利用方式主要为二氧化碳微藻养殖并制备高的附加价值产品。广东能源湛江生物质电厂烟气微藻固碳工程示范是国内首个生物质电厂原始烟气微藻固碳工程示范。二氧化碳矿化利用的方式为利用其处理固废生产碳酸钙、石膏、养护混凝土砌块等材料，代表性项目为2023年京博集团建成的全球首个10万吨级二氧化碳直接利用CCUS示范项目。该项目利用钢铁、电力、水泥等行业生产的全部过程中产生的钢渣、镁渣、炉渣、电石渣等大宗固废，在不借助外部热源、不用任何水泥的条件下与企业脱硫脱硝、合格外排的二氧化碳烟气发生矿化反应，每吨碳矿化材料吸碳固碳0.3~0.5吨，形成快速捕碳固碳的多功能负碳材料产品。还有15个已投运的CCUS项目用途为综合性的，包括EOR、矿化利用、制化学品、食品加工、食品冷链、生产氮肥、气焊保护等用途。此外，有9个CCUS项目未公布捕集的二氧化碳的用途。

  从CCUS技术应用领域看，我国CCUS示范项目行业覆盖面逐步扩大，目前国内已建成的CCUS示范项目的二氧化碳捕集源已涵盖电力、油气、化工、水泥、钢铁等多个行业。其中，电力行业和化工行业示范项目已超过20个。此外，还有超过40个规划和投运中的示范项目来自油气、煤化工、石油化学工业、乙醇制备和化肥生产等行业。

  值得注意的是，近年来我国各领域CCUS项目建设投入虽日益增加，但相比美国等技术应用发展领先国家，国内CCUS项目建设规模偏小，导致目前全国在运营CCUS项目的碳捕集能力总和占全球比例仅为4.6%。

  尽管CCUS是一种可行的减排技术，但要实现商业利用还面临诸多挑战。首先，成本高、能耗高、效益差的问题依然存在，亟须加强CCUS全技术链创新，突破捕集、利用的理论和技术瓶颈，加快低浓度排放源的低能耗、低成本捕集研发技术。其次，二氧化碳化工转化利用技术、生物利用技术等关键技术有待突破。再次，CCUS产业高质量发展生态仍需完善。未来，随国家政策效能释放，我国将持续着力构建低碳、零碳的CCUS产业链，不停地改进革新和发展有关政策、法律和法规和商业模式，国内CCUS技术应用市场、政策环境将逐渐完备，为CCUS产业高质量发展提供更多助力。

  对于CCUS，市场更关注的环节是“用”。驱油后进行封存，是全球CCUS总的发展的新趋势。我国CCUS在驱油领域发展的潜力很大，一方面，含油气盆地具有多个油气藏及大量的咸水层，是最有利的封存场所，初步评价具有上万亿吨的封存潜力；另一方面，源-汇优化涉及社会经济、产业技术、自然环境和国土空间等多个要素，且碳源、碳汇具有时空动态变化特征，需要从全局最优的角度开展源-汇匹配。此外，我国含油气盆地分布范围广，具有非常好的源-汇匹配性，能够直接进行多目标最优化源-汇匹配。综上分析，未来围绕含油气盆地建设多个驱油封存中心，形成捕集-输送-驱油封存利用产业集群，打造区域零碳低碳基地，或将成为中国推动CCUS产业发展关注的重要方向之一。例如，以渤海湾盆地为中心，形成辐射京津冀的渤海湾盆地千万吨级CCUS项目群；以华东、江苏、上海等区域为中心，形成长三角千万吨级开放式CCUS产业集群。中国石化正在研究建设含油气盆地驱油封存中心，推动形成捕集、输送、利用、封存的产业集群。

  技术优势：二氧化碳捕集技术以烟气为原料，采用化学吸收法，用有机胺吸收剂捕集其中的二氧化碳，有效解决了二氧化碳捕集高耗能、高投资和高运行成本等问题，提升了碳捕集技术的经济性，为电厂低碳化转型提供了支撑。

  应用效果：自投产以来，该装置运行平稳、能耗较低、工况调节范围宽，产品质量稳定。其二氧化碳捕集率大于90%，二氧化碳产品浓度大于99.95%，每吨二氧化碳再生热耗小于2.35焦耳、吸收剂损耗小于0.21千克，整体技术指标达到国际先进水平。

  技术优势：二氧化碳矿化脱硫渣关键技术具有首创性，将工业固废与二氧化碳进行矿化反应，不仅实现了二氧化碳的高效封存，而且能将固废转化为有价值的碳酸盐产品，在固碳效率、资源化利用、环境与经济效益方面均有显著优势。

  应用效果：装置72小时连续运行结果为，二氧化碳吸收转化率达90%、碳净封存率达75%，整体技术达到国际领先水平。该技术可为大型二氧化碳矿化脱硫渣装置设计、建设和安全稳定运行提供有力支撑。

  技术优势：二氧化碳干重整技术以二氧化碳和焦炉煤气为原料，反应生成合成气直接用于还原铁，可解决直接还原铁装置的气源问题，同时也为二氧化碳化学转化利用打下坚实基础。

  应用效果：该装置成功产出合格海绵铁产品，标志着全球首套以100%焦炉煤气为气源的氢基竖炉直接还原铁工艺实现商业化运行，是我国绿色低碳冶金技术的重大突破。