目前，該項目已與8家單位簽訂購銷合同，合同量為4萬噸/月，另外，還有2萬噸/年液態二氧化碳將用于與周邊油田開展驅油利用研究，實現了捕集二氧化碳的100%消納利用，并具備穩定的盈利能力，為煤電CCU長期可持續運營提供了樣本，成為創新鏈協同攻堅的示范案例。
“3、2、1，投產。”近日，隨著一聲令下，國家能源集團江蘇泰州電廠50萬噸/年二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)項目正式投產。
該項目是亞洲最大的煤電CCUS項目，其成功投運標志著我國大規模煤電CCUS技術日趨成熟，為后續開展更大規模的二氧化碳捕集利用奠定了堅實基礎。
“我們的系統運行安全、可靠、高效，各項指標全面優于設計值，均處于行業最優水平。在‘源頭減碳、過程控碳、終端捕碳’的全過程綠色低碳生產上，我們又取得重要突破，為推動煤炭清潔高效利用成功打造了減碳固碳新樣板。”國家能源集團江蘇公司黨委書記、董事長季明彬表示。
CCUS技術迎來快速發展期
實現“雙碳”目標，能源行業碳減排是重中之重。我國以煤為主的能源結構決定了在當下和未來較長一段時間內，煤電仍將發揮不可替代的作用。因此，解決煤電行業的碳排放問題，對實現“雙碳”目標至關重要。
目前，CCUS技術被認為是唯一能夠實現化石能源大規模低碳化利用的減排技術。它可以將二氧化碳從工業、能源生產等排放源或空氣中捕集分離，并加以利用或輸送到適宜場地封存，最終實現二氧化碳的減排。
我國《“十四五”現代能源體系規劃》明確提出，瞄準新型電力系統、安全高效儲能、氫能、新一代核能體系、二氧化碳捕集利用與封存、天然氣水合物等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技示范項目。
被稱為“碳捕手”的CCUS技術迎來快速發展期。截至2022年底，我國已投用的煤電CCUS項目(含CCS項目)13個，總捕集能力約60萬噸/年，規模最大的是國家能源集團錦界公司的15萬噸/年CCUS項目。
“然而，從實際運行情況看，目前CCUS還存在總捕集能力低、項目運營成本高、產品應用場景窄等問題。”國家能源集團新能源技術研究院碳中和中心主任徐冬坦言。
作為全球最大的火力發電公司，國家能源集團自覺發揮創新主體作用，決心在大規模煤電碳捕集利用與封存領域蹚出一條創新路。
圍繞當前煤電碳捕集技術面臨的痛點、難點問題，國家能源集團江蘇公司負責牽頭組織，委托國家能源集團新能源技術研究院作為技術總負責單位，聯合國能龍源環保、華東電力設計院、清華大學等高校和科研院所開展技術攻關工作。
1000多次測試才找到理想配方
作為該項目技術負責人，回憶起項目的科技攻關歷程，徐冬至今仍然對很多場景記憶猶新。其中，吸收劑測試最讓徐冬揪心。
吸收劑是CCUS項目的關鍵核心技術。用徐冬的話說，吸收劑是碳捕集的“心臟”。“開發出能耗低、穩定性高的吸收劑是我們的主要攻關方向。”徐冬說。
然而，吸收劑的能耗和穩定性就像一個蹺蹺板，能耗低的吸收劑，穩定性就差，而穩定性高的吸收劑，能耗也高。如何實現“魚與熊掌兼得”，成為擺在徐冬等技術人員面前的一道難題。
“為此，我們反復試驗、反復調整配方，雖然失敗的次數很多，但每一次測試都讓我們對吸收劑的特性有了新的認知，這種新認知一直激勵著我們持續做下去。”那時徐冬對攻克難關充滿信心，他堅信一定可以找到低能耗、高穩定性的吸收劑配方。
功夫不負有心人，經過1000多次測試，他們成功了!當低能耗、高容量、高穩定性的三元復配吸收劑研發出來的時候，徐冬懸著的心終于落地。
吸收劑研發成功只是第一步，開發出大規模碳捕集工藝包才是項目科技創新的核心。
“吸收塔多高多粗，吸收劑用量多少，入口的溫度是多少……所有這些參數都需要我們在工藝包里做好設定。只有找到這些參數組合的最優解，才能真正提高CCUS項目的碳捕集能力，降低項目運營成本。”徐冬說。
“盡管我們在錦界公司有過15萬噸/年CCUS項目的成功經驗，但是那套技術應用到50萬噸的項目中到底行不行?”徐冬心里也打鼓，“畢竟從15萬噸到50萬噸，并不是簡單的數量疊加，這意味著我們必須進行技術再造和革新。”
為找到讓他們夢寐以求的最優解，徐冬帶領團隊持續攻關。“比如吸收塔直徑，當時我們有3種方案：7米、8米和8.2米。雖然塔的直徑越小，投資越省，但是塔徑小的同時，煙氣的流速就快，同工況下發生塔液泛的風險也就越高。因此，我們必須綜合考慮。關于塔直徑的選擇，我們反復論證了3個月，最終才選定8.2米的方案。”徐冬舉例道。
煤電CCUS可持續運營的樣本
除了三元復配吸收劑和大規模碳捕集工藝包，項目組還與清華大學、浙江大學等聯合開發了小齒頂角填料、新型干法凝胺回收裝置、首套國產最大等級二氧化碳壓縮機……
國家能源集團新能源技術研究院黨委書記、董事長褚景春表示，本項目經歷3年的集中攻關，在基礎理論、關鍵技術、核心裝備、系統集成和示范應用方面取得了重大突破，首次揭示了大型碳捕集系統與電廠熱力系統的耦合規律，攻克了多項碳捕集工程放大技術難題及瓶頸，形成完整的大規模碳捕集科技研發和工藝包設計能力，具有很強的創新性和顯著的社會效益，可為國家CCUS產業發展提供重要技術保障和決策支撐。
值得一提的是，一直以來，捕集的二氧化碳無法實現足額消納是限制CCUS項目可持續運營的堵點。
“為此，我們提前開展市場調研，鎖定了焊接制造、食品級干冰、高新機械清洗和油田驅油等方面的用戶。目前，已與8家單位簽訂購銷合同，合同量為4萬噸/月，另外，還有2萬噸/年液態二氧化碳將用于與周邊油田開展驅油利用研究，實現了捕集二氧化碳的100%消納利用，并具備穩定的盈利能力，為煤電CCUS長期可持續運營提供了樣本，成為創新鏈協同攻堅的示范案例。”國家能源集團江蘇公司泰州電廠總經理蔣欣軍表示。
5月27日，泰州CCUS項目試運期間生產的第一批液體二氧化碳交付給了首批用戶。“品質非常好!”收到貨幾個小時后，用戶打來的反饋電話振奮了每一名項目參與者。
下一步，泰州電廠將聯合相關企業、高校、科研院所，就二氧化碳加氫制甲醇、制精細化工品等方面進行協同攻關突破，提升二氧化碳價值率，進一步貫通從捕集到消納的二氧化碳全周期鏈條，加快推動煤電CCUS由科技示范轉向產業化集群化發展。 作者： 陸成寬
來源：科技日報 編 輯：也禾
