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(tài)二氧化碳將用于與周邊油田開展驅(qū)油利用研究,實現(xiàn)了捕集二氧化碳的100%消納利用,并具備穩(wěn)定的盈利能力,為煤電CCUS長期可持續(xù)運營提供了樣本,成為創(chuàng)新鏈協(xié)同攻堅的示范案例。
“3、2、1,投產(chǎn)?!苯?,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(chǎn)。
該項目是亞洲最大的煤電CCUS項目,其成功投運標(biāo)志著我國大規(guī)模煤電CCUS技術(shù)日趨成熟,為后續(xù)開展更大規(guī)模的二氧化碳捕集利用奠定了堅實基礎(chǔ)。
“我們的系統(tǒng)運行安全、可靠、高效,各項指標(biāo)全面優(yōu)于設(shè)計值,均處于行業(yè)最優(yōu)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(chǎn)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?!眹夷茉醇瘓F江蘇公司黨委書記、董事長季明彬表示。
CCUS技術(shù)迎來快速發(fā)展期
實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),能源行業(yè)碳減排是重中之重。我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)決定了在當(dāng)下和未來較長一段時間內(nèi),煤電仍將發(fā)揮不可替代的作用。因此,解決煤電行業(yè)的碳排放問題,對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)至關(guān)重要。
目前,CCUS技術(shù)被認(rèn)為是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳化利用的減排技術(shù)。它可以將二氧化碳從工業(yè)、能源生產(chǎn)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(xiàn)二氧化碳的減排。
我國《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》明確提出,瞄準(zhǔn)新型電力系統(tǒng)、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(lǐng)域,實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技示范項目。
被稱為“碳捕手”的CCUS技術(shù)迎來快速發(fā)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(guī)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(chǎn)品應(yīng)用場景窄等問題?!眹夷茉醇瘓F新能源技術(shù)研究院碳中和中心主任徐冬坦言。
作為全球最大的火力發(fā)電公司,國家能源集團自覺發(fā)揮創(chuàng)新主體作用,決心在大規(guī)模煤電碳捕集利用與封存領(lǐng)域蹚出一條創(chuàng)新路。
圍繞當(dāng)前煤電碳捕集技術(shù)面臨的痛點、難點問題,國家能源集團江蘇公司負(fù)責(zé)牽頭組織,委托國家能源集團新能源技術(shù)研究院作為技術(shù)總負(fù)責(zé)單位,聯(lián)合國能龍源環(huán)保、華東電力設(shè)計院、清華大學(xué)等高校和科研院所開展技術(shù)攻關(guān)工作。
1000多次測試才找到理想配方
作為該項目技術(shù)負(fù)責(zé)人,回憶起項目的科技攻關(guān)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(guān)鍵核心技術(shù)。用徐冬的話說,吸收劑是碳捕集的“心臟”?!伴_發(fā)出能耗低、穩(wěn)定性高的吸收劑是我們的主要攻關(guān)方向?!毙於f。
然而,吸收劑的能耗和穩(wěn)定性就像一個蹺蹺板,能耗低的吸收劑,穩(wěn)定性就差,而穩(wěn)定性高的吸收劑,能耗也高。如何實現(xiàn)“魚與熊掌兼得”,成為擺在徐冬等技術(shù)人員面前的一道難題。
“為此,我們反復(fù)試驗、反復(fù)調(diào)整配方,雖然失敗的次數(shù)很多,但每一次測試都讓我們對吸收劑的特性有了新的認(rèn)知,這種新認(rèn)知一直激勵著我們持續(xù)做下去?!蹦菚r徐冬對攻克難關(guān)充滿信心,他堅信一定可以找到低能耗、高穩(wěn)定性的吸收劑配方。
功夫不負(fù)有心人,經(jīng)過1000多次測試,他們成功了!當(dāng)?shù)湍芎?、高容量、高穩(wěn)定性的三元復(fù)配吸收劑研發(fā)出來的時候,徐冬懸著的心終于落地。
吸收劑研發(fā)成功只是第一步,開發(fā)出大規(guī)模碳捕集工藝包才是項目科技創(chuàng)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(shù)都需要我們在工藝包里做好設(shè)定。只有找到這些參數(shù)組合的最優(yōu)解,才能真正提高CCUS項目的碳捕集能力,降低項目運營成本?!毙於f。
“盡管我們在錦界公司有過15萬噸/年CCUS項目的成功經(jīng)驗,但是那套技術(shù)應(yīng)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(shù)量疊加,這意味著我們必須進(jìn)行技術(shù)再造和革新?!?/p>
為找到讓他們夢寐以求的最優(yōu)解,徐冬帶領(lǐng)團隊持續(xù)攻關(guān)?!氨热缥账睆?,當(dāng)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(fā)生塔液泛的風(fēng)險也就越高。因此,我們必須綜合考慮。關(guān)于塔直徑的選擇,我們反復(fù)論證了3個月,最終才選定8.2米的方案?!毙於e例道。
煤電CCUS可持續(xù)運營的樣本
除了三元復(fù)配吸收劑和大規(guī)模碳捕集工藝包,項目組還與清華大學(xué)、浙江大學(xué)等聯(lián)合開發(fā)了小齒頂角填料、新型干法凝胺回收裝置、首套國產(chǎn)最大等級二氧化碳壓縮機……
國家能源集團新能源技術(shù)研究院黨委書記、董事長褚景春表示,本項目經(jīng)歷3年的集中攻關(guān),在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備、系統(tǒng)集成和示范應(yīng)用方面取得了重大突破,首次揭示了大型碳捕集系統(tǒng)與電廠熱力系統(tǒng)的耦合規(guī)律,攻克了多項碳捕集工程放大技術(shù)難題及瓶頸,形成完整的大規(guī)模碳捕集科技研發(fā)和工藝包設(shè)計能力,具有很強的創(chuàng)新性和顯著的社會效益,可為國家CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要技術(shù)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(xiàn)足額消納是限制CCUS項目可持續(xù)運營的堵點。
“為此,我們提前開展市場調(diào)研,鎖定了焊接制造、食品級干冰、高新機械清洗和油田驅(qū)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(tài)二氧化碳將用于與周邊油田開展驅(qū)油利用研究,實現(xiàn)了捕集二氧化碳的100%消納利用,并具備穩(wěn)定的盈利能力,為煤電CCUS長期可持續(xù)運營提供了樣本,成為創(chuàng)新鏈協(xié)同攻堅的示范案例?!眹夷茉醇瘓F江蘇公司泰州電廠總經(jīng)理蔣欣軍表示。
5月27日,泰州CCUS項目試運期間生產(chǎn)的第一批液體二氧化碳交付給了首批用戶?!捌焚|(zhì)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(lián)合相關(guān)企業(yè)、高校、科研院所,就二氧化碳加氫制甲醇、制精細(xì)化工品等方面進(jìn)行協(xié)同攻關(guān)突破,提升二氧化碳價值率,進(jìn)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(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化集群化發(fā)展。(陸成寬)