專業(yè)為石油天然氣、氣體凈化、化工尾氣回收利用、煙氣二氧化碳捕集及利用、化工醫(yī)藥行業(yè)提供工藝技術(shù)、服務(wù)和設(shè)計(jì)
油氣行業(yè)CCUS應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展建議
(中能傳媒能源安全新戰(zhàn)略研究院)
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碳捕集與封存(CCS)技術(shù)在不改變能源結(jié)構(gòu)的前提下,實(shí)現(xiàn)碳的有效封存,是世界公認(rèn)的最有前景的碳減排技術(shù)之一。碳捕集、利用與封存(CCUS)是CCS新的發(fā)展,該技術(shù)把生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳提純,然后投入新的生產(chǎn)過程中,從而實(shí)現(xiàn)碳的循環(huán)再利用。CCUS技術(shù)體系涵蓋二氧化碳捕集技術(shù)、運(yùn)輸技術(shù)、利用技術(shù)以及地質(zhì)封存技術(shù)。隨著技術(shù)推陳出新,這一技術(shù)體系正在逐步完善和豐富。目前,我國CCUS技術(shù)的理論攻關(guān)與現(xiàn)場試驗(yàn)均取得了重要成果和重大進(jìn)展,工程技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)全流程配套,加速推進(jìn)CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
二氧化碳捕集技術(shù)正在由第一代向第二代過渡,第三代技術(shù)也開始嶄露頭角。第一代捕集技術(shù)是指現(xiàn)階段已完成工程示范并投入商業(yè)運(yùn)行的技術(shù),如傳統(tǒng)的燃燒后化學(xué)吸收技術(shù)、燃燒前物理吸收技術(shù)等。第二代捕集技術(shù)是指能夠在2025年進(jìn)行商業(yè)部署的捕集技術(shù),如基于新型吸收劑的化學(xué)吸收技術(shù)、化學(xué)吸附技術(shù)等。第三代捕集技術(shù)又稱變革性技術(shù),是指能夠在2035年開始投入商業(yè)運(yùn)行的技術(shù),如化學(xué)鏈燃燒技術(shù)等。
二氧化碳管道運(yùn)輸技術(shù)具有較高的安全輸送、設(shè)計(jì)施工、特殊措施難度,但相比低溫儲(chǔ)罐公路運(yùn)輸,二氧化碳管道運(yùn)輸在運(yùn)輸規(guī)模、成本和社會(huì)效益方面具有明顯優(yōu)勢,是實(shí)現(xiàn)陸上大規(guī)模、長距離、低成本運(yùn)輸?shù)氖走x。目前我國已有少量短距離、小規(guī)模、低壓力二氧化碳輸送管道。今年7月,我國首條百萬噸輸送規(guī)模、百公里輸送距離、百公斤輸送壓力的高壓常溫密相二氧化碳輸送管道工程——“齊魯石化-勝利油田百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目”二氧化碳輸送管道正式投運(yùn),標(biāo)志著我國首次實(shí)現(xiàn)液體二氧化碳長距離密相管輸。
二氧化碳利用技術(shù)正在由較早的二氧化碳地質(zhì)利用實(shí)現(xiàn)能源資源增采,如二氧化碳強(qiáng)化石油開采、強(qiáng)化煤層氣開采等,向二氧化碳化工利用和生物利用拓展,逐步實(shí)現(xiàn)高附加值化學(xué)品合成、生物產(chǎn)品轉(zhuǎn)化等綠色碳源利用方式。在油氣行業(yè)CCUS技術(shù)的主要應(yīng)用仍是二氧化碳提高采收率。
二氧化碳封存技術(shù)按照地質(zhì)封存體的不同,可分為陸上咸水層封存、海上咸水層封存、枯竭油氣田封存等。近年來,我國開始探索離岸封存的可行性。今年6月,距離廣東深圳西南約200公里的恩平15-1原油鉆采平臺(tái)上,高碳原油生產(chǎn)井、生產(chǎn)處理系統(tǒng)、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)等設(shè)備依次啟動(dòng),將油田開發(fā)伴生的二氧化碳捕獲、分離,加壓至氣液混合的超臨界狀態(tài)后,通過二氧化碳回注井,回注至距平臺(tái)3公里、海床之下800多米的咸水層中,實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定封存。這是我國海上二氧化碳封存領(lǐng)域從無到有的重要突破,為未來我國沿海地區(qū)二氧化碳大規(guī)模封存提供了借鑒。
(一)油氣行業(yè)是CCUS技術(shù)發(fā)展的重要推動(dòng)力量
與煤電、鋼鐵等行業(yè)相比,油氣行業(yè)具有發(fā)展CCUS業(yè)務(wù)的天然優(yōu)勢。傳統(tǒng)油氣巨頭具備開發(fā)高度復(fù)雜大型工業(yè)設(shè)施的豐富經(jīng)驗(yàn),同時(shí)可以承擔(dān)巨大的投資額,掌握精進(jìn)的技術(shù),擁有強(qiáng)大的資源優(yōu)勢,從而在建造和運(yùn)營碳捕捉與封存設(shè)施方面處于有利地位,有能力實(shí)施這樣體量較大的系統(tǒng)工程。此外,CCUS技術(shù)涵蓋的一些技術(shù),與油服巨頭的優(yōu)勢相吻合,油服公司在鉆井、建井和油藏方面積累的專業(yè)知識(shí)正是捕集和封存二氧化碳的關(guān)鍵部分。因此,CCUS業(yè)務(wù)對(duì)于油服公司來說,也是難得的市場和機(jī)會(huì)。
油田應(yīng)用實(shí)踐顯示,通過二氧化碳驅(qū)油手段,可將捕集的二氧化碳有效利用起來,提高油田采收率10%至20%。當(dāng)前,油氣行業(yè)高度重視CCUS技術(shù),力圖通過CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)石油增產(chǎn)和碳減排的雙贏。油氣行業(yè)氣候倡議組織(OGCI)將CCUS技術(shù)作為其重點(diǎn)行動(dòng)方向之一。
(二)油氣巨頭加快規(guī)劃實(shí)施大型CCUS工程項(xiàng)目
從國際來看,在歐美,幾大油氣巨頭的轉(zhuǎn)型技術(shù)路徑無一不涉及CCUS技術(shù)。作為向低碳化邁進(jìn)的重要舉措,石油巨頭殼牌宣布計(jì)劃從2024年到2025年每年投資高達(dá)10億美元用于氫能和CCS技術(shù)。雪佛龍計(jì)劃未來8年投入100億美元用于可再生燃料、氫能和CCUS等業(yè)務(wù),目標(biāo)是2030年將可再生燃料總產(chǎn)能提升至10萬桶油當(dāng)量/日,將可再生天然氣和生物柴油產(chǎn)量分別提升至120萬立方米/日和5萬桶/日。??松梨趧t計(jì)劃將2027年的低碳預(yù)算提升至公司總投資水平的25%,并計(jì)劃將2030年可再生燃料總產(chǎn)能提升至20萬桶油當(dāng)量/日。
在中東,沙特阿美等國家石油公司也在推進(jìn)CCUS等技術(shù),捕集的二氧化碳部分用于提高采收率,部分用于生產(chǎn)藍(lán)氫。目前沙特、阿聯(lián)酋和卡塔爾的碳捕集能力超過400萬噸/年,約占全球碳捕集總量的10%,其中沙特阿美碳捕集能力為80萬噸/年,并計(jì)劃建設(shè)世界上最大的碳捕集與利用項(xiàng)目;阿布扎比國家石油公司計(jì)劃將其CCUS產(chǎn)能擴(kuò)大6倍,2030年碳捕集能力達(dá)到500萬噸/年;卡塔爾國家石油公司碳捕集能力為210萬噸/年,計(jì)劃2025年將CCS項(xiàng)目產(chǎn)能提高到500萬噸/年,一旦北方氣田擴(kuò)建完成,CCS項(xiàng)目產(chǎn)能將提高到750萬噸/年。
從國內(nèi)來看,我國二氧化碳地質(zhì)封存的潛力巨大,近一兩年間,國有油氣企業(yè)加快推進(jìn)CCUS技術(shù)應(yīng)用專項(xiàng)工程建設(shè)。中國石油CCUS項(xiàng)目多點(diǎn)開花,在吉林、長慶、新疆等油田加大實(shí)施力度,注氣能力明顯提升,二氧化碳年注入量突破100萬噸,產(chǎn)油30萬噸?!笆奈濉逼陂g,中國石油將加快推進(jìn)CCUS規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用專項(xiàng)工程建設(shè),力爭2025年CCUS年注入二氧化碳達(dá)到500萬噸,產(chǎn)油量達(dá)到150萬噸。
中國石化于2022年8月投產(chǎn)的齊魯石化-勝利油田CCUS項(xiàng)目是我國目前最大的CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘?、國?nèi)首個(gè)百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目,標(biāo)志著我國CCUS產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營。今年7月,中國石化與殼牌、寶鋼股份、巴斯夫在北京簽署華東CCS四方合作項(xiàng)目聯(lián)合研究協(xié)議。聯(lián)合研究期間,四方將從技術(shù)、商業(yè)及政策方面共同評(píng)估在華東地區(qū)建設(shè)中國首個(gè)開放式千萬噸級(jí)CCS集群項(xiàng)目的可行性,為華東地區(qū)長江沿線工業(yè)企業(yè)提供靈活有效的二氧化碳減排方案,為國內(nèi)大規(guī)模CCS項(xiàng)目提供案例。
中國海油投用了國內(nèi)海上首個(gè)二氧化碳封存量超百萬噸級(jí)——恩平15-1二氧化碳回注封存示范工程,并推動(dòng)大亞灣區(qū)海上規(guī)模化CCS集群研究項(xiàng)目、渤中19-6氣田/渤中25-1油田沙三段項(xiàng)目海上CCUS示范工程研究,規(guī)劃一南一北2個(gè)CCUS/CCS示范中心。今年1月,中國海油聯(lián)合廣東省發(fā)展改革委、殼牌和??松梨诠餐炇稹对谥袊髞啚车貐^(qū)開發(fā)和運(yùn)營碳捕集、利用與封存(CCS/CCUS)項(xiàng)目聯(lián)合研究協(xié)議》,旨在合力打造中國乃至全球CCS/CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的樣板工程,協(xié)議的簽署標(biāo)志著我國首個(gè)海上千萬噸級(jí)CCS/CCUS集群示范項(xiàng)目的聯(lián)合研究工作正式啟動(dòng)。
化石能源的生命周期中必然產(chǎn)生碳排放,要真正實(shí)現(xiàn)凈零排放這一目標(biāo)需要借助有效的碳移除手段。CCUS技術(shù)在不改變能源結(jié)構(gòu)的前提下,實(shí)現(xiàn)碳的有效封存和利用,是世界公認(rèn)的最有前景的碳減排技術(shù)之一。國際能源署預(yù)測,到2050年,捕集的二氧化碳大部分與化石燃料的使用有關(guān)。此外,對(duì)于油氣行業(yè)來說,實(shí)施二氧化碳驅(qū)油技術(shù)可提高低滲透油田采收率,更具經(jīng)濟(jì)性。國內(nèi)低滲透石油資源占總資源量的一半以上。多數(shù)低滲透油田基本沒有自然產(chǎn)能,需要通過壓裂改造等技術(shù)手段才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)性開發(fā)。鑒于二氧化碳驅(qū)油技術(shù)在開發(fā)低滲透油藏方面的優(yōu)勢,應(yīng)用二氧化碳驅(qū)油技術(shù)開發(fā)邊際油藏將是國內(nèi)石油行業(yè)的主要發(fā)展方向之一。
(二)CCUS技術(shù)尚未完全成熟,亟需加快技術(shù)研發(fā)和迭代升級(jí)
以二氧化碳捕集技術(shù)為例,直接空氣捕獲是實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放必須的技術(shù)手段,目前技術(shù)尚不成熟。同時(shí),CCUS項(xiàng)目成本高昂,導(dǎo)致CCUS與其他減排技術(shù)相比競爭優(yōu)勢不明顯,技術(shù)推廣應(yīng)用受到制約。據(jù)油氣行業(yè)專家測算,如果油區(qū)附近以中低濃度排放源為主,且規(guī)模相對(duì)較小,則二氧化碳來源成本相對(duì)較高,一般在200~300元/噸。為了更好地應(yīng)用這一促進(jìn)化石能源低碳高效開發(fā)的新興技術(shù),需加快技術(shù)研發(fā)和迭代升級(jí),保證成本較低的新一代碳捕集技術(shù)能夠在窗口期廣泛部署應(yīng)用,發(fā)揮減排效益。
(三)CCUS商業(yè)模式欠缺,有待配套政策機(jī)制進(jìn)一步完善
與國際上擁有豐富CCUS應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的國家和地區(qū)相比,我國CCUS項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性難以實(shí)現(xiàn),大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)。國際經(jīng)驗(yàn)表明,政府通過金融補(bǔ)貼、專項(xiàng)財(cái)稅、強(qiáng)制性約束、碳定價(jià)機(jī)制等手段支持CCUS,能提高企業(yè)積極性,推動(dòng)技術(shù)商業(yè)化。因此可參考國際經(jīng)驗(yàn),探索制定面向碳中和目標(biāo)的CCUS稅收優(yōu)惠和補(bǔ)貼激勵(lì)等支持政策,同時(shí)加快完善CCUS行業(yè)規(guī)范、制度法規(guī)框架體系以及技術(shù)規(guī)范,推動(dòng)CCUS項(xiàng)目獲得碳減排量,提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性,推動(dòng)CCUS項(xiàng)目規(guī)?;б婊l(fā)展。同時(shí),國家可出臺(tái)相應(yīng)監(jiān)管措施,明確CCUS項(xiàng)目開發(fā)過程中的權(quán)、責(zé)、利劃分,提高企業(yè)長期運(yùn)營的積極性。