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)。”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(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。”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(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。”國家能源集團新能源技術(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”。“開發(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。”徐冬說。

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。”那時徐冬對攻克難關(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)湍芎摹⒏呷萘俊⒏叻€(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。”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(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。”

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)。“比如吸收塔直徑，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。”徐冬舉例道。

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。”國家能源集團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。“品質(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。