碳捕集、利用和封存（CCUS）技术为新疆提供规模化温室气体减排技术选择

1 新疆能源与经济发展 1.1 新疆能源发展

1.1.1 能源资源

新疆能源资源丰富。 煤炭、石油、天然气、风能、太阳能等资源在全国名列前茅。 走道。 新疆煤炭预测储量2.19万亿吨，占全国预测储量的40%； 预测石油资源量209.2亿吨，占全国石油资源总量的22%，占全国陆地石油资源总量的30%； 预测天然气资源量11万亿立方米，占全国天然气资源总量的27%。 截至2014年底，新疆累计探明煤炭储量3809亿吨，居全国第二； 累计探明石油地质储量51.93亿吨，居全国第三位； 累计探明天然气地质储量20645.79亿立方米，居全国第一。 2号。

1.1.2 能源消耗

煤炭是新疆的主要能源，多年来其在一次能源消费结构中的比重长期维持在56.1%至72.5%之间。 新疆煤炭消费主要集中在电力生产、焦化、化工等行业。 2015年，新疆煤炭消费总量的96.24%用于工业。 在工业部门煤炭消费总量中，焦化、煤化工、电力三大行业用煤占比分别为26.55%、12.29%和37.14%。 %，这三个行业煤炭消费量占工业部门煤炭消费总量的75%以上。 1978-2015年新疆能源消费构成如图1所示。

图1 1978-2015年新疆能源消费构成

1.2 新疆经济发展

新疆经济增长长期依赖第二产业。 特别是2004-2014年期间，第二产业占GDP的比重长期位居第一。 虽然2015年有所下降，但仍是主导行业。 新疆的产业结构以重化工业为主。 石化基地和煤电化工基地是该地区的主导产业，也是高碳产业，给当地低碳经济发展带来了较大的压力和制约。 1978年至2015年新疆三大产业占GDP比重变化如图2所示。

图2 1978年至2015年新疆三大产业分布

GDP 比例变化

2 新疆煤化工二氧化碳排放量

工业在为新疆经济发展提供重要支撑的同时，也贡献了绝大多数的碳排放。 刘怀旭（2015）的计算结果表明，工业碳排放比重从2000年的75.57%上升到2012年的91.27%； 煤炭、石油、天然气等传统能源和金属、非金属矿产资源的开采、加工利用是新疆的重点问题。 区域重点碳排放产业。 其中，化学原料及化学制品制造业2000年至2012年温室气体年均排放增长率最高，达到29.18%。 新疆化学原料及化学制品制造业温室气体排放增长主要来自于煤化工行业。

“十一五”期间，新疆重点发展准东、伊犁、库车、拜城等地煤化工产业。 重点发展准东、伊犁流域煤制油、煤制烯烃等产业； 煤焦化产业重点发展库车、白城。 经过“十二五”发展，新疆煤化工已经建立了一定的产业基础，形成了煤制天然气、煤制烯烃、煤制油、煤制二甲醚等、煤制乙二醇、煤质化利用。 焦化、电石、合成氨/尿素、甲醇等传统煤化工上下游等特色现代煤化工产业进一步完善。 截至 2015 年底，新疆煤制天然气产能 13.75 亿标方米/年，煤制乙二醇产能 25 万吨/年，甲醇产能 155 万吨/年，焦炭产能4000万吨/年，电石产能550万吨/年。 ，烧碱产能300万吨/年。 到2020年，新疆煤化工预计发展目标为：煤制天然气产能达到100亿标方/年、煤制油300万吨/年、煤制烯烃188万吨/年煤制乙二醇105万吨/年，煤制芳烃（PX）50万吨/年，聚酯（PET）30万吨/年，煤质综合利用4000万吨/年。

采用行业某种产品的年产量或生产能力，以及根据典型项目确定的排放因子，初步估算新疆煤化工行业温室气体排放规模。 根据各种科技文献总结的不同煤化工产品生产工艺的CO2排放因子如表1所示。

表1 主要煤化工产品生产CO2排放量

名称 数值 单位 煤制合成氨 4.58t CO2/t 产品 煤制甲醇 3.85t CO2/t 产品 煤制天然气 4.84t CO2/天然气 煤制烯烃 11.1t CO2/t 产品 煤制二甲醚 4t CO2/t 产品 煤制煤 乙二醇煤制甲醇 烯烃路线 8t CO2/t 产品 草酸酯路线 9.2t CO2/t 产品 煤制油（直接液化） 5.56t CO2/吨产品煤制油（间接液化） 6.86t CO2/t 产品

根据上述估算方法初步测算，到2020年，新疆现代煤化工CO2排放规模将从2015年的约1500万吨/年增加到156-1.62亿吨/年，见表2。

表2 新疆现代煤化工CO2排放规模估算，万吨/年

名称 2015 2020 煤制甲醇 597 - 煤制天然气 煤制油 - 1668～2058 煤制烯烃 - 2087 煤制乙二醇 200～～966 合计 1463～～16200

3 新疆CCUS发展基础 3.1 CCUS技术简介

碳捕获、利用和封存（CCUS）是一项具有大规模温室气体减排潜力的技术。 它是指从工业或其他排放源中分离出二氧化碳（CO2），并将其运输到特定地点进行利用或储存。 ，实现捕获的二氧化碳与大气的长期隔离。 国际上最常用的术语是碳捕获与封存（CCS）技术。 在我国，CO2资源化利用也是这个技术体系的一个组成部分，称为CCUS。 两者没有本质区别。

3.2 新疆CCUS发展基础

3.2.1 新疆CCUS发展主要政策驱动

国家层面煤炭石油，“十三五”期间，计划加强二氧化碳在石油开采、塑料制品、食品加工等领域的应用； 在化工、水泥、钢铁等行业实施碳捕集、利用和封存示范。 《新疆维吾尔自治区国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》也指出，“十三五”期间，以二氧化碳驱油和碳捕集、利用、封存为主的试点示范工程。将支持水驱。

同时，《新疆维吾尔自治区“十三五”期间控制温室气体排放实施方案》提出“到2020年，单位地区生产总值二氧化碳排放强度下降”的目标比2015年下降12%，碳排放总量得到有效控制。” 在温室气体排放预计将大幅增长的情况下，CCUS作为一项具有大规模减少温室气体排放潜力的技术，对新疆地区极具吸引力。

3.2.2 新疆CCUS源汇匹配良好

新疆大型二氧化碳排放源主要是新建煤化工厂和现有燃煤电厂。 其中，准东、伊犁是煤制天然气、煤制油等大型现代煤化工产业的主要聚集地。 准东还是大型煤电基地。

新疆潜在封存地点主要是油气盆地。 截至目前，新疆已发现油气田80余个，主要分布在准噶尔盆地、塔里木盆地和吐哈盆地。 新疆油气勘探开发的三大主力——新疆油田、塔里木油田和吐哈油田分别位于这三个盆地。 目前，研究机构已按照《国家二氧化碳地质封存潜力评价与示范工程实施技术要求》分别对准噶尔盆地和塔里木盆地的封存潜力进行了评价，但尚未对准噶尔盆地和塔里木盆地的封存潜力进行评价。吐哈盆地。 其中：准噶尔盆地油藏地质理论储量潜力巨大，达38.97亿吨； 准噶尔盆地一级构造中，吕梁隆起和中央凹陷为较适宜区，山前断褶带为较不适宜区，东部隆起为较不适宜区，西部隆起和中部凹陷为较不适宜区。乌伦古凹陷一般都是适宜地区。 D类推断潜在储量为1040.6亿吨，其中：深层咸水层储量最大，达980.94亿吨，占总储量的94.83%； 其次是天然气田，44.98亿吨，占总量的4.34%； 煤层气储量为4.48亿吨，占总量的0.43%； 油田储量最少，为4.1亿吨，仅占总量的0.38%。

初步判断，从各盆地封存潜力和二氧化碳排放源分布来看，准噶尔盆地更适合CCUS，尤其是CO2-EOR技术的综合适宜性评价。

3.2.3 新疆地方机构在捕获、利用、封存等各方面进行了一些实验探索，积累了一定的技术经验

在捕集过程中，克拉玛依石化公司甲醇装置建成并试运行了10万吨/年二氧化碳捕集项目，并对相关捕集技术进行了测试。 在利用和封存方面，中油新疆油田自2012年起在多口油井开展了CO2复合蒸汽吞吐技术试验，提高稠油热采开发效果，在增产提质方面积累了丰富的经验。稠油油田的原油回收。 经验。 新疆是新中国成立后最早开发石油的地区，现已建成西部最大的油气工程技术服务保障基地。 新疆石油勘探50多年来，根据新疆特点，建立和完善了石油地质理论。 形成了复杂地表地质条件地震勘探技术、大沙漠地区地震勘探技术、山地表层勘探技术、碳酸盐岩储层识别与预测技术、超深井钻井技术、欠平衡钻井等一系列勘探技术。技术、平井、大斜度井水钻技术、储层保护技术、成像测井技术、储层改造技术、高压气层测试技术、复杂油气藏描述技术等，可以提供理论和技术为实施 CO2-EOR 支持。 此外，新疆生产建设兵团采用江苏中科金龙股份有限公司技术，利用二氧化碳制备全生物降解塑料、生产农业生产地膜，探索了一条具有新疆地方特色的二氧化碳利用之路。

3.2.4 一些本土企业已经对跨行业合作进行了一定的早期探索。

敦化石油科技公司与克拉玛依石化合作建设投产10万吨捕集装置，为克拉玛依油田开展稠油二氧化碳复合蒸汽吞吐及低孔低渗提供二氧化碳资源保障水库洪水。 此外，富蕴广汇新能源公司已与新疆油田公司准东采油厂联系，推进CCUS+EOR示范前期事宜。

4 新疆煤基能源化工基地碳捕集利用与封存技术发展路线简析

结合当地能源、经济发展和其他产业发展的实际情况，新疆较为经济的CCUS一体化发展路线是捕集煤化工厂高浓度CO2，并与油田增产（EOR）和可生物降解相结合。材料生产、排水（EWR）和可再生能源储存。

4.1 CO2捕集+油田增产（EOR）路线

该技术路线是目前唯一已产业化并具有经济效益的技术路线。 准噶尔盆地特别是准东地区，二氧化碳排放的主要来源是燃煤电厂和煤化工厂，特别是煤化工项目。 其中大部分是新建现代煤化工项目。 单个项目排放规模较大，如表3所示，特别是煤化工项目。 对于天然气生产项目来说，单个项目的二氧化碳排放规模基本可以达到数千万吨，尾气中三分之二以上的二氧化碳在生产过程中得到浓缩富集。 集中度高于其他工业环节，一般在80%以上，见表4。易于捕获，可实现大量稳定供应。 该技术相对简单、成熟，捕集成本比电厂低，见表5。同时，准东地区油气生产相对密集，对CO2产生长期影响。 ，需求稳定。

表3 新建煤化工项目排放规模

项目名称 项目准入规模 排放规模/万吨煤制油>100万吨/年556煤制甲醇>100万吨/年385煤制烯烃>50万吨/年555煤制天然气>2十亿立方米/a968 煤制甲烷 甲醚>100万吨/a400 煤制合成氨（含二氢）>45万吨/a206.19 煤制乙二醇>20万吨/a160

表4 不同行业CO2浓度比较

排放源排放的尾气中CO2浓度，煤化工项目（净化部分）一般超过80火电10~15水泥20钢铁15炼油8

表5 国内外部分CCS捕集成本一览表

项目名称 二氧化碳排放源捕集规模/万吨捕集浓度/%成本 神华集团CCUS一体化示范项目煤化工厂1087.6（低温甲醇洗工艺尾气）273元/t CO2（捕集封存完整成本）延伸石油CCUS一体化示范项目化工5>80（低温甲醇洗工艺废气）

4.2 CO2生产农用地膜用可生物降解塑料

新疆已成为全国耕地面积最大、农田地膜覆盖量最多的省份。 农田覆盖物的广泛使用，对促进新疆农业持续高产稳产发挥了重要作用。 但由于农田地膜使用和回收不当，越来越多的废弃农田地膜残留在土壤中，使得“白色污染”日益严重。 利用工业生产废气中的CO2生产农用地膜用生物降解塑料，可以从根本上解决“白色污染”的危害，开辟CO2回收利用的新途径。 是典型的循环经济技术模式。

4.3 CO2+水驱替（EWR）路线

新疆地处内陆地区，大陆性气候极其干燥。 全年气候干燥，降水少，蒸发强，水资源空间分布不均。 西部多于东部，北部多于南部。 干旱和缺水是严重的问题。 例如，准东煤电化工产业带大部分位于吉木萨尔县和奇台县北部的沙漠戈壁地带。 属干旱沙漠地区，无地表水系统，常年无地表径流，水资源十分匮乏。 现代煤化工产业对水资源的依赖性极大。 资料显示，40亿标方/年煤制天然气项目用水量为2690万吨/年； 60万吨/年煤制烯烃项目用水量为2700万吨/年。 这相当于10万多人的水资源或100多平方公里土地面积的水资源。 如果将捕获的CO2用于强化提水，一方面可以将二氧化碳安全稳定地大规模封存在深层咸水层中； 另一方面，对于开采出来的低盐度咸水，可利用水库带压进行反渗透淡化处理，产生的淡水可用于各种工农业生产和生活饮用； 对于高盐度盐水或卤水，利用其中所含的丰富氯化镁矿化二氧化碳，获得高附加值盐酸和轻质碳酸镁或提取钾盐、溴等重要矿产资源。 不仅可以解决煤化工发展面临的水资源短缺问题，还可以生产其他重要矿产资源，产生明显的经济效益和社会效益。

4.4 CO2+风电等可再生能源储能路线

利用CO2进行可再生能源储存是近年来出现的CO2再利用新途径，国际上已有一些成功的实践和示范。 冰岛碳循环国际公司 ( Cycle ) 于 2011 年建造了乔治奥拉 () 可再生甲醇工厂，该工厂利用可再生能源发电并电解水生产氢气。 在催化剂的作用下，捕获的CO2与氢气反应生成甲醇。 甲醇可用作运输燃料和化学原料。 2012年，冰岛工厂可再生甲醇产能达到1300吨/年； 2014年，再生甲醇产能扩大至4000吨/年。 此外，德国公司的电转气（PtG）和电转（PtL）技术以风电和光伏发电为能源，利用二氧化碳和水生产气态甲烷和各种液体燃料。 该公司建设的小型示范项目可生产160L/d的名为“蓝色原油”的合成燃料，大规模量产后可达到1798L/h的产能。 “Blue Crude”燃油已经过奥迪测试和认可，可用于奥迪A8轿车。 浙江大学等国内机构也在开展类似研究。

新疆风能资源丰富，风电已成为新疆电力工业的重要组成部分。 近年来，新疆风电装机出现“井喷”增长，排名从全国第8位跃升至第2位。 但由于风电场与电网建设“不同步”、当地特殊的供电结构、消纳能力等因素影响，新疆“弃风”现象较为严重。 数据显示，2016年新疆弃风率高达38.37%。新疆作为“一带一路”输电走廊的战略桥头堡，受风电发展面临着前所未有的尴尬局面。由于国内风电装机容量增长较快，工业经济增长乏力，配套输变电工程建设滞后。

该技术路线将为新疆解决控制温室气体排放、可再生能源并网难、“弃风”等问题提供新的解决方案； 同时，还可以催生新的储能产业。

5 结论

煤化工项目集中在新疆。 单个项目CO2排放规模大、集中度高。 它可以实现较低成本的捕集，并且与主要封存地点，特别是油气田和其他源汇的匹配良好。 具有开展大规模集成产业应用的潜力。 该地区大型综合CCUS项目的实施优势显着，有望带动我国CCUS的早期商业化发展。

参考：

[1]刘怀旭. 新疆工业分行业碳排放问题研究[D]. 新疆：新疆财经大学，2015

[2] 吴谨言. 英国碳捕集与封存的发展及其对中国的启示[J]. 中国煤炭，2016 (6)

[3] 聂立功. 气候目标下中国煤基能源与CCUS技术耦合研究[J]. 中国煤炭，2017 (10)

[4] 聂立功，江达琳，李晓春。 CCUS技术与我国煤基能源低碳发展的关系[J]. 煤炭经济研究，2015（3）