“捕捉”二氧化碳的化肥厂
——探访我国首个百万吨级CCUS项目
工人日报-中工网记者 刘津农 周怿
编者按 绿色发展是新质生产力的内在要求，也是高质量发展的底色。推进绿色发展，实现碳中和、碳达峰目标，离不开CCUS（碳捕集、利用与封存）等技术的突破与应用。近年来，我国一些企业特别是国有大型企业抓住绿色发展机遇，将二氧化碳从工业生产、能源利用或大气中分离出来，加以利用或注入地层封存，以实现永久减排。在此过程中，催生了一些新产业、新业态，本组稿件对此进行报道，敬请垂注。
5月15日，记者走进位于山东淄博的齐鲁石化第二化肥厂，看到一套高达30米、管道回旋曲折错综复杂的矩形银色装置在阳光下熠熠生辉，令人震撼。一旁的罐区里，矗立着两个25米高、储量4000立方米的球罐。“这里就是我国首个百万吨级CCUS（碳捕集、利用与封存）项目的核心‘厂房’，也齐鲁石化——胜利油田CCUS项目的起点。”指着正在运行的高大“厂房”，齐鲁石化第二化肥厂党委书记高鹏介绍说。
该化肥厂始建于1974年，经过40多年的建设和发展，目前已成为拥有5套大型装置的综合石化企业，主要产品为气化氢气、丁醇、辛醇、液态二氧化碳等产品。
“这里捕集的二氧化碳就是我厂正常生产产生的尾气，经过冷却和压缩，其回收提纯后的液态纯度达到99%以上，然后运输至胜利油田利用、封存。”高鹏说。
“我们的CCUS项目2021年7月5日开工建设，一开工就加速推进。业主方、施工方、监理方等协同作战，克服疫情和冬季施工困难的双重影响，在确保安全和质量的前提下，打破常规，采用两班倒模式昼夜不停，全力推进施工作业……”回忆起当时的情景，齐鲁石化第二化肥厂党委副书记郑关峰仍然有些激动地说，两个“巨无霸”球罐属于深冷工艺，每个罐体都是由62块球皮焊接而成，球皮钢板厚度达49毫米，立缝、环缝总长度约660米，焊接时需要近30名焊工同时作业。为了确保施工进度，一次焊接合格率必须达到98%以上。
经过赶工，2022年1月29日，项目建成中交。当年4月3日，项目一次开车成功并产出合格产品，捕集提纯后的液态二氧化碳被汽车运输至胜利油田，注入地下驱油封存。
“项目投产后每年可减排二氧化碳100万吨，相当于植树近900万棵、近60万辆经济型轿车停开一年，预计未来15年可实现增产原油296.5万吨。”高鹏说，这是目前国内最大的CCUS全产业链示范基地和标杆工程，对我国CCUS规模化发展具有重大示范效应，对搭建“人工碳循环”模式、提升我国碳减排能力具有重要意义。
“装置投产以后，为保障其安全稳定经济运行，我厂通过劳模工作室、小指标劳动竞赛等进行了多项技术创新。”郑关峰介绍说，起初，二氧化碳压缩机防喘振系统存在运行不经济的问题，在与几家业内公司合作优化后，我们将防喘振阀尽可能关小，确保更佳节能的效果；针对二氧化碳压缩机使用二氧化碳原料用于干气密封导致过滤器频繁堵塞问题，我们从液化提纯系统引入一股纯净的二氧化碳作为干气密封气，替代氮气，降低了氮气消耗……
“经过一系列的设备改造和工艺流程优化，自2023年以来，这套装置运行越来越好，碳捕集质量和效益不断提升，赢得了业内同行的一致赞誉。”高鹏说，项目建成后，先后共有上千人次国内外官员、企业负责人、业内专家等前来参观学习。
胜利油田CCUS项目——
实现石油增产和碳减排双赢
工人日报-中工网记者 周怿 刘津农
图为胜利油田莱113区块注入站生产现场。 刘彤 摄
5月16日，为了完整了解我国首个百万吨级CCUS项目二氧化碳运输、使用和封存情况，记者来到胜利油田莱113区块，看到整洁的柏油路、有序的绿化设施，两个五六米高、横置于地上的白色储罐引人瞩目。
“这是我们CCUS项目专用的储气罐，可储存100吨的二氧化碳。”胜利油田注气技术服务中心二氧化碳项目部二氧化碳1站站长范少伟表示，CCUS可以实现石油增产和碳减排双赢，是化石能源低碳高效开发的先进技术。“截至目前，我们莱113区块已注入二氧化碳4.6万余吨，受效油井增产30%，对应油井实现了产能增加、含水下降、产量提高，并确保了安全绿色生产。”
“我们利用运输过来的二氧化碳，实现对地层深处原油的开采。这种技术属于三次采油的范畴，具有驱油效率高、采油成本低、封存率高等特点。”胜利油田勘探开发研究院油田CCUS油藏开发高级专家张传宝介绍说。据了解，包括莱113区块在内，胜利油田已在13个区块应用CCUS技术，累计注入封存二氧化碳100余万吨，平均单井产量提升36.8%。
这些成绩的取得离不开胜利油田科学技术人员一项项技术突破和科技创新。
2023年7月11日，我国首条百万吨输送规模、百公里输送距离、百公斤输送压力的高压常温密相二氧化碳输送管道工程——齐鲁石化——胜利油田百万吨级CCUS项目二氧化碳输送管道投运。
据胜利油田勘探开发研究院气驱试验室党支部书记张东介绍，与油品管道相比，二氧化碳输送管道设计施工、安全运输难度更高。这项工程首先必须解决二氧化碳相态控制难题。为此，科技人员经过多次实验，成功攻克多项核心技术，研发了国内首台低温液相二氧化碳管输离心增压泵、高效二氧化碳密相常温高压往复注入泵两个关键装备。这条二氧化碳输送管道设计压力达12兆帕，相当于指甲盖大小的面积承受了120公斤重量。
注采井筒中二氧化碳遇水以后生成碳酸具有腐蚀性。工程技术人员经过多次试验，采用耐腐蚀不锈钢材料作为关键部件，并在井筒里添加缓释剂。据介绍，添加前的腐蚀速率一年达到一两毫米，加缓释剂后降至0.03毫米，有效防止了二氧化碳对注采管柱的腐蚀。
在实际利用二氧化碳过程中，胜利油田还攻克了管道数字孪生技术、地质条件极其复杂以及产出液中二氧化碳回收利用等多项难题，并加强了对地表、土壤、大气和水的实时监测，制定了各种应急预案，确保安全生产、万无一失。
胜利油田CCUS项目部油藏工程主管王杰表示，通过利用CCUS技术，大幅度提高了原油产量，取得了可观的经济效益，保障了国家能源安全；同时封存了大量的二氧化碳，获得了巨大的社会环境效益。齐鲁石化——胜利油田百万吨级CCUS示范项目15年预计可封存二氧化碳上千万吨，增产石油300万吨。
目前，胜利油田正在研究推进低浓度二氧化碳捕集项目。“胜利发电厂百万吨CCUS工程”作为油田第2个百万吨级CCUS项目正在进行可行性论证，该油田以绿色化为标志的新质生产力发展大有可为。
覆盖燃煤燃气发电、水泥、化工等诸多场景
碳捕集商业化应用未来可期
工人日报-中工网记者 李国
“这是公司自主研发的二氧化碳捕集装置，每年捕集二氧化碳1万吨，它可以将工业过程中产生的二氧化碳捕集下来，然后进行封存或加以利用。”5月31日，位于重庆合川的双槐电厂负责人指着高耸的钢铁管柱对记者说，这套装置是远达环保在国内建立的首个万吨级燃煤、燃气试验平台，解决了行业内常规技术烟气碳捕集过程热耗高、吸收剂损耗大等难题。
“企业在生产过程中，通过这套装置可以使二氧化碳排放量减少90%以上，捕集处理得到的液态二氧化碳纯度达99.9%，是名副其实的‘碳捕快’。”该负责人说，捕集后的二氧化碳可用于农业生产、食品加工、石油开采等领域，也可以用于制作气肥，提升植物的光合作用，以提高农作物产量等。
“在很多人的想象中，石油在地下就像一条河流或者一片湖泊，其实大部分石油都藏在岩石的孔隙和缝隙中。要想把石油开采出来，一般需要靠水来驱动。而一些低渗、特低渗的油藏，岩石像铁板一块，水根本没有办法进入。”业内专家介绍说，利用二氧化碳驱油、同时对它进行封存，在我国已是较为成熟的技术。
据了解，我国CCUS项目已覆盖燃煤电厂、燃气电厂、水泥窑、化工厂、天然气处理等场景。其中规模最大的碳捕集项目位于新疆，每年可封存二氧化碳300万吨，是一个巨无霸级的CCUS项目。中国地质调查局对我国海域二氧化碳地质封存潜力进行了初步评估，证实我国海域二氧化碳地质封存潜力巨大，预测盆地级封存潜力达2.58万亿吨。
CCUS技术在减排的同时还具有良好的社会效益。油气行业气候倡议组织最新研究表明，到2050年，部署CCUS可以累计创造400万个到1200万个工作岗位。加之我国是世界上最大的煤电、钢铁和水泥生产国，利用CCUS技术可避免碳约束下大量基础设施提前退役而产生高额的搁浅成本。据估算，我国煤电搁浅资产规模可能高达3.08万亿元至7.2万亿元。
各界对CCUS未来发展前景寄予厚望，纷纷建言献策。重庆工商大学成渝经济圈协同发展中心研究员莫远明认为，应从国家层面完善法律法规体系，制定CCUS行业规范、制度法规框架体系以及科学合理的建设、运营、监管、终止标准体系。
当前，我国政府和众多企业正在协力加速CCUS商业化应用步伐，但行业还需克服成本难题。“对一些民营企业来说，以现在的技术条件，想要持续进行二氧化碳捕集成本较高。虽然企业卖碳配额可以有些收入，但难以达到收支平衡。”有业内专家表示，目前，CCUS吨碳成本从105元至600元不等，加上运输、封存和利用，综合处理成本更高。相较之下，碳市场配额价格在70元/吨左右，CCUS成本有待进一步下降。
对此，专家建议，应探索制定适合我国的面向碳中和目标的CCUS税收优惠和补贴激励政策，同时探索政府与市场有机结合的CCUS商业化投融资机制。将CCUS纳入产业和技术发展目录，积极利用绿色金融、气候债券、低碳基金等多种方式支持CCUS项目示范创新。
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