2022年某发电厂二氧化碳捕集及利用项目可行性研究报告

1、大唐户县其次发电厂烟气 CO2 捕集及利用工程可行性报告一、燃煤电厂烟气 CO2 捕集及利用工程背景依据国务院常务会议的打算，2022 年中国单位 GDP 碳排放量将比 2022 年下降 40%-45%。我国的碳减排工作压力巨大，任重道远。我国有近40%-50%的二氧化碳排放来自于燃煤发电，即便到了2022 年，非化石能源仅有望占一次能源消费比重的15%左右，而更大的份额仍旧为传统化石能源所占据。因此在电厂开展二氧化碳捕集是我国最重要的碳减排技术路径之一。目前，电厂二氧化碳捕集技术路线主要有 3 种：燃烧前脱碳、燃烧后脱碳及富氧燃烧技术。其中，基于 IGCC(整体煤气化联合循环) 的燃烧前捕集

2、技术可能是能耗最低的路线，但我国没有商业运行的IGCC 电站，且超过 6 亿千瓦的发电装机是传统燃煤电站。而燃烧后烟气二氧化碳捕集技术是最适合传统燃煤电厂并且已经实现商业化示范的技术。因此，燃烧后烟气二氧化碳捕集技术是我国近期降低单位 GDP 碳排放量的最正确及最有效手段之一。二、燃煤电厂烟气 CO2 捕集及利用技术简介燃煤电厂烟气 CO2 捕集系统由烟气预处理系统、填料吸取塔、填料再生塔、排气洗涤系统、溶液煮沸器、胺回收加热器、产品气处理系统包括冷凝器、气液分别器、压缩机以及系统水平衡维持系统组成。脱硫后的烟道气由脱碳引风机送入吸取塔，其中 CO2 被胺溶液吸取，尾气由塔顶排入大气。吸取 C

3、O2 后的富液由塔底经泵送入换热器，回收热量后送入再生塔。解析出的 CO2 气，经处理后送入精处理系统。经过压缩加压、除湿、脱硫、制冷等工序，得到最终产品液态 CO2。烟气 CO2 捕集系统工艺流程如以下图所示：目前国际上燃煤电厂烟气 CO2 捕集及利用工程少之又少。美国和日本在上世纪末通过燃烧后捕集，并生产二氧化碳，生产的规模在1 万3 万吨/年，主要在化工厂的自备电厂开展。我国在运行的燃煤电厂烟气 CO2 捕集及利用工程仅有 2 个，均由西安热工争辩院在中国华能集团公司所属发电企业开发建设。三、西安热工争辩院开发力量西安热工争辩院是我国电力行业国家级热能动力科学技术争辩与热力发电技术开发的

4、机构，具有几十年从事干净煤发电研究阅历，拥有一整套先进的试验仪器、完备的试验设备，并拥有一批具有丰富阅历的专家队伍。在电厂烟气 CO2 捕集与处理、脱硫脱硝、电厂化学药剂等开发等方面的争辩处于国内领先地位。近年来在国家重大科技工程和中国华能集团的支持下，乐观参与国际合作，西安热工争辩院成功开发了“燃煤电厂燃烧后 CO2 捕集技术”。该技术针对燃煤电厂烟气中 CO2 浓度低、O2 含量和粉尘浓度高等特点，承受化学吸取法进展 CO2 的捕集。在低温条件下用化学溶剂吸取烟气中的 CO2；溶液加热时，CO2 从化学溶剂中解析出来， 得到高浓度的 CO2，溶液循环使用。该技术已经申请了国家制造专利申请号

5、：202210018343.5，并应用于我国首个燃煤电厂CO2 捕集装置华能北京热电厂30005000 吨/年 CO2 捕集示范装置。该技术的特色与优势有：承受化学吸取法进展燃烧后 CO2 捕集，具有吸取速度快、吸取力量强、处理量大、回收 CO2 纯度高等优点；设置烟气预处理系统，脱除烟气脱硫后携带的粉尘、水等杂质，同时使用抗氧化剂和缓蚀剂，吸取剂消耗低，设备腐蚀小；CO2 捕集工艺承受贫富液换热器、CO2 冷却器等多级换热， 热量综合利用，系统能耗低；4)用尾气洗涤、气液分别等系统，充分回收尾气中的胺溶液，并保持整个捕集系统的水平衡，胺溶液和水消耗量低。工程业绩华能北京热电 30005000

6、 吨/年 CO2 捕集示范装置，为我国第一套世界第三套工业级的燃煤电厂烟气 CO2 捕集装置， 于 2022 年 7 月 16 完成了 168 运行测试并投入商业运行，世界上运行时间最长的燃煤电厂二氧化碳捕获装置。该装置全部承受国产设 备，捕集系统捕集到的 CO2 纯度为 99.5%，进一步精制后产出的液体 CO2 纯度为 99.997%，到达国家食品级标准，蒸汽消耗为 3.5GJ/tCO2，电耗为250kW/tCO2，溶液消耗为1.5kg/tCO2， 到达了世界先进水平。华能上海石洞口二厂建设 10 万吨年的二氧化碳捕集系统，近期已投入运行。这是目前世界上最大的燃煤电厂二氧化碳捕集装置， 也

7、是我国一个重要的低碳进展技术示范工程。四、工程实施的必要性燃煤电厂烟气 CO2 捕集及利用工程符合国家碳减排政策，可能得到国家政策的支持，其产品 CO2 的销售可以给发电企业带来肯定利润，假设能够与石油企业合作利用利用二氧化碳，就会给双方带来极大的经济利益和环境利益。该工程有利于树立企业环保低碳的良好社会形象。另外，发电企业加强烟气 CO2 捕集及利用技术改进与治理，还可以为我国的碳捕集供给技术储藏和技术支撑。CO2 应用前景CO2 是一种重要的工业气体，CO2 及其衍生产品应用广泛、前景宽阔。回收的二氧化碳可以广泛用于制造碳酸饮料、烟丝膨化处理、金属保护焊接、合成有机化合物、灭火、制冷、作为

8、清洗介质等，也可用于强化石油开采EOR、强化煤层气开采ECBM。目前全球回收的二氧化碳约有 40用于生产化学品，35用于油田 3 次采油， 10用于制冷，5用于碳酸饮料，其他应用占 10。碳酸饮料生产。CO2 可用作汽水、啤酒、可乐、碳酸饮料等充气添加剂。目前，我国碳酸饮料的人均年消费量不到 5kg，与兴旺国家和地区相比(如西欧为 110kg，美国为 150kg)有较大的差距，进展潜力较大。烟丝膨松剂。液体 CO2 用于烟丝膨化处理，可使每箱香烟节约5%-6%的烟丝，并提高烟丝的质量。我国每年生产香烟 2022 万箱左右，如 10%用 CO2 膨化处理，则年 CO2 耗量达 60 万 t，如全

9、部使用 CO2 膨化处理，则年 CO2 耗量达 600 万t，应用前景格外看好。焊接保护气。CO2 保护焊是一种高效率、低污染、低本钱、省时省力的焊接方法，已经在集装箱、船舶、汽车以及金属构造的焊接中得到应用。我国 CO2 气体保护焊接仅占全部焊接的 5%，兴旺国家 67%，全球平均 23%，进展前景格外乐观。强化石油开采EOR。通过向油藏注入 CO2 来提高油田采收率，从世界范围内来看相比照较成熟，且在近年来进展较为快速。以美国为例，2022 年美国国内有 71 个 CO2EOR 工程运行，承受 CO2EOR 技术每日生产原油 206000 桶，占全部原油产量的约 4%。我国在利用 EOR

10、技术上也有很大潜力。据测算，我国低渗油藏中约有32 亿t 适合用于 CO2EOR，占全部低渗油藏的 50.6%。强化煤层气开采ECBM。向不宜开采的深煤层中注入 CO2，利用 CO2 在煤体外表的被吸附力量是 CH4 的 2 倍的特点来驱替吸附在煤层中的煤层气，可以同时到达提高煤层气的采收率和埋存CO2 的目的。五、工程的可行性1、工程投资华能北京热电厂的捕集系统年回收二氧化碳 3000 吨，总投资2400 万元，回收每吨 CO2 的投资约 8000 元。上海石洞口其次发电厂 10 万吨年二氧化碳捕集系统工程投资额达 2 亿元，回收每吨CO2 的投资约 2022 多元。随着二氧化碳捕集量的提高

11、，平均投资本钱将大大降低。据西安热工争辩院郜时旺博士介绍，在总结上述两个工程开发阅历的根底上，目前可以将工程投资把握到 1000 元/吨CO2。据华能北京热电厂调研，目前北京市 CO2 年消费量约 6 万吨。估量陕西省目前二氧化碳的年消费量不超过 10 万吨，假设我厂建设5 万吨年的二氧化碳捕集系统，依据 1000 元/吨 CO2 的最低投资计算，总投资需要 5000 万元。2、工程运营费用和利润依据西安热工争辩院供给的运行数据，华能北京热电厂捕集系统的蒸汽消耗约 3.5GJ/tCO2 ， 电耗约 250kW/tCO2 ， 溶液消耗1.5kg/tCO2。假设每 GJ 热能的价格为 100 元，

12、每度电价格为 0.3上网电价，每吨溶剂的价格为 40000 元，则上述三项主要消耗的年本钱为：100+2500.3+1.540000/10003000705000元。假设加上设备维护修理、人员工资等费用，则年运营本钱应在100 万元以上。另据央视网消息，华能北京热电厂捕集系统日运营成本约 420 元，年运行本钱也在 100 多万元。而据华能北京热电厂运行部主任介绍，由于该厂的捕集系统属示范装置，其运营本钱和 CO2 销售额根本持平。由于华能还没有相关的许可证，目前工程生产的食品级二氧化碳都是通过中介公司卖给食品公司。因此，目前二氧化碳卖出的价格只有 600 元/吨，比市场价低了一半。按每吨 C

13、O2 销售价格约 600 元计算，每吨 CO2 利润约 180 元，不计利息的状况下，需要 44 年方可回收本钱。依据上述数据，上海石洞口其次发电厂回收本钱需要11 年。由于上海石洞口电厂 CO2 捕集工程处于试运行阶段，该工程的运营数据暂缺假设我厂建设 5 万吨年的二氧化碳捕集系统，依据每吨 CO2 利润 180 元计算，5 年半即可收回本钱；依据取得相关许可证后，每吨 CO2 销售价格约 1000 元计算，则每吨CO2 利润为 1000-420 580 元，不到两年即可回收本钱。随着 CO2 捕集及利用技术的成熟， 其运营本钱将会逐步降低，工程本钱回收周期也将进一步缩短。另外，目前市场上干

14、冰的价格约为 8000 元/吨，假设将液态 CO2 进一步加工成干冰出售，企业的利润空间将大大提升。据西安热工争辩院郜时旺博士介绍，制作干冰的设备投资不大。3、工程场地和人员配备依据捕集装置规模大小不同，整套装置占地面积不超过 3000 平方米。华能北京热电厂 3000 吨/年捕集装置总面积约 600 平方米。其中，CO2 捕集设备布置在一个两层的房屋内，纯扮装置直接布置在地面上。CO2 捕集和利用装置的 DCS 画面监视和运行操作可由脱硫运行值班员负责。4、其它CO2 捕集纯扮装置要求加热汽源压力在 0.3MPa 左右，温度 158，可由厂用关心蒸汽系统或某段抽汽减温减压后供给。六、工程风险

15、1、二氧化碳的工业消费量有限。据绿色煤电生产科技与国际部研发工程师刘宇介绍，中国目前二氧化碳的年消费力量是200 万250 万吨，按 1 吨煤含碳 750 千克，每燃烧 1 吨煤炭将产生 2750 千克二氧化碳估算，一个装机容量为 300MW 的燃煤电厂 1 年所能捕集出来的二氧化碳约 100 万200 万吨，几乎与全国的消费量持平。而华能北京热电厂捕集的 CO2 也不到全厂二氧化碳排放的 1。所以大型燃煤电厂只能选择对局部烟气进展 CO2 捕集，并且要有相对稳定的销售市场。我厂捕集 CO2 的主要目的是对其进展销售并猎取利润，而该工程本身并没有削减 CO2 的排放量。所以， 一旦 CO2 销路不畅，对其进展封存处置将是一件格外简单的事情。2、工程投资比较大。华能北京热电厂的捕集系统年回收二氧化碳 3000 吨，总投资高达 2400 万元。上海石洞口其次电厂 10 万吨年二氧化碳捕集系统工程投资额突破 2 亿元。3、运行本钱高。西安热工院总工程师许世森告知相关人士，配套全烟气碳捕获装置的电厂，发电本钱起码要提高 20%30%，发电效率要降低 810 个百分点。以目前的技术水平，捕集每吨二氧化碳大约需 200300