某发电厂二氧化碳捕集及利用项目可行性报告.doc

1、大唐户县第二发电厂烟气CO2捕集及利用项目可行性报告一、燃煤电厂烟气CO2捕集及利用项目背景根据国务院常务会议的决定，2020年中国单位GDP碳排放量将比2005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2020年，非化石能源仅有望占一次能源消费比重的15%左右，而更大的份额仍然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)的燃烧前捕集技术可能是能耗最低的路线，但我

2、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碳排放量的最佳及最有效手段之一。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、填料吸收塔、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、气液分离器、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收塔，其中CO2被胺溶液吸收，尾气由塔顶排入大气。吸收CO2后的富液由塔底经泵送入换热器，回收热量后送入再生

3、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下图所示：目前国际上燃煤电厂烟气CO2捕集及利用项目少之又少。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捕集及利用项目仅有2个，均由西安热工研究院在中国华能集团公司所属发电企业开发建设。三、西安热工研究院开发能力西安热工研究院有限公司是我国电力行业国家级热能动力科学技术研究与热力发电技术开发的机构，具有几十年从事洁净煤发电研究经验，拥有一整套先进的实验仪器、完备的实

4、验设备，并拥有一批具有丰富经验的专家队伍。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研究处于国内领先地位。近年来在国家重大科技项目和中国华能集团的支持下，积极参与国际合作，西安热工研究院成功开发了“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，采用化学吸收法进行CO2的捕集。在低温条件下用化学溶剂吸收烟气中的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发明专利（申请号：200810018343.5），并应用于我国首个燃煤电厂CO2捕集装置华能北京热电厂300050

5、00吨/年CO2捕集示范装置。该技术的特色与优势有：1）采用化学吸收法进行燃烧后CO2捕集，具有吸收速度快、吸收能力强、处理量大、回收CO2纯度高等优点；2）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，吸收剂消耗低，设备腐蚀小；3）CO2捕集工艺采用贫富液换热器、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、气液分离等系统，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有限公司30005000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2008年

6、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。该装置全部采用国产设备，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%，达到国家食品级标准，蒸汽消耗为3.5GJ/tCO2，电耗为250kW/tCO2，溶液消耗为1.5kg/tCO2，达到了世界先进水平。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，也是我国一个重要的低碳发展技术示范工程。四、项目实施的必要性燃煤电厂烟气CO2捕集及利用项目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

7、销售可以给发电企业带来一定利润，如果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。该项目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管理，还可以为我国的碳捕集提供技术储备和技术支撑。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、前景广阔。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

8、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，与发达国家和地区相比(如西欧为110kg，美国为150kg)有较大的差距，发展潜力较大。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2000万箱左右，如10%用CO2膨化处理，则年CO2耗量达60万t，如全部使用CO2膨化处理，则年CO2耗量达600万t，应用前景十分看好。焊接保护气。CO2保护焊是一种高效率、低污染、低成本、省时省力的焊接方法，已经在集装箱、船舶、汽车以及金属结构的焊接中得到应用。我国

9、CO2气体保护焊接仅占全部焊接的5%，发达国家67%，全球平均23%，发展前景十分乐观。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对比较成熟，且在近年来发展较为迅速。以美国为例，2004年美国国内有71个CO2EOR项目运行，采用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在煤体表面的被吸附能力是CH4的2倍的特点来驱替吸附在煤层中的煤层气，可以

10、同时达到提高煤层气的采收率和埋存CO2的目的。五、项目的可行性1、项目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。上海石洞口第二发电厂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2000多元。随着二氧化碳捕集量的提高，平均投资成本将大大降低。据西安热工研究院郜时旺博士介绍，在总结上述两个项目开发经验的基础上，目前可以将项目投资控制到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。估计陕西省目前二氧化碳的年消费量不超过10万吨，如果我厂建设5万吨年的二氧化碳捕集系统，按照1000

11、元/吨CO2的最低投资计算，总投资需要5000万元。2、项目运营费用和利润根据西安热工研究院提供的运行数据，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，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成本为：（100+2500.3+1.540000/1000）3000705000元。如果加上设备维护修理、人员工资等费用，则年运营成本应在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，年运行成本也在100多万元。而据华能北京热电厂运

12、行部主任介绍，由于该厂的捕集系统属示范装置，其运营成本和CO2销售额基本持平。由于华能还没有相关的许可证，目前项目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CO2销售价格约600元计算，每吨CO2利润约180元，不计利息的情况下，需要44年方可回收成本。按照上述数据，上海石洞口第二发电厂回收成本需要11年。（由于上海石洞口电厂CO2捕集项目处于试运行阶段，该项目的运营数据暂缺）如果我厂建设5万吨年的二氧化碳捕集系统，按照每吨CO2利润180元计算，5年半即可收回成本；按照取得相关许可证后，每吨CO2销售价格约1000

13、元计算，则每吨CO2利润为1000-420580元，不到两年即可回收成本。随着CO2捕集及利用技术的成熟，其运营成本将会逐步降低，项目成本回收周期也将进一步缩短。另外，目前市场上干冰的价格约为8000元/吨，如果将液态CO2进一步加工成干冰出售，企业的利润空间将大大提升。据西安热工研究院郜时旺博士介绍，制作干冰的设备投资不大。3、项目场地和人员配备根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，纯化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

14、值班员负责。4、其它CO2捕集纯化装置要求加热汽源压力在0.3MPa左右，温度158，可由厂用辅助蒸汽系统或某段抽汽减温减压后供给。六、项目风险1、二氧化碳的工业消费量有限。据绿色煤电有限公司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能力是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部分烟气进行CO2捕集，并且要有相对稳定的销售市场。我厂捕集CO

15、2的主要目的是对其进行销售并获取利润，而该项目本身并没有减少CO2的排放量。所以，一旦CO2销路不畅，对其进行封存处置将是一件非常复杂的事情。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。上海石洞口第二电厂10万吨年二氧化碳捕集系统工程投资额突破2亿元。3、运行成本高。西安热工院总工程师许世森告诉相关人士，配套全烟气碳捕获装置的电厂，发电成本起码要提高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元。4、据华能北京热电厂脱硫专管介绍，CO2纯化系统的压缩机设备故障较多，影响捕集装置的连续运行。七、

16、主要结论1、目前国内燃煤电厂CO2捕集与利用技术尚处于商业化示范工程或者科研课题和能力建设的阶段，投资成本高，运营成本高，技术不成熟，企业发展该项目进行商业运营，其盈利情况尚不很明确。如果能争取到政府在研发上进行支持和政策上的倾斜，对企业将会十分有利。2、国内二氧化碳的工业消费量有限，需要对CO2市场进行充分调研，根据市场需求量和可能的市场占有量确定CO2捕集装置的生产能力。3、不同纯度等级的CO2价格差异较大。目前，市场上瓶装CO2的零售价为：99%的二氧化碳约35元/瓶，99.5%的二氧化碳约380元/瓶，99.99%的二氧化碳580元/瓶，99.995%的二氧化碳约680元/瓶（气瓶规格为40L，约22kg）。故对捕集的CO2进行纯化处理，得到高纯度的CO2或进一步加工成干冰，其产品附加值更大。9