神華煤制油環(huán)保探路：安全封存二氧化碳

內(nèi)蒙的鄂爾多斯(600295,股吧)腹地深處，這里不僅在探索中國的直接液化煤制油商業(yè)化模式，也在探索亞洲首個大規(guī)模、全流程的陸上鹽水層二氧化碳永久封存示范工程。

位于伊金霍洛旗境內(nèi)的“神華集團10萬噸／年CCS（二氧化碳捕獲與封存）示范項目”，是中國第一個列入國家科技支撐計劃的CCS科研項目，又是百萬噸級煤直接制油示范項目的環(huán)保配套工程。

不同于華能在天津的整體煤氣化(000968,股吧)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）項目和在北京高碑店電廠所實施的碳捕集項目，也不同于中石化在中原油田實施的旨在提高采收率的二氧化碳驅(qū)油項目，神華在鄂爾多斯煤制油分公司所實現(xiàn)的是從捕集到封存的全過程。

煤制油是捕集“富礦”

相較燃煤發(fā)電項目捕集煤炭燃燒過程中的二氧化碳來說，煤化工項目在二氧化碳捕集上有著量大質(zhì)純的“先天優(yōu)勢”。煤化工需要在高溫高壓的化學(xué)反應(yīng)中調(diào)整煤炭中的碳、氫原子比例，因此將直接產(chǎn)生大量高濃度的二氧化碳。

此前有研究認(rèn)為，如果不考慮燃料排放部分，煤炭直接液化項目中，生產(chǎn)每噸液化粗油的二氧化碳排放量在2.1噸左右。

中國神華(601088,股吧)煤制油化工有限公司董事長吳秀章對《第一財經(jīng)日報》記者說，神華煤制油項目所實現(xiàn)的整體CCS過程分捕集和封存兩個部分，其中捕集部分在廠區(qū)，把高濃度的氣體二氧化碳通過壓縮、冷凍處理生產(chǎn)為液體二氧化碳，并暫存至廠區(qū)內(nèi)容量為650立方米的儲存罐內(nèi)，而封存部分則將暫存的二氧化碳注入到距離廠區(qū)13~15公里的非采礦區(qū)地下，兩地中間通過罐車實現(xiàn)運輸。

國內(nèi)首試鹽水層注入

為了避免二氧化碳在捕集后再次釋放到大氣中，如何實現(xiàn)安全封存是整個CCS的難點之一。從國外的實踐看，地質(zhì)封存是最主要的方式。

所謂二氧化碳地質(zhì)封存是指將二氧化碳注入地下并長期封存于1000米至3000米深的地層中，具體可分為鹽水層封存、枯竭油田和氣田封存。其中因鹽水層是含地下水的、可滲透的多孔介質(zhì)，在三種方式中可存儲量最為豐富。挪威北海油田Sleipner西部二氧化碳鹽水層封存項目就是通過這一方式成為世界上第一個達到工業(yè)化規(guī)模的封存項目。

在項目實施之初，神華曾在鄂爾多斯當(dāng)?shù)剡M行了專業(yè)的地質(zhì)研究，確認(rèn)在神華煤制油廠址附近區(qū)域內(nèi)，優(yōu)選的可封存二氧化碳的地層共有7個，其中深部鹽水層潛力最大，比如鹽水層之一的奧陶系馬家溝群就具有10億~100億噸的二氧化碳儲存潛力。

吳秀章對本報記者說，為了不影響地表水和淡水，同時考慮安全性，整個項目最終選擇了鹽水層進行封存。

全球范圍內(nèi)，CCS封存項目的數(shù)量屈指可數(shù)。因為將鉆井安全打到這樣的深度并防止在注入過程中出現(xiàn)二氧化碳逃逸并不是容易的事。另外，二氧化碳在被注入時處于氣體和液體之間的臨界態(tài)，通過一系列化學(xué)反應(yīng)對注入管道本身有很強的腐蝕性，也增大了逃逸風(fēng)險。

“為了確保安全，我們專門做了安全性評估，絕對不允許二氧化碳再次泄漏到地面上來，所以重點監(jiān)控了三方面工作。”吳秀章進一步解釋，“第一，要對被注入的每一層鹽水層覆蓋層做嚴(yán)格評估，保證覆蓋層足夠厚，不會因為我們注入二氧化碳而開裂；第二，注入的鉆井包括表層套管、技術(shù)套管和注入套管，水泥也全是通過套管返到地面，保證不會因為管線腐蝕而泄漏二氧化碳；第三，我們嚴(yán)格控制注入壓力，防止注入壓力過高使覆蓋層開裂而造成二氧化碳逃逸。”

煤化工發(fā)展CCS需求迫切

盡管神華煤制油項目在CCS上還僅僅是示范性嘗試，但對于中國整個煤化工行業(yè)來說，盡早實現(xiàn)工業(yè)化、規(guī)?；腃CS是必須完成的目標(biāo)。

一方面，2012年以來因國內(nèi)煤炭價格下滑，煤化工發(fā)展出現(xiàn)了機遇期。僅在今年3月，就有10個新型煤化工項目獲得發(fā)改委路條，整體投資在2000億～3000億之間，而且業(yè)內(nèi)期待下半年會核發(fā)更多項目。另一方面，中國面臨嚴(yán)峻的減排形勢，國家和國際上對煤化工行業(yè)的減排約束將日趨嚴(yán)格。國家下發(fā)的《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》就早已定調(diào)，在穩(wěn)步推進煤炭深加工示范項目建設(shè)的同時，支持開展二氧化碳捕集、利用和封存技術(shù)研究和示范。

所以，如果把CCS項目作為煤制油、煤化工項目準(zhǔn)入的門檻或強制性配套項目，對本身背負(fù)高二氧化碳排放量負(fù)擔(dān)的煤化工行業(yè)成長前景至關(guān)重要。

但是否能上碳捕集項目，不僅要過技術(shù)關(guān)，還要過成本關(guān)。

據(jù)本報記者了解，國際上燃煤電廠僅碳捕集的成本在每噸40～50美元左右，高昂的成本讓CCS難以大規(guī)模工業(yè)化。相對于燃煤電廠來說，煤化工項目二氧化碳濃度非常高，所以捕集成本相對較低，經(jīng)濟性上有一定優(yōu)勢。

吳秀章對本報記者說，由于項目在示范期只是一年10萬噸的小項目，不成規(guī)模。加上示范探索期間不過于強調(diào)收益約束，包括折舊、人工和動力成本在內(nèi)，神華煤制油完成CCS全過程每噸的成本是280元（大約45美元），其中捕集是200元，封存是80元。

一旦形成工業(yè)化規(guī)模，并通過管道輸送降低儲運成本，吳秀章估計CCS全過程能降到每噸25美元左右，大致是捕集階段20美元、封存5美元。

如果未來真能降到每噸25美元，并延伸出二氧化碳其他應(yīng)用模式，將能更大提升煤化工CCS的經(jīng)濟性和可行性。