从第一吨液态二氧化碳顺利产出，到捕集系统开始进入满负荷试运，再到正式投产，国家能源集团新能源院碳中和中心主任徐冬悬着的心放下了一半。

“没有成熟的案例可借鉴，我们完全是摸着石头过河。同时相较于石油化工、煤化工CCUS项目，煤电产生的二氧化碳浓度只有12%至15%，大规模捕集难度很大。该项目的成功将对推广低浓度大规模二氧化碳捕集具有显著的示范意义。”徐冬说。

6月2日，国家能源集团年产50万吨CCUS项目正式投产。这标志着我国在大规模煤电CCUS技术方面日趋成熟。该项目所捕集到的二氧化碳，将广泛应用于工业、食品业等领域。

二氧化碳的捕集有何神秘之处？记者近日走进现场。

技术革新给出成本最优解

来到江苏泰州电厂CCUS的生产区域，机器轰鸣，水洗塔、吸收塔、再生塔矗立眼前，蓝白管道纵横交错，秩序井然。给记者的第一感觉是简洁。

“我们整个项目紧挨着4号机组，以4号机组湿式电除尘后烟气为原料气，采用醇胺吸收法，捕集煤炭燃烧后的二氧化碳。项目通过优化工艺路线和合理设备布局的方式大幅减少了用地空间，捕集区总占地面积仅1650平方米，容量占比为33平方米/万吨，是现有项目中单位占地最小的CCUS项目。”国家能源集团新能源技术研究院碳中和中心碳捕集研究室经理杨阳说。

具体如何捕集？据杨阳介绍，4号机组排出的烟气温度依然很高，所以要首先通过引风机进入水洗塔，对气体进行降温，同时还能除去其中的硫氧化物、氮氧化物、粉尘等有害物质。然后，气体通过烟道进入吸收塔底部，同时在吸收塔顶端，胺溶液开始向下喷淋，两者充分接触，发生反应。

“胺溶液和二氧化碳发生反应是需要缘分的。”徐冬笑着说，“我们将吸收塔建达50多米高，内部结构复杂，就是为了让他们的缘分久一点。”

“经过吸收塔的烟气中超九成的二氧化碳将被胺溶液吸收，剩余气体达到排放标准，通过烟道回到主机烟囱排入大气。”他告诉记者，“吃饱了二氧化碳的胺溶液，会进入再生塔。通过一系列化学反应，胺溶液分解成纯度超99%的二氧化碳和贫胺液。此后，高纯度的二氧化碳会继续通过管道进一步被压缩、干燥、液化，最终送入储罐中；贫胺液则回到吸收塔塔顶，开始下一轮作业。

“整个捕集过程很快，但各个环节都不简单。”徐冬说，“吸收剂是CCUS项目技术工艺的‘心脏’。虽然我们有锦界电厂15万吨/年项目的长期经验，但产量增长并不是简单的放大和叠加。只能自己研发，实现技术的革新和突破。”

徐冬及其团队最终通过3000多次试验，在100多种吸收剂中找到了最优解。

“新型三元复合胺吸收剂具有高容量、低能耗、长寿命等特点，适用于火电厂低浓度烟气二氧化碳捕集，与传统吸收剂相比成本更低，再生热耗可下降35%以上。”徐冬说，“项目投产以后，我们的实验室还一直对吸收剂做着试验，确保其长期稳定运行。”

“胺逃逸会大大增加运行成本。我们首创了新型胺回收装置，配合新型除沫结构的再生塔出口气液分离器，胺逃逸可控制在0.5千克/吨二氧化碳以下，胺损失量降低30%以上。”杨阳指着吸收塔说。

此外，国家能源集团推进实现煤电CCUS产业链条协同突破，先后获批了“江苏省大规模碳捕集利用与封存工程中心”“泰州市火电行业绿色低碳工程研究中心”。这一过程中，国家能源集团协同浙江大学攻坚新型碳捕集吸收剂、协同清华大学开发小齿顶角填料、协同东南大学开展火电与碳捕集耦合系统优化，推动工艺技术创新。他们协同陕鼓研制的国产最大等级煤电碳捕集用二氧化碳压缩机，实现了项目核心装备100%国产化。

“我们项目应用的小齿顶角高效填料，能有效抑制液相偏流、降低交叉气流比、大幅提高液相在填料表面的覆盖面积和气液传质通量，与常规填料相比，可降低压降15%至30%，提高传质效率10%至15%。”杨阳说。

“通过自主创新和技术突破，我们形成了CCUS产业链核心自主知识产权，掌握大规模燃煤电厂碳捕集核心工艺包。”徐冬说。

此外，他们针对碳捕集过程低品位能量利用困难、捕集系统能耗高的问题，开发了全面可靠的电厂和碳捕集装置耦合评价模型，形成碳捕集系统与燃煤电厂汽、热、电深度耦合设计方案。比如，采用泰州一期机组汽动引风机排汽作为再生蒸汽主汽源，煮沸器蒸汽疏水回收至主机低温省煤器，热量几乎全部回收利用。

“现在，我们每吨二氧化碳捕集热耗小于2.4吉焦、电耗小于90千瓦时，二氧化碳捕集率大于90%，产出干基二氧化碳纯度大于99%，单位完全成本小于250元，各项指标均处于行业领先水平。”徐冬说。

市场先行实现保本微利

记者看到，四个大型的球形储气罐整齐排列成一排，气罐前方停着拉气罐车。只见工人将储气罐出气管与罐车相连，拧开阀门，液态二氧化碳便通过出气管进入到罐车当中。

“我们每天可生产200吨到300吨液体二氧化碳，这一车可装25吨二氧化碳。”国家能源集团江苏泰州电厂碳资源开发专项办公室主任龚海艇说，“这4个二氧化碳储罐中2个储存的是工业级二氧化碳，2个储存食品级二氧化碳。大的有1500立方米，小的是400立方米。这4个罐子基本只需要两天就会被液态二氧化碳填充满。”

“如此大的工程光靠积极性是不行的，必须考虑经济性，将成本控制在合理区间。”龚海艇说，“我们实现了50万吨/年的足额消纳，并具备了稳定的盈利能力。”

“CCUS，最关键的就是这个‘U’，把二氧化碳卖出去了、用起来了，才算是把‘捕集—运输—消纳’这个链条真正贯通。”泰州公司计划营销部主任白福全说。

他们在项目启动初期就成立了二氧化碳营销攻坚小组，超前开展市场调研，牵头编制形成了华东区域二氧化碳需求分析报告。

“最初的时候我们想打造100万吨/年CCUS项目。调研后发现，50万吨/年最符合市场需求。”龚海艇说，“得益于地理位置，周边地区有利用二氧化碳的传统。”

据介绍，泰州电厂周边不仅有油田，还有大量的造船厂。二氧化碳可用于油田的驱油气，还可以用作船厂焊接的保护气。此外，泰州经济发达，冷链运输业成熟，食品级干冰需求市场乐观。

“我们按照‘保本微利、培育市场、重投运率’原则，成功锁定焊接制造、食品级干冰、高新机械清洗等方向用户。采取询价方式，与八家经销商签订每月4万吨二氧化碳销售合同，通过分销的模式进行销售，年合同总量达48万吨，其中用于干冰约29万吨，占比61%，焊接保护气约17万吨，占比36%，其他用途2万吨，占比约3%。另外2万吨与油田进行驱油利用研究，二氧化碳利用和封存率达100%。”龚海艇说。

下一步，泰州电厂还将就二氧化碳加氢制甲醇、制精细化工品等方面进行协同攻关突破，提升二氧化碳价值率。

“以前我们焊接用的二氧化碳要跑上近一百公里去拉运，现在可以说是一墙之隔，这个节约下来的物流成本相当可观。”临近的一家造船企业负责人说。

“我们之前就听说了这个项目，所以规划建设了这个干冰厂，直接把管道延伸到项目。有了高质量的二氧化碳，业务扩展更有底气了。”临近的一家冷链企业负责人介绍。

龚海艇表示，通过技术创新、优化工艺路线、合理设备布局等手段，该项目投资成本控制在相对较低水平，二氧化碳单位生产成本也较为理想。“我们的远期目标是百万千瓦机组全碳捕集，零碳排放。”龚海艇说。