温室气体减排技术路线

1. 温室气体减排技术路线 王树东 研究员 中国科学院大连化学物理研究所 2007-5-24

2. 主要内容 • 温室气体的危害以及排放趋势 • 温室气体减排技术 • 我国温室气体减排技术现状 • 我国实现温室气体减排的技术路线 • 科学院在温室气体减排领域的技术优势

3. 温室气体的危害 温室气体的危害

4. 温室气体排放源 CO2 原料开采 交通运输 CH4 CO2 农业 工厂加工 能源 CH4 循环利用 人为利用 畜牧业 CO2 CO2 CH4 NO2 石油 采矿业 废物处理 垃圾掩埋 垃圾燃烧

5. 温室气体的排放趋势

6. 如何实现温室气体减排 政府政策 导向 公众认识 提高 增强环保 意识 加大执法 力度 碳封存 技术 减排贸易 健全 减排技术 发展 减排机制发展 新能源 技术 化石资源 高效利用 《京都议定书》实施 CDM发展 机制

7. 温室气体减排面临的机遇和挑战 机遇与挑战 《京都议定书》的签定 发展减排 机制 CDM机制的发展 碳贸易市场的建立 气候变化的科学认识 提高公众 认识 税收制度的建立 政府政策导向

8. 温室气体减排技术发展 U.S. DOE Carbon Sequestration Technology Development

9. 温室气体减排挑战性与技术途径 挑战性 技术途径 非CO2温室气体 封存 捕获 勘探 • 地质封存 • 海洋封存 技术创新 • 垃圾处理 • 农业 • 煤层气治理 • 地质成因 • 陆地生态系统 • 燃烧前分离 • 燃烧后分离 • 纯氧燃烧 • 先进分离技术 • 高效地下封存 技术 • 其他技术突破 高效化石资源零排放转化系统

10. CO2捕获技术途径

11. 吸附和深冷 微藻生物能源 CO2光催化还原 CO2捕获分离技术现状 技术 CO2分离存在的问题 现状 溶剂的再生问题 吸收强度低 技术相对比较成熟 溶剂吸收 捕获分离技术 正在进行技术突破如 新型吸收溶剂开发、 过程强化技术的应用 膜材料制备成本高 操作条件苛刻 膜分离 受规模限制 能耗比较高 研究开发 能耗投资增加 正在进行技术革新如燃料 电池和超临界技术的应用 IGCC技术 发电效率降低 高效微藻培养技术 规模制备技术 研究开发 正在着手微生物技术、 材料技术的突破 反应产率和选择性的提高 新催化剂和助催化剂开发

12. CO2封存技术途径 • 固定管道 • 移动船舶 • 海上平台 地质封存 • 废弃的油田和气田 • 驱油、驱气 • 深层盐沼池构造(a)近海；(b)在岸； • 驱替煤层气 海洋封存

13. 矿物碳酸化固定 CO2封存技术现状 技术 存在的问题 现状 输送成本问题 CO2泄露问题 技术安全性问题 研究阶段，部分技术实现示范 地质储存 封存技术 正在解决环境风险、技术 经济问题，CO2监测 以及公众的认可 海洋生态系统风险 海洋与大气碳平衡 地质构造和经济性 海洋封存 如何降低经济成本 研究示范阶段 正在解决化学固定过程强化、 资源回收、产品工程问题 高能耗问题 增加生态系统的生产力和固碳能力 理论相对比较成熟 需要科学的管理和具体实施 生物固定 生态系统管理的理念

14. 非CO2温室气体 煤层气发电、辅助燃料、直接燃烧 煤层气 水分管理、品种的选择和收获指数的提高 农业 垃圾 非CO2温室气体减排技术途径 分类处理和填埋、作为燃料或发电、改善填埋环境

15. 垃圾处理 通风瓦斯直接燃烧 非CO2温室气体减排技术现状 技术 存在的问题 现状 技术成熟 《京都议定书》的签订,促进了其市场化 非二氧化碳温室气体 投资成本比较大 煤层气发电 研究示范阶段 通风瓦斯辅助燃烧 技术经济性限制 降低经济成本，同时碳 贸易市场的建立使得其具有巨大的经济和社会效益 技术可行，但经济成本较高 排放模型的建立 品种的选择和水分管理 理论研究阶段 农田甲烷治理 垃圾分类标准的制定 环保意识的提高 研发阶段 相关政策、法规的制定

16. 技术创新 方法 技术创新 描述 明尼苏达州立大学开发了一种极薄、 耐高温氢选择性硅膜。 氢选择性硅膜 新墨西哥大学开发了一种具有高CO2 选择性的嫁接氨基的多孔膜 双功能膜 先进CO2分离 技术 圣母玛利亚大学开展利用离子液体 进行CO2的捕获分离 离子液体 研究新型含微孔的有机金属骨架材料用 于CO2的捕获分离。 有机金属骨架 海底碳酸盐沉积 先进的固碳 技术 研究海底碳酸钙沉积岩吸收高温、 高压状态下CO2的潜力。 矿物溶解动力学 研究CO2原位矿物碳酸化过程，硅酸盐、 片钠铝石等矿物的溶解机理与动力学 矿物碳酸化 研究利用音频及其他方法，强化CO2异位 矿物碳酸化过程 其他技术 微生物CO2转化 光催化CO2转化

17. 温室气体减排技术总体现状

18. 我国温室气体排放 状况 危害 我国温室气体排放 面临严重的减排压力 经济的增长和环境污染的矛盾 气候变化导致的粮食短缺 生态脆弱的地理位置，极易受到气候变化的不利影响的危害 海平面上升的潜在危害 能源安全问题 资源浪费 排放量世界第二 增长量世界第一 CO2 排放强度高 化石资源为主 的能源结构 农业和畜牧业 （3000万吨/年） CH4 采煤过程 （194亿m3/年） 逐年增长

19. 高效载氧体 碳酸化固定 IGCC 技术 光催化还原 高效吸收器 地质封存(ECBM) 微藻能源技术 技术研发阶段 高效吸收溶剂开发 二氧化碳 捕集分离一体化技术 温室气体减排技术 低浓通风瓦斯 农田CH4和N2O 高浓煤层气 化学转化 捕集与利用一体化 发电技术 瓦斯锅炉 民用燃气 我国温室气体减排技术 分离技术 膜分离技术 捕获技术 封存技术 合成高附加值产品 排放模型研究阶段 非CO2

20. 温室气体减排技术路线 • “21世纪远景计划” (美国) • “未来能源计划” (欧共体) • “新阳光计划” (日本) • “合成气园” (Shell公司)

21. 我国温室气体减排技术路线

22. 不同时期战略目标 l改善目前火力发电技术现状，应用先进的燃煤发电技术，实现高效、清洁的电力供应 新型的分离技术应用于传统化工行业的CO2分离 高效CO2利用技术的工业示范 实现区域性的CO2封存工业示范 森林绿化面积得到大幅提高，农田和畜牧业管理初见成效 煤层气发电装机容量大幅度提高 新能源—核能和可再生能源如太阳能、风能等在能源结构中的比例明显提高 2015 2050 2030 2007 单位GDP能耗比2003年下降18% 争取CDM项目为我国的新型工业化吸收更多的资金和技术 实现传统分离技术和IGCC的技术革新 完善CO2封存技术勘查，环境生态影响以及经济成本评价 改善目前非CO2温室气体的排放现状 部分技术的工业示范 高效CO2利用技术的开发 CO2分离、捕集、封存于利用技术一体化 氢能经济 CO2作为一种有机合成原料得到规模转化利用 温室气体得到有效控制

23. 不同时期战略重点和研究内容 高效分离集成技术的工业示范: 将开发的高效吸收液、分离材料以及分离技术进行系统集成示范；对技术革新后的IGCC进行工业示范。 实现CO2规模利用转化工业示范: 形成CO2作为碳资源合成高附加值化学品的产业链；通过生物和光化学方法实现电厂烟道气CO2捕集和高效转化。 实现区域性CO2的封存工业示范: 在一定的区域内进行CO2封存工业示范，同时进行相应的地表泄漏检测、地下输送管理和模拟。 能源结构逐步优化: 大力开发新能源—核能和可再生能源如太阳能、风能等，使其在能源结构中的比例明显提高。 2015 2050 2030 2007 高效分离技术开发 IGCC的技术革新 大力发展化石资源甲烷治理 CO2封存技术的基础研究 部分技术的工业示 CO2的利用和转化 CO2分离、捕集、封存与利用技术一体化: CO2分离、捕集、封存与利用技术一体化，实现化石燃料开采、使用过程中真正的近零排放。 氢能经济: 耦合高效的化石燃料制氢技术（IGCC、NGCC等）以及FC-CHP技术，最终实现能源结构的优化调整。

24. 科学院在温室气体减排领域的技术优势 CO2分离捕获技术 CO2封存技术 非CO2减排技术 CO2 微 通 道 吸 收 技 术 CO2 膜 分 离 技 术 CO2 离 子 液 吸 收 技 术 多 联 产 技 术 高 效 微 藻 培 养 技 术 光 催 化 还 原 技 术 混合 气体 驱替 煤层 气技 术 CO2 矿物 碳酸 化固 定技 术 通风 瓦斯 综合 治理 技术

25. 4 段吸收操作的实验结果（1000 channels） CO2微通道吸收技术 对于处理量 45000m3/h的合成氨 原料气净化过程 inlet CO2:30%, outlet CO2:0.2% 传统填料塔 Volume: 300m3 微通道吸收器 Volume of microchannels: 8m3 P=2.0MPa, H=30mm, D=50mm VN2=7.4L/min, F(NHD)=740mL/min Hight=152mm, 97 channels

26. 非对称膜/复合膜制备 CO2膜分离技术 海南福山油田膜 法二氧化碳回收 CO2渗透速率38GPU CO2/CH4分离系数达 38.4， CO2/N2分离系数31.3

27. CO2离子吸收液制备技术 a [P(C4)4][Gly] b [P(C4)4][Ala] 8.6wt% 7.9wt% c [P(C4)4][ß-Ala] d [P(C4)4][Ser] 8.5wt% 4.3wt% 季膦盐类离子 液体吸收CO2效果 离子液体规模化制备装置

28. 燃料电池 工业应用 其他领域 煤气化 水气变换 分离 电 液体燃料 多联产 储存 热 化工产品 H2循环 固定 驱油 驱煤层气 城市燃气 多联产技术 H2 CO+H2 CO2+H2 化工/油品加工 CO2

29. 混合气体驱替煤层气技术 平顶山八矿（地下620m巷道中、渗透系数４mD、注入空气等） 试验孔3个＋矿山生产孔220个 ECBM: 120.8 亿吨 EOR: 26.1~139.2 亿吨 枯竭气田：41.0 ~ 304.8 亿吨 含水层： 371 ~ 1439.0 亿吨 合计： 560 ~ 2000亿吨

30. CO2碳酸化固定技术 能源/钢铁/水泥/ 化工:含钙固体残渣 相转移过程 强化与集成 余热 回收重金属 元素，实现 资源多组分 分离与利用 产品设计 建筑材料 造纸填料 添加剂· · ·

31. 20m3/h 通风瓦斯处理系统 出口甲烷浓度和转化率 通风瓦斯综合治理技术

32. 其他技术开发 • 高效能源微藻培养技术 • 光催化还原技术 • 煤载氧体燃烧技术

33. 我院CO2捕集阶段战略目标和任务 高效吸收剂开发 过程强化技术利用 工业化 规模产业化应用 高效吸收技术 新型CO2膜分离材 料的开发及膜组件 膜分离技 术工业化 规模产业化应用 膜分离技术 2030 2015 2050 2010 2020 2007 技术革新 中试 工业化 规模产业化应用 燃煤发电技术 基础研究 示范 工业化 微藻及光催化

34. 我院CO2封存分阶段战略目标和任务 基础研究、风险评估 优化设计 监测技术 中间现 场实验 示范 工业化 地质封存 研究阶段（生态和环境影响 及风险评估、经济成本分析） 小规模现 场实验 规模产业化应用 海洋封存 2015 2050 2010 2020 2030 2007 降低成本 中试 工业化 规模产业化应用 碳酸盐固化 森林、草地、农业用地和其它陆地生态系统管理 生物质封存

35. 我院其他温室气体减排技术阶段任务 示范及工业应用 规模产业化应用 高浓煤层气利用 研究开发及示范 工业化 规模产业化应用 通风瓦斯利用 2015 2050 2010 2020 2030 2007 甲烷排放模型建立 政策法规 建立 水分管理 育种技术 农田甲烷 大规模技术推广 垃圾分类标准建立 小规模示范 政策法规建立及民众 意识提高，技术推广 大规模技术推广 垃圾处理 新能源技术 技术研发、示范和规模化应用

36. DICP_Laboratory of Advanced Chemical Engineering 谢谢大家!

37. DICP_Laboratory of Advanced Chemical Engineering More information, please contact: Prof. Shudong Wang Dalian Institute of Chemical Physics, CAS No. 457, Zhongshan Rd., Dalian, P. R. China,116023 Telephone: +86-411-84662365 Fax: +86-411-84662365 E-mail：wangsd@dicp.ac.cn http://www.dicp.ac.cn