第20卷第5期
洁净煤技术
Vol.20No.52014年
9月
Clean Coal Technology
Sept
2014
碳减排技术
［编者按］在中国生态环境保护任务日益艰巨，尤其是大气污染防治成为重大民生关切的今天，关注碳排放，有利于节约燃煤、控制煤炭消费总量，有助于减少污染物排放、防治大气污染。碳减排既是当务之急，更是长远战略
。《能源发展“十二五”规划》提出，要降低经济发展中的能源强度和碳排放强度。因此应加强对节能
、提高能效、洁净煤、碳捕集利用与封存等低碳和零碳技术的研发和产业化投入，通过科技创新和管理创新来满足国家能耗排放做
“减法”、经济发展做“加法”的新型发展道路。特别是碳捕集和封存（CCS ）技术的广泛应用，有望缓解煤炭持续消耗与节能减排之间的矛盾，实现能量梯级利用，达到减少污染物排放、防治大气污染的目的。为报道产学研单位在有关碳减排方面的研究成果及应用，促进学术交流与科研成果转化，本刊组织了《碳减排技术》专题，对CO 2捕集技术及应用、煤化工产业与CO 2地质封存、油田燃煤电厂CO 2捕集、煤层气开发利用等进行了介绍，以期提高行业节能减排意识，加快低碳能源的开发与利用。
煤化工产业与二氧化碳地质封存
曾荣树1，石晓闪1，2，肖建新3，田兴有
1
（1．中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029；2．中国科学院大学，北京100049；3．中国地质大学（北京）能源学院，北京100083）
金丝熊吃什么摘要：CO 2在地下深部封存可有效减少燃烧化石燃料产生的温室气体向大气层的排放。然而，现在
碳捕集成本高、能耗大，在CO 2捕集与封存（CCS ）链条中碳捕集成本占60%，成为实施CCS 的瓶颈。煤化工厂排放高浓度CO 2可能为中国实现全链条的CCS 提供早期的机会。目前经过国家发改委批准的煤化工企业排放的高浓度CO 2总量已达亿吨规模，如果这些企业能够实现CO 2封存，对于中国减少温室气体排放将具有重要意义。中国的沉积盆地拥有适合CO 2地质封存的储盖层组合，其中有些油田适合利用CO 2驱油来提高石油采收率（EOＲ），
高浓度CO 2排放源靠近封存场地将有效减少运输成本和工程操作的复杂性。高浓度CO 2气源与EOＲ或深部咸水层封存的耦合将给中国提供在全球
率先实现碳捕集、
利用与封存（CCUS ）的机会。关键词：碳捕集与封存；煤制气；煤制油；煤制烯烃；沉积盆地
中图分类号：X141文献标志码：A 文章编号：1006－6772（2014）05－0001－05
Coal chemical industry and geological storage of carbon dioxide in China
ZENG Ｒongshu 1，SHI Xiaoshan 1，2
，XIAO Jianxin 3，TIAN Xingyou 1
（1．Institute of Geology and Geophysics ，Chinese Academy of Sciences （IGGCAS ），Beijing 100029，China ；2．University of Chinese Academy of
Sciences ，Beijing 100049，China ；3．College of Energy ，China University of Geoscience （Beijing ），Beijing 100083，China ）
收稿日期：2014－05－12；责任编辑：孙淑君
DOI ：10．13226/j．issn．1006－6772．2014．05．001
基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2011CB707300）；中国科学院地质与地球物理研究所自主创新研究课题（31361170）作者简介：曾荣树（1946—），男，福建晋江人，研究员，博士，从事CO 2地质封存研究。E －mail ：rszen@mail．igcas．ac．cn 引用格式：曾荣树，石晓闪，肖建新，等．煤化工产业与二氧化碳地质封存［
J ］．洁净煤技术，2014，20（5）：1－5，8．ZENG Ｒongshu ，SHI Xiaoshan ，XIAO Jianxin ，et al ．Coal chemical industry and geological storage of carbon dioxide in China ［J ］．Clean Coal Technology ，2014，20（5）：1－5，8．
Abstract ：Deep geological storage of CO 2can provide an essential solution to mitigate greenhouse
gas emissions from the continuous use of fossil fuels．However ，the cost and energy consumption of CO 2capture is high at present．About 60%of carbon capture and storage （CCS ）cost is for the carbon capture which causes a bottleneck in advancement of CCS in China．High levels of CO 2from coal chemical plants pro-vides sufficient CO 2for full －chain CCS implementation．The total amount of high concentration CO 2that will be emitted （or is being emit-ted ）by the coal chemical factories approved by the National Development and Ｒeform Commission is up to hundred million tones per year．
2014年第5期洁净煤技术第20卷
If all projects could store CO
2
underground，it would be of great significance for mitigating greenhouse gas emissions．Basins located in
North China are characterized by several sets of reservoir－caprock strata which is suitable for CO
2
storage．Some oil fields are potentially
suitable for CO
2enhanced oil recovery（EOＲ）．The short distance between the high concentration CO
2
sources and potential storage sites
reduce transportation cost and operational．So high purity sources coupled with EOＲor aquifer storage offer China the opportunity to accom-plish beneficial CCUS globally．
Key words：carbon capture and storage（CCS）；coal gasification；coal to olefin；sedimentary basin
0引言
中国是以煤为主要能源的国家，在世界各国中煤的储量、年产量与年耗煤量均位居前列，储量居第3位，仅次于美国、俄罗斯；产量亦位居第3位；耗煤量第2位，仅次于美国。由于中国富煤贫油少气的
资源禀赋，煤炭是中国的主要能源，分别占一次能源生产和消费总量的77%和70%［1］。在相当长时间内这个比例还会保持在60%以上，今后几十年内煤炭仍然是中国的主要能源。国民经济的高速发展，人民生活水平的改善需要大量的能源支持，单靠增加石油、天然气的进口，发展核能、水电以及可再生能源（风能、生物质能等），依然满足不了发展的需要，所以煤炭的充分利用就显得更加迫切。由于中国科学技术水平的限制，单位GDP能耗比发达国家高，在提高能源利用效率等领域还有很大空间。尤其是近年来，中国CO
2
排放量仍较高，极端气候事件频发，严重的雾霾天气使人们深刻认识到必须有效减少CO2的排放。20世纪90年代，中国在大庆开展了利用CO2驱油提高石油采收率的矿场试验［2］，而加拿大利用煤气化厂排放的高浓度CO2来提高石油采收率，同时实现CO2的地质封存取得了较好的成果［3］。21世纪以来，在国家科技部的组织领导下，中国开展的国家重点基础研究发展计划（973计划）包括进行CO2减排、封存与资源化利用的研究，取得一系列成果同时发表了相关专著［4］。笔者提出把煤化工产业排放的高浓度CO2封存在沉积盆地的深部咸水层或者临近衰竭的油气田，同时提高油气采收率，是一个双赢的解决办法。
1煤化工产业发展的机遇
由于近年来国际油气价格的不断攀升，要通过利用油气能源来减少温室气体的排放还存在一些困难，所以利用中国丰富的煤炭资源，发展煤化工产业，制造国家急需的油气以及其他化工原料，也是一种必然选择。利用煤作化工原料，存在能源转换效率偏低，煤炭资源和水资源消耗量大以及巨大的温室气体排放压力等问题，但是为了发展，仍需要在开展煤化工的过程中，边干边改善工艺，尽量克服由此产生的不足。国民经济的发展进程为煤化工产业的发展提供了一种难得的机遇，促使煤炭逐步从燃料为主，过渡到燃料和原料并重。近年来，基于煤炭气化的新型煤化工得到了快速发展，在“十一五”期间煤炭液化、煤制烯烃、煤制乙二醇以及煤制天然气等方面的示范工程取得了阶段性成果的基础上，煤化工产业继续发展。2013年煤化工耗煤2.1亿t，同比增长7%［5］。
中国北方煤炭资源丰富的新疆、内蒙古、陕西、宁夏和山西已成为煤化工投资的热点地区，相对便宜的煤价与靠近煤矿产地为煤制气、煤制油与煤制烯烃产业的发展提供了可能。神华集团在国内最先开展利用煤制油过程排放的CO2地质封存的研究，并且已经取得令人瞩目的进展［6］，目前正在进行CO
2
地质封存的实验项目具有深远意义，尽管封存量只有30万t。经中国政府批准的煤制天然气、煤制油与煤制烯烃项目等在建或路条项目以及CO2排放量见表1。
煤制天然气工程排放的CO2与煤阶、工艺过程以及其他因素密切相关，笔者以生产1亿m3煤制天然气排放高浓度CO2为21.4万t；生产1万t煤制油，排放CO23.5万t；1万t煤制烯烃，排放CO24万t进行评价。上述煤化工企业的CO2年排放总量为1.25ˑ108t。
2沉积盆地封存CO
2
现状
现在兴建的煤化工企业座落在煤矿附近，便于煤的就近利用，有效减少运输成本。中国主要大型煤矿分布在北部广大地区，同时位于或紧邻沉积盆地，这就为碳捕集与封存提供了良好的源汇匹配，可以把煤化工产业排放的大量CO2在油田就地封存与利用，有利于减少温室气体排放与改善环境。
曾荣树等：煤化工产业与二氧化碳地质封存2014年第5期
表1全国煤化工产业及其CO
2
的排放量
类型地点设计产能/（亿m3·a－1）CO2排放量/（万t·a－1）
煤制气
大唐集团内蒙古自治区克什克腾旗（在建）
大唐集团辽宁阜新市（在建）
新疆庆华煤化有限公司新疆伊宁县（在建）
汇能集团内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗（在建）
中电投集团新疆伊宁霍城（路条）
山东新汶矿业集团新疆伊犁（路条）
国电集团内蒙古乌兰浩特兴安盟（路条）
中海油集团山西大同（路条）
内蒙古新蒙能源公司内蒙古鄂尔多斯（路条）
40
40
13.7（第一期）
16
60
40
40
40
40
856
856
3231
342
1284
856
856
856
856
合计329.79993
煤制油*神华集团内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗项目（已投产）
潞安集团山西长治项目
108
150挽回情感如何挽留感情
378
525
合计258903
煤制烯烃*
神华集团内蒙古包头（已投产）
大唐集团内蒙古多伦县（在建）
神华宁煤集团宁夏灵武市宁东（在建）
中石化集团贵州织金（路条）
中石化与河南煤业集团河南鹤壁（路条）
中煤集团陕西榆林煤制烯烃二期（路条）
华鸿汇金公司甘肃平凉（路条）
60
50
50
60
60
60
60
240
200
200
240
240
240
240
合计4001600注：*设计产能单位均为万t/a
将CO2封存于沉积盆地内，是当前减排温室气体、保护环境的重大举措之一，已引起各国政府和地学、环境科学界等高度重视。发达国家在这个领域已经开展了较深入的研究，如Bachu［7］对加拿大沉积盆地封存CO2的潜力进行筛选与评价，Hooper 等［8］对澳大利亚Latrobe盆地封存CO2潜力进行研究，Grataloup等［9］对法国巴黎盆地CO2封存潜力进行研究，美国地质调查局与内政部对全国范围CO2封存潜力进行评估［10］，以及英国、挪威、丹麦、南非等国对沉积盆地封存CO2潜力进行研究等［11－14］。
中国的大陆及毗邻海域发育有大量的沉积盆地［15］。在全国范围的417个盆地中，面积大于10万km2的大型盆地有18个，总面积328.5万km2；面积介于1万 10万km2的盆地有67个，总面积175.1万km2；面积小于1万km2的小型盆地有332个，总面积71.1万km2。其中东北地区47个盆地的总面积59.
6万km2；华北地区42个盆地的总面积26.8万km2；豫皖地区12个盆地的总面积17.3万km2；滇黔桂地区30个盆地的总面积14.1万km2；川渝地区9个盆地的总面积21.8万km2；陕甘宁地区14个盆地的总面积36万km2；甘青地区46个盆地的总面积49.6万km2；新疆地区34个盆地的总面积97.4万km2。张洪涛等［16］研究表明，这些盆地具有封存CO2的巨大潜力，为温室气体的封存提供有力的支撑。
3鄂尔多斯盆地封存CO网络工程师认证
2
现状
根据中国目前发展的态势，建议选择鄂尔多斯盆地为重点地区，开展煤炭行业与石油行业的协作，进行CO2提高石油采油率（EOＲ）的试验研究，把煤化工企业排放的高浓度CO2作为增加石油采收率同时实现温室气体地质封存的技术手段，争取在较短时间内取得突破［17－18］。
3.1鄂尔多斯盆地的煤化工企业
据《亚化咨询》报道，2012年中国原油净进口2.7亿t，同期国内原油产量2.07亿t，海外依存度
2014年第5期洁净煤技术第20卷
接近57%。国际油价的居高不下，为发展现代煤化工，实现对石油资源的补充和部分替代提供了良好的市场机遇。2012是中国新型煤化工升级示范的开局之年，在2012—2015年，新型煤化工迎来产业化升级示范阶段。随着示范装置的稳定运行，煤制油和煤化工的技术和经济性已经得到验证。今后，大型煤制油项目和大型煤基能源化工基地建设将继续推进，其他新型煤化工的前沿技术将开发成功并获得工业化应用［18］。
近年来，在鄂尔多斯市煤化工产业迅猛发展，已经投产、在建以及开展前期工作的企业主要有：①伊金霍洛旗：神华集团的煤制油，内蒙古汇能煤化工有限公司的煤制天然气；②准格尔旗：伊泰集团的煤制油，道达尔石化/中电投的煤制烯烃，西北能源化工有限公司、久泰能源、内蒙古东华能源有限公司、易高三维煤化科技有限公司的煤制甲醇，北京控股集团、中海油新能源投资有限责任公司、河北省建设投资集团公司的煤制天然气；③达拉特旗：新奥集团、内蒙古荣信化工有限公司的煤制甲醇；④杭锦旗：北京昊华能源股份有限公司的煤制甲醇，新蒙能源投资股份有限公司的煤制天然气；⑤鄂托克前旗：宁夏宝丰能源集团的煤炭深加工多联产；⑥乌审旗：蒙大新能源化工基地开发有限公司的煤制甲醇与甲醇制烯烃，中天合创的煤制烯烃，世林化工、鄂尔多斯金诚泰化工有限公司、内蒙古卓正煤化工有限公司的煤制甲醇，内蒙古建丰煤化工有限责任公司的煤热解及多联产等，表2列出鄂尔多斯市已投产与正在开展前期计划的煤化工项目与CO2排放量［19］。
表2鄂尔多斯市已投产与正在开展前期计划的煤化工项目与CO
2
排放量
投资方产能与产品地点CO2排放量/（万t·a－1）进度
神华集团500万t/a煤制油伊金霍洛旗1750一期投产伊泰集团16万t/a煤制油准格尔旗56投产
伊泰集团200万t/a煤制油准格尔旗700前期工作道达尔石化/中电投100万t/a煤制烯烃准格尔旗400前期工作蒙大新能源化工基地开发有限公司60万t/a煤制甲醇，60万t/a烯烃乌审旗390建设中天合创130万t/a煤制烯烃乌审旗520前期工作西北能源化工有限公司120万t/a煤制甲醇准格尔旗300一期建设久泰能源100万t/a煤制甲醇准格尔旗250投产内蒙古东华能源有限公司60万t/a煤制甲醇准格尔旗150投产易高三维煤化科技有限公司20万t/a煤制甲醇准格尔旗50投产新奥集团60万t/a煤制甲醇达拉特旗150投产内蒙古荣信化工有限公司90万t/a煤制甲醇达拉特旗225建设世林化工30万t/a煤制甲醇乌审旗75投产鄂尔多斯金诚泰化工有限公司60万t/a煤制甲醇乌审旗150投产内蒙古卓正煤化工有限公司120万t/a煤制甲醇乌审旗300建设北京昊华能源股份有限公司40万t/a煤制甲醇杭锦旗100建设内蒙古汇能煤化工有限公司16亿m3/a煤制天然气伊金霍洛旗342.4建设北京控股集团40亿m3/a煤制天然气准格尔旗856前期工作中海油新能源投资有限责任公司40亿m3/a煤制天然气准格尔旗856前期工作河北省建设投资集团公司40亿m3/a煤制天然气准格尔旗856前期工作新蒙能源投资股份有限公司40亿m3/a煤制天然气杭锦
旗856前期工作内蒙古建丰煤化工有限责任公司380万t/a煤热解及多联产乌审旗950前期工作宁夏宝丰能源集团2000万t/a煤炭深加工多联产鄂托克前旗5000前期工作
3.2鄂尔多斯盆地的地质特征与CO
2
封存潜力鄂尔多斯盆地是中国第2个大型的陆相沉积盆地，蕴藏着丰富的自然资源，现在已经成为国家重要的能源化工基地。
笔者在开展对鄂尔多斯盆地演化与温室气体地质封存的研究中，初步建立了鄂尔多斯盆地CO2埋存体筛选指标体系，其筛选考虑因素包括：①沉积盆地充填演化、沉积相带与CO2埋存体的时空分布；
②CO2埋存体的埋深（800 2500m）；③埋存体的储层厚度、物性、分布等；④咸水层埋存体的化学组成、矿化度、分布等；⑤盖层的岩性、厚度、分布等；⑥构造条件与构造稳定性；⑦埋存体与CO2气源距离的
曾荣树等：煤化工产业与二氧化碳地质封存2014年第5期
远近等。
同时，优选盆地的CO2埋存有利区块，从经济效
益考虑，有利的CO2埋存单元深度应在800 2500
m，在盆地的南北方向，有利的埋存单元是三叠系的
延长组和侏罗系的延安组，由于延长组的盖层泥岩
比侏罗系的泥岩厚度大，所以，三叠系延长组是最有
应对突发事件利的埋存单元。在东西方向，由于东部的翘起，在这
个深度范围内存在很多层位，符合CO2埋存单元的
地质体，包括：石炭－二叠系系山西组与上石盒子
组，三叠系的延长组和侏罗系的延安组与富县组。
由于符合这个埋存深度的石炭－二叠的山西组与上
石盒子组位于盆地东部，这里储层中的地下水受黄
河淡水补给的影响，其矿化度一般还达不到咸水层
的要求，所以结合咸水层的分布，鄂尔多斯盆地适合
CO
2
埋存的地层中生界优于上古生界。继续往东，
最东边的二叠系地层也可以进行封存，但是，二叠系
盖层的保存条件受到了破坏。三叠系也符合封存条
件，但是与侏罗系相比较，由于其是低孔低渗储层，
CO
2
的埋藏条件不如侏罗系好。另外考虑到与C02
源区的距离，宁夏中部的焦化厂位于这个地区，源汇
匹配也比较合理。
综合考虑储层埋深、特性、构造稳定性、与CO2
气源的距离等因素，初步确定盆地中西部的靖边—
定边以南至庆阳以北地区的侏罗系延安组为最有利
封存区，而东部的二叠系地层以及西部的上三叠统
互联网 推广也可以作为封存的候选区块。关于盆地封存CO2的
潜力，本文不再论述。
4结论
1）根据中国能源结构的特征，目前国民经济的
发展进程为煤化工产业的发展，提供了难得的机遇，
正在促使煤炭从主要作为燃料，逐步过渡到燃料和
原料并重的局面。
2）鄂尔多斯盆地有可能作为开展煤炭行业与
石油行业协作的试验场所。在盆地范围内已建和待
建的煤化工产业每年将排放亿吨高浓度的CO2，为
实现提高石油采收率与CO2的地质封存创造条件。
3）发展煤化工需要大量的水，对于中国西部、
牦牛肉西北部广大的干旱、半干旱地区，这是一个制约瓶
颈。如何统筹安排既保持国民经济的高速发展，又
保证环境安全、社会可持续发展，为政策的制定部门
提供一个审查评估的对象。
4）CCUS全链条产业应该包含从CO
2气源开始
到应用、封存的整个过程。CO2的生产者也应该是
CO
2
的利用者，同时也是CO2的封存者。对于这么
大量排放的温室气体，目前世界各国包括主要的发
达国家也都还没有到有效利用的技术和运营机
制，中国的企业与科技人员应在政府部门的统一领
导与协调下，摸索出适合中国CCUS发展的经验。
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