齐鲁石化—胜利油田CCUS项目率先商业化运营

徐沛宇

齐鲁石化100万吨二氧化碳综合利用回收装置，二氧化碳原料气通过银色管道输送。摄影/顾波

CCUS的含义是碳捕集、利用与封存（Carbon Capture， Utilization and Storage）。国际能源署（IEA）认为，在实现碳中和的道路上，CCUS是唯一一个既有助于直接减少关键部门的排放，又有助于消除无法避免的二氧化碳排放的技术。

CCUS技术在全球尚未大规模商业化，中国在此领域与国际整体发展水平相当。美国大量补贴CCUS项目，是商业化CCUS项目数量最多的国家。

在CCUS的利用环节，二氧化碳驱油是最为成熟的技术，也是目前最可行的商业化路径。二氧化碳驱油是指在石油开采过程中，将二氧化碳注入油藏，降低原油的黏度，使其體积膨胀，以提高原油的采收率。世界上首个商业化CCUS项目于1972年诞生在美国得克萨斯州的油田。

中国的三大石油公司都在探索CCUS项目。中石油大庆油田的二氧化碳驱油技术已运用多年；擅长海上油气开发的中海油尝试在海上封存二氧化碳；有炼化优势的中石化率先实现了CCUS项目初步的商业化。

2022年8月25日，全国首个百万吨级CCUS项目——“齐鲁石化—胜利油田CCUS项目”（下称齐鲁胜利项目）投产。中石化旗下齐鲁石化第二化肥厂煤制气装置的二氧化碳尾气，是该项目的原料气。该项目采用中压法低温液化提纯工艺，获得浓度99%以上的液态二氧化碳。提纯后的液态二氧化碳输送到中石化胜利油田，全密闭流程注入井下进行驱油。同时，二氧化碳通过置换油气、溶解与矿化作用实现地下封存。该项目的投产标志着中国CCUS产业开始进入商业化运营阶段。

CCUS项目的成本一半以上来自二氧化碳捕集环节。捕集装置的能耗越低，成本越低。同时，二氧化碳的运输距离越近，封存和利用的成本也就越低。齐鲁胜利项目兼具这两大优势，成为中国首个百万吨级的CCUS项目。

齐鲁石化—胜利油田百万吨级碳捕集、利用与封存项目的一处注气站。图/新华

一般来说，一个完整的CCUS项目分为捕集、输送、利用与封存四个环节。其中，捕集的成本占到总成本的比重为60%左右。不同浓度的二氧化碳，采用的碳捕集技术不同；不同的捕集装置能耗差异较大，因此各CCUS项目的成本差异较大。捕集环节的成本是一个CCUS项目能否商业化运营的关键。

碳捕集环节的成本主要来自捕集装置的能耗，碳捕集装置的能耗越低，成本就越低。另一方面，二氧化碳浓度越高，同等技术条件下能耗相对更低。所以，炼油化工装置排放的高浓度二氧化碳尾气是碳捕集的优质对象。中石化齐鲁石化第二化肥厂煤气化装置排放的二氧化碳尾气量大且浓度高达90%，正符合这个条件。

齐鲁石化的煤制气装置2008年投产以后，就开始探索利用其高浓度的二氧化碳尾气。可乐、啤酒生产都需要二氧化碳，于是，齐鲁石化与附近的食品企业合作，每年供应2万-3万吨二氧化碳，价格400元-800元/吨。

但食品企业消耗的二氧化碳对齐鲁石化来说只是九牛一毛。从2012年起，齐鲁石化就开始研究如何更大规模地利用二氧化碳。捕集二氧化碳首先要将原始尾气引入特定的装置，然后在里面进行提纯、去杂质、液化等工作。技术难度都不大，关键是如何降低成本。

碳捕集装置在国内外都没有成熟可用的设备，齐鲁石化2012年开始研制工业级别的二氧化碳捕集设备。齐鲁石化化工工艺专家耿涛是该研究团队的核心成员，他告诉《财经》记者，齐鲁石化的这套碳捕集装置采用了较多的能量回收技术，比如回收利用碳捕集装置自身产生的余热，这大大降低了能耗。随着项目运营的不断成熟，能耗还有进一步降低的空间。比如提高压缩机的运行效率，进一步降低压缩过程的能耗；优化系统冷量平衡，实现冷量与装置运行负荷的经济性匹配等。

针对不同的利用和封存条件，碳捕集装置处理的二氧化碳浓度和纯度不同。以二氧化碳驱油为例，不同地区油藏不同，要求使用的二氧化碳浓度也会不同，这也是碳捕集装置需要考虑的技术和成本问题。

据《中国二氧化碳捕集利用和封存（CCUS）年度报告（2023）》统计，中国石油化工领域的CCUS项目碳捕集成本相对较低，为105元-250元/吨。电力和水泥行业的碳捕集成本较高，分别为200元-600元/吨和305元-730元/吨，但这两者都只有国外平均成本的约六成。

在碳利用与封存环节，目前可大规模商业化开发的只有二氧化碳驱油这个路径。大庆油田、胜利油田也都是这方面的先行者。胜利油田从1997年开始研发二氧化碳驱油技术，现已实现工业化应用，技术成熟。齐鲁石化的碳捕集成本降低以后，借着与胜利油田的距离较近的优势，自然走向了以二氧化碳驱油的道路。齐鲁石化捕集二氧化碳后，通过管道输送或者罐车运输到胜利油田的注气站，最近的距离只有80公里。

距离评估是全球CCUS项目开发的重要因素。IEA的报告称，全球70%的CCUS项目须在100公里内运输，否则难以商业化。在美国，现有CCUS项目的二氧化碳平均运输距离为180公里。距离越短，成本越低，基础设施开发的时间就越短。

管道运输比公路运输成本更低。二氧化碳的管道运输技术难度与氢相当，不过氢的管道运输已有较多经验，而二氧化碳在全球案例较少，中国的二氧化碳长距离管道运输仍是空白。二氧化碳是一种酸性介质，具有腐蚀性，同时在管道运输时必须控制不发生相变。这就需要有一个增压机，将管道里的二氧化碳加压，使其以超临界状态运送。

此前，齐鲁石化捕集的二氧化碳主要采用陸上车辆运输方式，送至胜利油田进行驱油封存。2023年7月11日，齐鲁石化至胜利油田的百公里二氧化碳输送管道正式投运，实现了国内首次二氧化碳长距离超临界压力管输，做到制、输、用全过程全密闭。据业内估计，管道运输二氧化碳的成本只有公路运输的一半左右。

在输入和封存阶段，二氧化碳驱油的CCUS项目要提高封存率和采收率，就必须全过程密闭。在注入端，要解决液态二氧化碳易气化外排，以及多井同时注入计量分配难度大的难题。在采出端，胜利油田实施了采出气液全程密闭集输与处理工艺，采出气分水后输送至回注站，直接增压回注至地层进行二次驱油与封存，确保“油不落地、水不外排、气不上天”。

胜利油田自主研发的“二氧化碳高压混相驱”核心技术，已在20个区块累计注入二氧化碳64万吨，封存50多万吨，增油10多万吨。整个齐鲁胜利CCUS项目计划将覆盖特低渗透油藏储量2500多万吨，共部署73口注入井，预计15年累计注入1000余万吨二氧化碳。

到2021年底，中石化累计捕集二氧化碳量为152万吨左右。而齐鲁胜利项目一年就可以最多捕集二氧化碳100万吨。

齐鲁胜利CCUS项目是中石化集团CCUS领域承上启下的项目。早在2012年，国内燃煤电厂首个CCUS项目就在胜利油田启动，形成了燃煤电厂烟气二氧化碳捕集、驱油及封存一体化工程综合技术和经济评价技术。

未来，齐鲁胜利项目的经验将在中石化系统内外推广。截至目前，中石化集团实施二氧化碳驱油的项目已有36个。“十四五”期间，中石化将依托胜利发电厂、南化公司等企业产生的二氧化碳，力争在所属胜利油田、华东气田、江苏油田等再建设两个百万吨级CCUS示范基地，实现CCUS产业化发展。

除了二氧化碳驱油技术，中石化还将部署CCUS+风光电、CCUS+氢能、CCUS+生物质能等前沿和储备性技术攻关，加大二氧化碳制备高价值化学品、二氧化碳矿化利用等技术应用力度。

其他企业也在探索CCUS项目的产业化大规模应用的潜力。2022年6月，广东省发改委、中国海油、壳牌集团和埃克森美孚共同签署了大亚湾区工业园二氧化碳捕集、利用及封存集群研究项目谅解备忘录，这是全国首个海上规模化（300万-1000万吨）CCS/CCUS集群研究项目。

据《中国二氧化碳捕集利用和封存（CCUS）年度报告（2023年）》统计，截至2022年底，中国已投运和规划建设中的CCUS示范项目已接近100个，其中已投运项目超过半数，具备二氧化碳捕集能力约400万吨/年，注入能力约200万吨/年，分别较2021年提升33%和65%。

IEA发布的报告称，全球绝大多数的CCUS项目都依赖于向石油公司出售二氧化碳来获得经济效益，但二氧化碳还有许多其他潜在用途，包括作为生产合成燃料、化学品和建筑材料的原料。

报告还指出，在天然气加工或化肥生产等领域，可以相对较低的成本捕获二氧化碳。但在包括水泥和钢铁在内的其他领域，CCUS仍处于早期发展阶段。CCUS将为燃煤发电厂，以及钢铁、水泥等工业企业减碳做出巨大贡献。若没有CCUS，2050年全球燃煤电厂和工业企业仍将排放80亿吨二氧化碳。