落实“双碳”目标化工建设企业大有可为——陕西国华锦界15 万t/ a 二氧化碳捕集（CCS）示范工程建设纪实

方 圆

中国化学工程第十四建设有限公司 江苏南京 210044

1 目前国内规模最大CCS 项目正式投产

6 月25 日，通过168h 试运行，由中国化学工程第十四建设有限公司（以下简称十四化建）承建的目前国内规模最大的燃煤电厂二氧化碳捕集与驱油封存全流程示范项目——陕西国华锦界能源有限公司（以下简称国华锦界）15 万t/ a 二氧化碳捕集（CCS）示范工程正式投产。试运期间该项目连续生产出纯度99.5%的工业级合格液态二氧化碳产品，成功实现了燃煤电厂烟气中二氧化碳大规模捕集。该项目的成功投运，为我国燃煤电站推进实现“近零排放”提供了技术支撑，为我国火电厂开展百万吨级大规模碳捕集项目积累了实践经验，对落实“碳达峰”“碳中和”目标具有重要意义。

国华锦界15 万t/ a CCS 示范工程是目前国内规模最大、全球设计性能指标最优的二氧化碳捕集装置，项目位于陕西省榆林市。该项目依托国华锦界公司1 号600MW 亚临界机组，集成了新型吸收剂（复合胺吸收剂）、增强型塑料填料、降膜汽提式再沸器、超重力再生反应器和高效节能工艺（级间冷却+ 分流解吸+ 机械式蒸汽再压缩）等新技术、新工艺和新设备，开展了先进的燃煤电厂化学吸收法二氧化碳捕集技术研究和工业示范。项目自2019 年11 月1 日开工建设，2021 年1 月安装建设完成，期间，十四化建参建全体员工齐心努力，克服了施工场地受限、设备材料供应不及时等重重困难，严格管理、精心施工，各项指标均达到了优良，实现了八个一次成功，即系统受电一次成功、DCS 复原试验一次成功、冷态通风一次成功、化学清洗一次成功、热态启动一次成功、整套启动一次成功、产品液化一次成功和装车外运一次成功。该项目的成功投运为我国形成适用于燃煤电站烟气二氧化碳高效、低能耗捕集的新技术体系起到了极大的促进作用，也为化工建设企业投身落实“双碳”目标提供了良好的示范。

2 “双碳”目标与CCS 技术

在“绿色”已成为全球科技革命和产业变革的风向标和关键词的背景下，2020 年9 月22 日，中国正式提出“二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，2060 年前实现碳中和”的“双碳”目标。这既是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求作出的重大战略决策，也是中国向世界作出的庄严承诺。以“双碳”目标为指引，国内从政府、企业到工程承包商，一副宏伟壮阔的绿色发展新图景正在徐徐展开。

大气中二氧化碳浓度的大幅增加，主要源于人类生产和生活过程中燃烧大量化石燃料。目前我国是全球二氧化碳排放量最大的国家之一，面临日益强烈的减排要求。因此，我国迫切需要采取有效措施，减少二氧化碳排放量，减缓二氧化碳排放强度。

CCS 技术是Carbon Capture and Storage 的缩写，是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来，再通过碳储存手段，将其输送并封存到海底或地下等与大气隔绝的地方。随着二氧化碳作为一种资源受到越来越多的关注，CCS 技术已升级为CCUS，在二氧化碳捕获和封存的基础上，增加了“输送”、“利用”的成分。CCUS 技术是一项新兴的、具有较大潜力的二氧化碳减排技术，有望实现化石能源的低碳利用，被认为是应对全球气候变化、控制温室气体排放的重要技术之一，也被认为是“目前实现化石能源大规模低碳化利用的唯一技术选择”。充分考虑电力系统实现快速减排，并保证灵活性、可靠性的多重需求，火电加装CCUS 是当前具有竞争力的重要技术手段。同样，在钢铁、水泥等重污染行业CCUS 也是实现近零碳排放为数不多的可行技术方案。可见，无论是应对气候变化的需要，还是面向碳中和目标，继续加大对CCUS 产业的投资力度都是大势所趋。特别是2030 年实现碳达峰之后，仍需大力推广CCUS，这意味着从现在起就要开展基础设施建设。

CCUS 在国内被称为“实现碳中和目标的托底技术保障”，发展CCUS 产业是助力我国实现双碳目标的大势所趋、使命所系。为此，我国现已启动多个CCUS 示范项目，工程实践能力显著提高。详见表1。

表1 我国部分CCUS 示范项目 万t/ a

3 从国华锦界看CCS 项目的特点

3.1 工程范围

国华锦界15 万t/ a 燃烧后二氧化碳捕集和封存全流程示范项目施工与设备材料采购（PC）项目，由十四化建承包，具体内容如下：

（1）投标方负责CCUS 项目除甲供设备外所有系统所涉及的设备及材料的采购；到厂所有设备材料的接卸、二次倒运及代保管（含甲供设备及千吨级吸附验证装置）；本项目范围内的建构筑物、设备及土建施工、安装，单体调试（含甲供设备及千吨级吸附验证装置）等；并配合系统调试、性能试验及试运行（含千吨级吸附验证装置）。

（2） CCUS 项目范围所有辅助设备（包含除甲供设备以外的所有设备和电气、热控仪表、电力电缆、火灾报警、钢结构平台楼梯、工业电视、消防、暖通、防腐、保温保冷、土建及建构筑物、油漆和通讯等部分的全部设备材料），以及材料采购、运输、保管、设备二次倒运等。

（3） 土建部分包括初步设计范围内的土建施工，还还包括与1# 脱硫吸收塔出口净烟道CCUS项目挡板门法兰（含）连接起至CCUS 项目建设场地内所有烟道、支架、汽、气、水、电工程及新建内容，以及由于施工需要拆除或破坏的马路、地面、墙面、保温外护设施，并且在施工完成后需要恢复原状。

（4） 千吨级二氧化碳吸附工业验证装置的施工安装。

（5）15 万t 及千吨级项目的单体调试。

（6）配合进行15 万t 及千吨级项目分系统调整试验、整套调试及配合完成性能试验。

（7） 本装置排放的胺回收加热器残液排入锅炉焚烧处理的施工与设备材料供应。

3.2 工艺流程

国华锦界15 万t/ a CCS 示范工程工艺流程如图1 所示。烟气自国华锦界1 号机组脱硫吸收塔后出口烟道抽取（气量约1.0×105Nm3/ h）后进入烟气洗涤塔，在塔内经洗涤降温和深度脱硫后进入吸收塔，由新型吸收剂吸收烟气中的二氧化碳。为提高吸收能力，设置级间冷却工艺，从吸收塔中部对吸收液进行冷却，吸收后尾气经塔顶洗涤后排出。新型吸收剂吸收烟气中二氧化碳后成为富液，富液从吸收塔塔底流出后分为两股：一股进入贫富液换热器，热量回收后进入解吸塔；一股直接进入解吸塔，在再沸器的加热作用下，通过汽提解吸出富液中的二氧化碳，解吸后的富液变为贫液，从解吸塔塔底流出。解吸塔内解吸出的二氧化碳连同水蒸汽从解吸塔塔顶引出，经气液分离器分离冷却除去水分后得到纯度99.5%（干气）以上的二氧化碳产品气，进入压缩等后序工段进一步处理。解吸二氧化碳后的贫液进入闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸出的气体进入吸收塔；贫液流出后进入贫富液换热器换热，冷却后进入吸收塔进行吸收。为了验证超重力反应器的解吸能力，与解吸塔并列设置超重力反应器，处理能力为10%。溶液往返循环构成连续吸收和解吸二氧化碳的工艺过程。

图1 二氧化碳捕集示范工程工艺流程图

从解吸塔塔顶出来冷却分离的产品气进入二氧化碳压缩机压缩，压缩机出口二氧化碳压力为2.5MPa（g），温度为40℃。压缩后的二氧化碳气体进入提纯塔进行脱水干燥，经干燥处理后的二氧化碳气体进入二氧化碳冷凝器及过冷器，液化降温制冷至- 20℃以下，完全液化后送至二氧化碳球罐进行储存。

目前生产出的液态二氧化碳为工业级二氧化碳，可用于驱油、咸水层封存及矿化等领域，并且现场预留生产食品级二氧化碳的场地。

3.3 施工重难点分析

（1）国华锦界15 万t/ a CCS示范工程是二氧化碳捕集封存的全流程示范工程，指标领先，技术要求高，专业多，交叉施工多，部分施工区域环境复杂；

（2）施工场地狭小：各装置建筑距离近，地下基础施工交叉作业难度大；机械及进出场路线受限；联合平台钢结构分段吊装吊车的布置位置受限；

（3）现场无设备堆场，场区吊车站位空间受限，大型设备分段吊装运输及临时堆放场地受限；

（4） 岛外循环水埋地管道与老厂地下设施交叉多；烟道高低辅蒸汽、疏水管道与原有设备、桥架等干涉多，作业空间受限；

（5）水洗塔、吸收塔、烟道均为玻璃鳞片内防腐，但玻璃鳞片属于易燃品，因此密闭空间作业、防火是本项目施工的核心；

（6）烟道安装：需要进行大管径管道的高空组对焊接；

（7） 塔器分段吊装中需要在空中组对；

（8）设备材料采购中与设计、厂家的沟通、返资、确认管理工作繁琐。

4 十四化建为CCS 项目建设提供了一个良好的样板

十四化建前身是中国人民解放军基本建设工程兵部队，是唯一一支从事国家大型重点石油化工建设的专业部队，同时也是曾获得国务院嘉奖令的化工施工企业。公司于1983 年整编为中央直属的大型综合性施工企业，在石化、化肥、化学、精细化工、能源、电力、食品、医药和基础设备等行业都有不俗的工程业绩，赢得了国内外众多业主的一致好评。

十四化建对国华锦界15 万t/ a 燃烧后二氧化碳捕集和封存全流程示范项目高度重视，为此派出了精兵强将，以强大的公司管理体系作为支撑，高质量地完成了这一国内目前规模最大的CCS 项目，成功实现项目的八个一次成功，为今后类似工程提供了良好的样板。

4.1 强大的人材机资源保障

（1）投入充足的人力、物力。十四化建在与建设单位签订合同后，立即组建了强有力的管理团队，积极组织人员和机械进场，扎实开展各项施工工作；过程中高峰投入管理人员27 人，其中一级建造师4 人、高级工程师4 人、注册安全工程师2 人、中级以上管理人员12 人；施工人员300 余人；大型施工机械20 余台，中小型机具120余台。

（2）完备质量管理体系。十四化建根据相关法律法规，建立了以项目经理为总质保工程师的质量保证体系；确立了项目经理、质量经理、质检员、施工班组长的分级质量管控制度，质量责任落实到个人。

（3）健全安全管理体系。项目开工到交工始终如一地坚持班前交底会，做到无交底不施工。

4.2 坚持技术先行，强化图纸审核和方案论证

（1）认真开展图纸审查。积极会同建设、监理、设计院等相关方共同对施工图纸进行会审，根据工程实际情况提出合理建议，形成图纸会审纪要文件。

（2）针对危大工程，多次现场邀请专家进行论证，并制定了切实可行的实施方案，保安全、保质量的完成施工任务。

（3）严把原材料进口关。原材料是工程质量得到保证的根本。所有进场的材料均按招标文件要求的短名单采购，进场必须是合格产品，每项材料均在进场后经过监理和建设单位代表的严格检查，并做抽检送具有资质的实验机构检验合格后才允许使用。其中配合比、钢筋、水泥、红砖都按规范要求进行检测合格后，方可使用。

（4）严格执行施工工序的“三检”制度。工程分项管理严格遵循“三检制”，做到自检、互检、交接检。实现了单位工程验收合格率100%，分项工程验收合格率100%，受检焊接接头一检合格率98.3%。

4.3 合理布置施工顺序

工程各专业之间的交叉作业，会给施工带来一定难度。这就必须从总体考虑，做到全面协调、合理安排，确定先后顺序并合理协调施工的条件，以及各工种的相互配合、协作，化解矛盾，满足施工进度的要求。施工顺序总的原则是：先地上、后地下；先土建、后安装；先设备管道、后电气热控、最后调试保温。以工程关键线路为主线，以满足施工安全为前提，对各专业、各单位工程的施工顺序进行合理规划。

4.4 加强场地规划，充分利用空闲场地

与采购部门和项目部材料部门及时沟通，掌握工程材料、设备到货时间，提前做好材料入库的准备；在保证车辆、人员安全通道不被占用的前提下，首要满足重点专业的材料、半成品暂存场地。另外，主要的预制工作在业主提供的预制场地内完成，预制成半成品运至现场立即进行安装，最大程度地减少现场空闲地小对施工的影响。

4.5 加强现场调度，确保文明施工

项目部由专人负责现场调度，在项目经理、施工经理和HSE 经理直接领导下，负责现场场地协调、施工车辆进出、各专业设备材料堆放等协调管理（各设备到场后尽量直接就位于设备基础上）；指定各专业施工队卫生责任包干片区，并与项目HSE 管理人员共同监督实施，确保现场施工井井有条、文明有序。

4.6 做好季节性施工的防护工作

根据现场场地及施工安排，采取切实可行的保温防冻措施及道路、工作面的防滑措施等，确保冬季正常的施工生产，并确保结构工程钢筋砼施工质量，防止发生安全事故。

目前我国二氧化碳捕集能力仅为每年300 万t，2007～2019 年累积二氧化碳封存量仅200 万t。预计到2050 年，CCUS 技术可提供每年11 亿～27 亿t 二氧化碳规模减排贡献。十四化建在国华锦界15 万t/ a 燃烧后二氧化碳捕集和封存全流程示范项目的优异表现表明，化工建设企业有经验、有能力完成任何与二氧化碳减排相关的工程项目，也必将在国家实现“双碳”目标的进程中做出更大的贡献。