CCUS指的是二氧化碳的捕集、运输、利用与封存，整个流程环环相扣：先将工业排放或大气中的 CO₂ 捕集分离出来，再经运输送往利用或封存点，最终用于工业过程或注入地层实现永久封存。

以下是各主要环节的工艺流程细节：

环节一：CO₂ 捕集

目前主流的捕集路线主要有三种：

1、燃烧后捕集

这是当前火电厂和工业企业应用最广泛的技术，尤其适用于对现役机组进行改造。

（1）预处理阶段：经脱硫脱硝后的烟气进入直接接触冷却器（DCC），进一步脱除硫化物、氮氧化物等杂质。

（2）吸收阶段：从吸收塔底部进入，吸收液（常用单乙醇胺、甲基二乙醇胺等醇胺溶液）从塔顶喷淋而下，气液逆流接触。CO₂与碱性吸收液发生化学反应生成富液。

（3）解吸再生阶段：富液经泵送至解吸塔，由再沸器加热至100~120℃，反应逆向进行，解析出高浓度CO₂。脱碳后的贫液循环回吸收塔，能耗主要集中在这一步。

（4）提纯压缩：解析出的CO₂经冷却、气液分离，去除水分后进入压缩机升压至超临界态（压力高于7.38MPa），再用精馏塔进一步提纯，去除残余的O₂、N₂、CO等不凝气体，得到纯度超99%的CO₂产品，送入储罐待运

最新进展：全球最大煤电碳捕集示范工程（华能正宁，150万吨/年），首次实现了复合式吸收塔"二塔合一"设计，并采用自主研发的新型吸收溶剂，使整体能耗大幅降低。

2、燃烧前捕集：

在燃料燃烧之前进行CO₂分离，适用于新建的大型煤电或煤化工项目。

（1）气化反应：煤炭在高温、高压下与氧气、水蒸气反应，生成以CO和H₂为主的合成气。

（2）水煤气变换：合成气中的CO与水蒸气催化反应，转化为高浓度CO₂和H₂混合气。

（3）CO₂分离：利用物理吸收法（如低温甲醇洗法Selexol/NHD工艺），在高压下选择性吸收CO₂，通过降压实现溶剂再生，再生能耗远低于化学吸收法：分离出的氢气可作为清洁燃料使用。

（5）净化与压缩：分离出的CO₂再经脱水、压缩和液化提纯，达到产品规格。

该技术路线已在华能天津IGCC绿色煤电示范项目成功验证，但系统整体稳定性对燃气轮机等关键设备要求较高

3、富氧燃烧捕集

用高浓度氧气替代空气参与燃烧，使烟气中CO₂浓度大幅提升。

（1）空气分离制氧：通过空分装置分离空气中的O₂和N₂，制取富氧/纯氧。

（2）燃烧与CO₂循环：将纯氧与CO₂（代替N₂作稀释剂）混合送入锅炉，与燃料一起燃烧，燃烧后的尾气CO₂浓度高达95%以上。

（3）压缩与净化：高浓度CO₂可直接进行压缩、脱水，经液化精馏后得到高纯度产品。

（4）CO₂再循环：部分燃烧尾气经冷却、除尘后循环回到锅炉入口，控制燃烧温度。

该技术因空分制氧环节能耗较大，在当前电价条件下经济性尚未占据优势，主要在华中科技大学3.5万千瓦富氧燃烧等示范项目中验证。

环节二：CO₂ 运输

CO₂从捕集点到利用或封存点，根据距离、地形和规模选择合适的运输方式。四种运输方式对比如下：

国内最新的项目：胜利油田百万吨级CCUS工程将齐鲁石化捕集的CO₂，通过长约110公里专用管道输送至胜利油田进行驱油封存，百万吨级CCUS管线全面贯通。华能正宁项目创新研制出我国首台超临界八级整体齿轮式压缩机，填补了国内超临界管输装备空白，总重量减少20%，效率提升10%，每吨CO₂压缩可节约10度电。

环节三：CO₂ 利用

将CO₂作为原料，在不同领域创造经济价值的同时实现碳减排。

1、化工与能源利用：CO₂提高石油采收率是目前规模最大、商业化较成熟的利用途径。基本原理如下：

（1）注入超临界CO₂（压力大于7.38MPa、温度高于31.1℃），密度接近液体但黏度类似气体，可进入岩石的微细孔隙中。

（2）当注入压力达到混相压力后（胜利油田项目实测达40MPa），CO₂与原油互溶为一体，粘度降低、流动性提高，从而有效驱替原本难以采出的石油。

（3）同时利用CO₂的膨胀作用补充地层能量，进一步提高采收率。

胜利油田全流程示范工程实施后，驱油效率比常规水驱提高约40%，石油采收率提升7至20个百分点，单井封存CO₂达20万吨/年。陕煤-长庆油田项目驱油级CO₂源自宁夏煤化工厂，注入长庆油田后采收率提升15%以上，工业级产品则用于煤矿井下灭火，替代传统惰性气体降低火灾风险。

2.建材与矿化利用

将CO₂与工业固废（如钢渣、电石渣）进行化学链矿化反应，生成稳定的碳酸盐矿物，制成的负碳建材可实现零废水、零废气、零废渣排放。华能正宁项目将捕集的CO₂直接用于矿化建材生产.

（1）化工合成：通过催化反应，将CO₂转化为甲醇、甲烷、甲酸等高价值化学品，除碳减排外还可作为化工原料使用。

（2）生物转化：利用工程微生物将CO₂转化为更高附加值的产品。我国科研团队已成功构建新型碳固定路径，固碳效率提升约10倍。

（3）绿色燃料合成：电解水产生的氢气与CO₂进行催化加氢，合成甲醇或直接合成汽油、柴油等燃料。

全球CO₂利用市场规模正快速增长，2025年已达约32.8亿美元，预计到2029年扩大至约55.7亿美元。

环节四：CO₂ 地质封存

这是CCUS产业链的最后一环，将CO₂永久隔离于地下。

主要封存场所与原理:

截至2025年底，我国已与全球同步实现了全链条百万吨级深部咸水层封存的全产业链贯通

主要封存技术路线:

深部咸水层封存是最具规模化前景的路径，技术上已取得关键突破：

（1）地层筛选：优选地下800米以下、具备良好圈闭构造和封闭性的咸水层。黑龙江省林甸评价显示，该地区CO₂有效封存量达11.5亿吨。

（2）注入前预处理：CO₂经压缩机增压至超临界状态（约10~20MPa），采用天然气储运管柱材料确保井下密封。

（3）多层注入技术：采用"CO₂-水混合注入"双管工艺，注入深度2000米至3500米的3~4个地层，单井年封存能力可达20万吨，华能正宁项目实现了该技术的国内首创应用。

（4）全生命周期监测：配备"空-天-地-井"一体化监测系统，通过卫星遥感、地面监测站、地下井网等多种手段对封存效果进行长期追踪，确保安全不漏。

国内首个"CO₂-水"双管混合注入试验已于近期在黑龙江省林甸完成，试验证实注入后CO₂发生了明显的水-岩反应，为百万吨级规模注入提供了技术储备。

总结

CCUS的核心可以分为"捕、运、用、封"四个关键环节，是一项高度集成的系统工程。当前，中国已拥有全球规模最大、产业链最完整的CCUS产业化链条，并且在能耗降低、碳捕集率提高、全流程一体化等方面实现了多维度突破。随着成本持续下降、政策配套不断完善、新技术路线不断涌现，CCUS将成为碳中和目标中不可或缺的关键基础技术。