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五、重点任务
(一)解决一批基础科学理论问题
新一代高效低能耗的CO2捕集技术基础研究:吸收剂的分子设计、模拟技术及其与CO2化学反应基础;新型捕集机理与材料的构效关系;燃烧前捕集的工艺过程与捕集能耗、系统稳定的构效关系;富CO2气氛下燃烧稳定和污染物形成的理论;化学链燃烧技术、膜吸收/解吸技术、硫碳一体化捕集分离技术探索。
规模化CO2管道输送基础研究:CO2在不同相态及相态转换下的水力及热力模型;长距离CO2管道输送水合物控制技术;CO2管道输送全尺寸模拟中试装置建设及试验;CO2管输数值模拟软件开发与应用;CO2输送工艺参数优化设计方法;CO2输送管线及站场安全监测方法。
CO2驱油利用与封存基础研究:油气藏及相关地质体CO2埋存机理及潜力评价方法;油藏及相关地质体CO2埋存安全性评价及监控;多孔介质中CO2地层油体系相态理论与数值模拟;CO2驱油中的渗流力学理论;CO2埋存和提高采收率工程技术与方法。
CO2驱煤层气利用与封存基础研究:多元气体与煤岩的相互作用理论及模拟方法;场地筛选、性能评价与优化设计方法。
CO2转化利用基础研究:CO2碳氧资源协同转化的高效催化机理与原子经济反应路径设计;CO2光/电/生物协同转化的耦合机制与放大规律;工业固废/天然矿物纳微尺度活化机理与碳酸化矿化过程强化机制;地下赋存的富含钙、镁、铁、钾、铀等元素的天然易反应矿物与CO2的反应机理。
CO2地质封存的长期安全性基础理论:CO2作用下地层传输特性演化机理;封存地层长期封闭性和稳定性的演化规律及其主控因素;多尺度物质运移-化学反应-力学响应耦合理论;封存场地选址、封存有效性与安全性评价方法。
二氧化碳捕集、运输、利用及封存系统的环境影响评估与风险控制等基础研究。
(二)突破一批核心关键技术
1. 大规模、低能耗燃烧后CO2捕集技术
高效低能耗的CO2吸收剂和捕集材料开发:研发适合于燃煤电厂烟气脱碳的高吸收性能和低再生能耗的混合胺及其它新型化学吸收剂;研发适合于燃烧后的新型吸附和膜分离材料,开展中试验证。
新型捕集工艺技术开发:研发并优化新型吸收剂和其它捕集材料工艺,重点示范高性能吸收剂、吸附剂及其它捕集材料的长期稳定性,同时研究与其匹配的大型捕集专有设备和集成工艺技术;设备和工艺的长期适应性;评估捕集能耗、成本等关键指标,完善形成大型化的过程工艺包。
高效低能耗的CO2捕集设备研制和系统集成研究:开发和研制CO2吸收、吸附、膜分离的高效设备,包括高效填料、气液分布器、膜反应器等;研究反应器结构、尺寸、溶剂性质与捕集效率的关系,开发核心设备的设计与放大关键技术;研究燃烧后捕集的蒸汽热系统与超(超)临界锅炉的蒸汽、烟气系统的耦合优化设计方法,开展捕集系统与电厂系统集成耦合示范。
2. 燃烧前捕集技术
燃烧前低能耗CO2捕集技术:研发燃料燃烧前高效转化与CO2捕集的耦合技术,包括燃烧前富集CO2的合成燃料制备技术、适合高浓度CO2燃料气的CO2分离技术、反应分离一体化的低能耗CO2捕集技术;研究燃烧前燃料转化与CO2捕集耦合反应过程的催化剂与反应器设计,及关键过程的实验验证。
低能耗捕集CO2的系统集成技术:建立技术、经济与技术路线多层面的能源动力系统综合分析与评价方法,提出燃料化学能梯级利用与低能耗捕集CO2一体化的能源动力系统集成原则;研究新型气化、化学链燃烧、燃料合成、富氧燃烧等的燃料转化与CO2捕集耦合方法,提出低能耗、低成本燃烧前捕集CO2的新型能源动力系统。
3. 富氧燃烧富集CO2技术
富氧燃烧装备放大及系统集成技术:研究富氧燃烧的放大理论和设计原理;研发富氧燃烧锅炉、燃烧系统、冷凝器等关键装备;研究富氧燃烧全流程系统集成优化技术,通过热耦合设计显著降低系统的综合成本;研究富氧燃烧热力系统动态特性及其调节控制等。
富氧燃烧用大型空分和压缩纯化技术:研发适合于富氧燃烧参数需求和变工况特性要求的大型深冷空分技术;探索新型的低能耗制氧技术,研发适合于富氧燃烧烟气特点的压缩纯化技术;降低运行成本,形成相应的国产化配套能力。
煤基化学链燃烧技术:研究煤基化学链燃烧的反应强化和热质传递调控技术、低成本批量制备载氧体技术、煤基化学链燃烧系统集成优化技术。
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