技术 | 水泥行业首条烟气CO?捕集纯化(CCS)技术的研究与应用

引言

水泥是国民经济的重要支柱产业，城市化进程与经济的快速发展离不开水泥工业的贡献，但同时也带来了不可忽视的环境问题，水泥行业因其产量巨大而成为能耗和大气污染的重点控制对象。

根据国际能源署最新发布数据，2017年全球碳排放总量已达325亿t，其中火电CO?排放占总排放的40％，水泥CO?排放占总排放的7.5％。因此研究水泥厂CO?捕集纯化技术，对水泥行业CO?减排具有重要意义。

01

主要工艺技术开发和研究

白马山水泥厂CCS示范项目主要由海螺集团与大连理工大学进行产学研合作，联合开展技术开发工作，对捕集纯化方法进行研究。

1.1 脱硫脱硝除尘的研究

水泥生产线窑尾烟气成分较为复杂，为了进一步提高CO?的捕集和纯化，首先对废气中的其他杂质成分进行脱除，烟气中杂质成分见表1。

表1 窑尾烟气杂质成分情况

通过对废气成分的分析，采用保碳脱硫脱硝除尘技术进行杂质的脱除，主要流程如图1。

图1 窑尾烟气杂质处理流程

废气先经过初步脱水、压缩、除尘、脱硫、脱硝后进入下一步的吸收塔，采用水洗和固体脱硫吸收的方法，可以将SO?和NOx去除，在此过程中，粉尘会一同被分离。

1.2 吸收纯化方法的研究

目前，CO?捕集回收技术主要有化学吸收、物理吸收、变压吸附等方法，但本项目由于尾气的压力低、CO?含量相对较低，物理吸收和变压吸附不适合本项目低分压尾气吸收，白马山水泥厂窑尾烟气CO?浓度等情况如表2。

表2 窑尾烟气气体情况

通过表2可以看出，废气成分中CO?浓度为22.0%左右，含量较低，且烟气的压力仅为-100Pa，成分较为复杂，不利于CO?的捕集和纯化，通过较为先进和成熟的吸附方法，将CO?捕集提取出来。

有机胺吸收工艺实现工业化后成为工业净化的主要方法之一，是以胺类化合物吸收CO?的方法，与其它方法相比具有吸收量大、吸收效果好、成本低、可循环使用并能回收到高纯度产品的特点而得到广泛应用。

1.3 主要工艺流程

从水泥窑尾收尘器排风机出口与烟囱之间的管道引出窑尾烟气部分气体，进口温度为90℃左右，经冷却分水、稳压后进入脱硫床，用固体脱硫剂净化气态硫化物，再进入干燥床，用固体干燥剂彻底脱水。脱出硫化物和水的气流再分成两股，一股是3.0万t食品级物流，进入吸附床进一步用固体吸附剂脱除磷、砷、汞、NO等杂质；再被冷冻机降温液化，进入精馏塔，塔底得到纯度为99.99%以上的食品级CO?产品，经贮存后装车出厂。CO?捕集纯化工艺系统流程见图2。

图2 CO?捕集纯化工艺系统流程工艺图

02

主要成果及经济技术指标

利用白马山水泥厂5000t/d预分解窑熟料生产线捕集纯化CO?， 建设年产5万tCO?捕集装置， 目前该项目已经建成并连续运转投产(见图3)，从目前系统运行情况来看， 生产工业级COz，每小时产量为工业级6.5t，纯度达到99.95%，已实现产销平衡，真正做到了CO?的减量化和资源化利用。

图3 白马山水泥厂二氧化碳捕集及纯化利用项目

03

结束语

水泥窑烟气CO? 捕集纯化示范项目将CCS技术同水泥传统产业相结合，通过利用技术手段把窑尾废气中CO?进行“捕捉”，提纯达到工业级和食品级CO?要求后转化为产品，满足生产、生活需要，既减少了CO?排入大气产生温室效应，又减少了传统CO?开采和生产过程中对资源的浪费和对环境的破坏。

海螺集团水泥窑烟气CO?捕集纯化示范项目开创了世界水泥工业回收利用CO?的先河，捕集纯化的二氧化碳可以作为灭火剂、保护焊接等下游产业的原料，真正开辟了一条变废为宝的新途径，形成新的绿色低碳产业体系。示范项目的建成对控制和减缓全国乃至全球水泥行业CO?排放都具有较大的引领和示范作用，为全球“应对气候变化”战略贡献力量。