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2040年世界水泥工業(yè)CO2零排放路線圖

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2017-11-09  來(lái)源:中國(guó)混凝土網(wǎng)  作者:高長(zhǎng)明
核心提示:水泥工業(yè)是全球工業(yè)CO2排放的大戶之一,約占總量的5%,負(fù)有義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。近10多年來(lái),在聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、世界企業(yè)可持續(xù)發(fā)展理事會(huì)(WBCSD)、世界水泥可持續(xù)發(fā)展倡議(CSI)、國(guó)際能源署(IEA)、歐洲水泥科學(xué)研究院(ECRA)等,以及各國(guó)的許多研究機(jī)構(gòu)和大型跨國(guó)水泥集團(tuán)諸多投入的科技研發(fā)工作之下,逐步取得了一些水泥工業(yè)CO2減排的階段性成果,并且研發(fā)了若干或有突破性前景的新技術(shù)。筆者經(jīng)歷近10年的跟蹤搜查各方面大量有關(guān)信息和文獻(xiàn)資料,綜合水泥工業(yè)科技發(fā)展趨勢(shì),潛心分析研究,慎審

1994年《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》正式生效,標(biāo)志著世界各國(guó)對(duì)控制和減少CO2排放的議題達(dá)成了一項(xiàng)劃時(shí)代的共識(shí),并愿意共同努力付諸于行動(dòng)。2005和2015年《京都協(xié)定書(shū)》和《巴黎協(xié)定》又先后正式生效,表明人類面對(duì)日益嚴(yán)峻的氣候變化趨勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn),加緊了全球CO2減排的目標(biāo)和進(jìn)度。世界各國(guó)各行各業(yè)都要行動(dòng)起來(lái),團(tuán)結(jié)協(xié)作,維護(hù)好人類的共同家園——地球可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。


水泥工業(yè)是全球工業(yè)CO2排放的大戶之一,約占總量的5%,負(fù)有義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。近10多年來(lái),在聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、世界企業(yè)可持續(xù)發(fā)展理事會(huì)(WBCSD)、世界水泥可持續(xù)發(fā)展倡議(CSI)、國(guó)際能源署(IEA)、歐洲水泥科學(xué)研究院(ECRA)等,以及各國(guó)的許多研究機(jī)構(gòu)和大型跨國(guó)水泥集團(tuán)諸多投入的科技研發(fā)工作之下,逐步取得了一些水泥工業(yè)CO2減排的階段性成果,并且研發(fā)了若干或有突破性前景的新技術(shù)。筆者經(jīng)歷近10年的跟蹤搜查各方面大量有關(guān)信息和文獻(xiàn)資料,綜合水泥工業(yè)科技發(fā)展趨勢(shì),潛心分析研究,慎審甄別和預(yù)測(cè),撰寫(xiě)成此文,以饗業(yè)界同仁和讀者諸君。


可以預(yù)計(jì),按本文路線圖逐步推進(jìn),2040年世界水泥工業(yè)有望基本實(shí)現(xiàn)CO2零排放目標(biāo)。當(dāng)然各國(guó)之間因其經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度和政治理念的差異懸殊,其水泥工業(yè)CO2減排的程度也會(huì)相應(yīng)地大有區(qū)別。但總體而言,屆時(shí)發(fā)達(dá)國(guó)家、水泥強(qiáng)國(guó)(包含中國(guó))大都可以基本達(dá)到CO2零排放,即CO2減排接近100%,廣大新興國(guó)家大都將減排40~70%,一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水泥工業(yè)較后進(jìn)的國(guó)家大都將減排10~30%。


茲將該路線圖的技術(shù)措施、實(shí)施途徑和研發(fā)課題等闡述之,歡迎研討指正。


1.研發(fā)推廣低碳低鈣新品種水泥,逐步減少傳統(tǒng)波特蘭水泥(OPC)的用量占比


現(xiàn)今世界各國(guó)水泥工業(yè)生產(chǎn)和使用的絕大多數(shù)都是OPC,約占水泥總量的90%以上。眾所周知,ISO國(guó)際水泥標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)水泥ASTMC150標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)和歐盟水泥EU(DIN)EN197標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)水泥BSEN197標(biāo)準(zhǔn)、日本水泥JISR5210標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)水泥GB175標(biāo)準(zhǔn)等等,全部屬于OPC范疇。傳統(tǒng)OPC是高碳高鈣的水泥,目前世界OPC總平均熟料熱耗3510MJ/t.cl.(噸熟料,下同)、生料耗1.56t/t.cl.、石灰飽和系數(shù)LSF98時(shí),其碳足跡為842kgCO2/t.cl.,其中石灰石原料中碳酸鈣分解釋放的CO2為536kgCO2/t.cl.,占全窯廢氣中CO2總排量的63.7%,全窯燃煤產(chǎn)生的CO2為306kg/t.cl.,占總量的36,3%。


OPC熟料的鈣含量高,其煆燒溫度須1450~15000C,單位熟料耗煤較多,燃煤產(chǎn)生的CO2也較多。更主要的是高鈣原料中的碳酸鈣含量高,其分解排放的CO2比燃煤的高出一倍。為此,研發(fā)推廣應(yīng)用低碳低鈣的,但又與OPC具有相同品質(zhì)性能的另外一些類型的水泥,是水泥工業(yè)CO2減排的一個(gè)有效途徑。況且兩者在工藝過(guò)程和技術(shù)裝備方面的變更也不多,比較經(jīng)濟(jì)可行。


現(xiàn)今已經(jīng)研發(fā)成功正在推廣完善的新類型水泥主要有以下5種:


1.1貝利特Belite水泥


貝利特水泥的生產(chǎn)技術(shù)已很成熟可靠,可以工業(yè)生產(chǎn)。OPC熟料的石灰飽和系數(shù)LSF為94-102,C3S含量60-70%,、熟料煆燒溫度須1450~15000C;而貝利特熟料的LSF為80-85,C3S含量很少,C2S含量可達(dá)90%,熟料煅燒溫度僅為13500C。每生產(chǎn)一噸貝利特熟料和OPC熟料相比總體將減排CO2約40Kg.。但貝利特熟料的易磨性差,粉磨水泥的單位電耗較高,扣除這一間接增排CO2的負(fù)面影響后,噸貝利特水泥大致可以比OPC的少排CO220kg左右。另外貝利特水泥的早期強(qiáng)度發(fā)展較慢,尚待改進(jìn)。我國(guó)Sinoma對(duì)貝利特水泥的研制和推廣工作已獲國(guó)際關(guān)注與認(rèn)可。


最近德國(guó)創(chuàng)新了一種謂之Sol-gel方法,即液化熱力工藝(HydrothermalProcesses),在600-9000C條件下生產(chǎn)高活性貝利特熟料,有望大幅削減碳足跡。該方法尚處于實(shí)驗(yàn)室研制階段,正在繼續(xù)探索之中。


1.2硫鋁酸鹽水泥CSA


上世紀(jì)七十年代開(kāi)始,中國(guó)就研制了多種硫鋁酸鹽水泥,其熟料的礦物成分主要是C4A3S、C2S、C4AF、C12A7、C3A和C8AF2。CSA的煆燒溫度比OPC的降低150-200OC,CO2排放減少20-30%,水泥粉磨電耗減少20-30%。但CSA熟料需要較長(zhǎng)的急冷時(shí)間才能保持和穩(wěn)定貝利特硫鋁酸鈣Ternesite礦物的活性。又因C4A3S礦物的不穩(wěn)定性和硫在窯系統(tǒng)中的循環(huán)富集等因素,水泥窯系統(tǒng)可能比較容易發(fā)生結(jié)圈、結(jié)皮等故障。CSA采用礬土和硫化物為原料,將會(huì)增加生產(chǎn)成本。我國(guó)在綜合利用工業(yè)廢渣制造CSA方面進(jìn)行了不少研究,有關(guān)成果獲得國(guó)際首肯。2016年全球生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥約600萬(wàn)噸,其中80%產(chǎn)于中國(guó)。


1.3Solidia水泥(暫譯為索利底亞水泥)


采用硅灰石CaO-SiO2和/或矽鈣石3CaO-2SiO2為原料,在1200oC下解析出游離態(tài)Ca++離子,注入高壓CO2氣體,在20~600C養(yǎng)護(hù)24小時(shí),可生成具有100MPa耐壓強(qiáng)度耐腐蝕的碳酸鈣,謂之Solidia水泥,特別適用于生產(chǎn)預(yù)制水泥制品和構(gòu)件等。該項(xiàng)技術(shù)在歐洲已獲成功可以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。


Solidia水泥生產(chǎn)過(guò)程中排放CO2很少,而且在制成預(yù)制構(gòu)件時(shí),每噸Solidia水泥還可吸收固化200~300kgCO2,,其總計(jì)碳足跡比OPC的減少70%以上。用作原料的CO2主要來(lái)自火電廠的燃煤廢氣碳捕集(CCS)工序,亦屬碳捕集利用(CCSU)項(xiàng)目。唯其預(yù)制件的強(qiáng)度和耐腐蝕能力尚須長(zhǎng)期驗(yàn)證。另外,CO2的壓縮、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安全與成本等將影響Solidia水泥的推廣應(yīng)用。


1.4水化鋁酸鈣材料,現(xiàn)稱之謂Celitement(暫譯為西利特水泥)


西利特水泥是德國(guó)Karlsruhe理工學(xué)院研發(fā)的,其原料與OPC的大同小異,但石灰石可采用低品位低鈣的,其他粘土質(zhì)原料則基本相同。其生產(chǎn)過(guò)程主要有三個(gè)步驟:(1)石灰石分解生成CaO(2)鈣、硅、鋁和水在2000C、120bar條件下生成具有強(qiáng)度和耐腐蝕性的阿爾法C2SH膠凝材料(3)阿爾法C2SH烘干后與50%石英質(zhì)填充料一起在高壓振動(dòng)磨機(jī)中粉磨成微粉,即制成Celitement。


西利特水泥半工業(yè)化中試已獲成功,2012年獲“德國(guó)氣候環(huán)境IKU創(chuàng)新獎(jiǎng)”,其第一套工業(yè)規(guī)模裝置將于2018年投入試生產(chǎn)。預(yù)計(jì)其熟料單位熱耗約3150kJ/kg.cl.,與OPC的相同,但其碳足跡約為483kgCO2/t.cl.,僅為OPC的57%。唯其產(chǎn)能偏小,有待改進(jìn)提高,特別是水泥粉磨這個(gè)環(huán)節(jié)還有很多難關(guān)須克服。


1.5礦物聚合膠凝材料Geopolymers


1970年法國(guó)材料化學(xué)家JosephDavidovito發(fā)明了礦物聚合膠凝材料,在中國(guó)又稱其為堿激發(fā)或地聚膠凝材料。40多年來(lái),世界各國(guó)對(duì)它的研究一直“細(xì)水長(zhǎng)流”地進(jìn)行著。上世紀(jì)90年代中國(guó)學(xué)者開(kāi)始介入,較大地推進(jìn)了對(duì)礦物聚合膠凝材料的研究與應(yīng)用。因而在中國(guó)泥界,人們對(duì)它并不太陌生。


然而令人遺憾的是,礦物聚合膠凝材料至今仍未有較滿意的進(jìn)展,其產(chǎn)量和用量一直處于很低位,而且多用于非結(jié)構(gòu)性工程,例如舖設(shè)普通路面、制造一般管材和建筑物表面澆注噴塗等。近年西方有些研究人員相繼發(fā)表了若干不再看好礦物聚合膠凝材料的文章。但中國(guó)學(xué)者似乎并不認(rèn)同這種近于否定的觀點(diǎn),畢竟這類材料的生產(chǎn)能耗僅及OPC的40~60%,碳足跡也很低,還可以大量消納利用一些工業(yè)廢渣廢料,值得繼續(xù)堅(jiān)持研究探索。如果現(xiàn)在就排除掉它或有突破性進(jìn)展的可能性,顯然為時(shí)過(guò)早。這也是筆者之所以仍將其收列于此的主要理由。


1.6Aether低碳水泥


Aether水泥的礦物組成主要貝利特(55%)、硫鋁酸鈣(25%)和鐵鋁酸鈣(20%),熟料煆燒溫度13000C,其早期強(qiáng)度比貝利特水泥的高,易磨性卻較貝利特的好,兼有上述三種礦物的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用,其總計(jì)碳足跡比OPC減少30%左右。


2009年法國(guó)Lafarge公司與英國(guó)BRE混凝土研究院、波蘭建陶研究院合作,通過(guò)小型中試后,2012~2013年又分別在法國(guó)萊泰伊和勃艮第兩家水泥廠成功地完成了生產(chǎn)試驗(yàn)。生產(chǎn)了約10萬(wàn)噸Aether低碳水泥,進(jìn)而試用于各種工程實(shí)踐中并進(jìn)行了一系列全面的混凝土性能檢測(cè)與試驗(yàn),獲得較滿意效果,正擬逐步推廣中。


1.7在維持水泥品質(zhì)性能不變的前提下,研發(fā)推廣多用32.5低標(biāo)號(hào)水泥,少用52.5高標(biāo)號(hào)水泥


32.5水泥中的熟料耗用量少,加之其粉磨電耗也較低,故其碳足跡比52.5水泥的少。據(jù)德國(guó)VDZ2015年統(tǒng)計(jì),其32.5、42.5和52.5水泥的合計(jì)(熱耗+電耗)單位碳足跡依次為790、841和892kgCO2/t,即32.5水泥的合計(jì)單位碳排放比52.5水泥的低102kgCO2/t,減少11.4%。水泥的品質(zhì)性能主要是以能夠滿足各種工程的實(shí)際需求為準(zhǔn)則,而不在于其標(biāo)號(hào)的高低。未來(lái)混凝土技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是盡量采用低標(biāo)號(hào)水泥配制高性能混凝土。


另外為了科學(xué)地利用各種工業(yè)廢渣廢料,要大力開(kāi)展對(duì)其進(jìn)行深加工的研發(fā)工作,挖掘廢渣的膠凝活性,使其能發(fā)揮部分替代熟料的功能,兼用作混合材。這樣在水泥標(biāo)號(hào)相同的情況下,可摻用更多的混合材,降低熟料系數(shù),削減水泥的碳足跡。


所以應(yīng)該擴(kuò)大、提升、完善32.5水泥的品種及其標(biāo)準(zhǔn),使之逐漸增加32.5水泥的占比,相應(yīng)減少52.5水泥的占比。歐洲和南美諸國(guó)較早意識(shí)到這一點(diǎn),美日兩國(guó)雖然“覺(jué)悟”稍晚,但是現(xiàn)在都已扭轉(zhuǎn)了那些陳舊過(guò)時(shí)的概念,認(rèn)識(shí)到了水泥標(biāo)號(hào)并非越高越好,并已經(jīng)付諸了實(shí)際行動(dòng)。所以現(xiàn)今世界各國(guó)(除中國(guó)的特殊歷史遺留原因外)32.5水泥占比大都正在逐年上升,發(fā)展趨勢(shì)明顯。


2016年德國(guó)和歐盟新修訂了EUEN197水泥標(biāo)準(zhǔn),其中特地新增設(shè)了4個(gè)品種的32.5水泥。在大力研發(fā)推廣32.5水泥替代52.5水泥方面,德國(guó)走在世界前列,發(fā)揮了引領(lǐng)作用.。


2.從水泥窯廢氣中捕集CO2


現(xiàn)今世界各國(guó)正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、小規(guī)模中間試驗(yàn)、工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)的水泥窯廢氣碳捕集(CCS)研發(fā)項(xiàng)目多達(dá)20余項(xiàng)。茲將各種碳捕集方法分述之。


2.1化學(xué)吸收法


該法采用的化學(xué)吸收劑是鏈烷醇胺或單乙醇胺,也有用氨和碳酸鉀的,該法在火電廠和化工廠用以解吸燃煤廢氣中的CO2,技術(shù)較成熟,已在歐美逐漸應(yīng)用。


目前采用化學(xué)吸收法捕集碳正在進(jìn)行中試的水泥廠主要有:(1)2013年開(kāi)始,AkerSolution公司與Norcem公司合作在挪威Brevik水泥廠的一臺(tái)3200tpd窯上持續(xù)地進(jìn)行著生產(chǎn)試驗(yàn),窯廢氣中CO2含量18%(容積),其碳捕集能力已達(dá)40萬(wàn)t/a。(2)美國(guó)SanAntonio的Capitol水泥廠也正在進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)試驗(yàn),是SkyMine碳捕集大項(xiàng)目中一個(gè)子項(xiàng)。(3)加拿大Sask電廠與附近水泥廠的聯(lián)合捕碳中試工程項(xiàng)目即將建成,預(yù)計(jì)2017年底試生產(chǎn)。(4)歐洲某水泥廠擬采用氨和/或碳酸鉀為吸收劑的捕碳項(xiàng)目正在籌建中。


前期試驗(yàn)已揭示的難關(guān)是解吸CO2的能耗很高,將使水泥熟料的總能耗倍增,希望在這些中試過(guò)程中探求改進(jìn)解決之策。


2.2物理吸附法


在一定的溫度和壓力條件下,利用蛇紋石、橄欖石、硅灰石等為吸附劑,對(duì)水泥窯廢氣中的CO2進(jìn)行選擇性吸附,之后再調(diào)節(jié)改變條件將其所吸附的CO2解吸出來(lái),達(dá)到從窯廢氣中分離CO2的目的。因?yàn)檫@類礦物吸附劑的吸附效率不太高,一般每噸CO2須耗用2~3噸礦物原料,并產(chǎn)生不少的廢渣,大量原料的破碎和粉磨電耗較大。加之其解吸CO2的熱耗達(dá)3000MJ/t,相當(dāng)于2550MJ/t.cl.,即增加單位熟料熱耗80%。


吸附法捕碳的成本高,而且礦物原料的開(kāi)采量也很大,總體經(jīng)濟(jì)效益不盡如人意是其推廣應(yīng)用的主要障礙。


2.3膜分離技術(shù)捕集CO2


用以分離廢氣中CO2的膜材料有兩種,一種是無(wú)機(jī)陶瓷材料,利用不同氣體分子通過(guò)膜速度的差異將CO2分離出來(lái),謂之氣/氣分離。另一種膜是高分子聚合體材料,利用不同氣體分子在液體中擴(kuò)散速率的差異將CO2分離出來(lái),謂之氣/液分離。


膜分離技術(shù)具有投資少,能耗低,無(wú)廢渣產(chǎn)生,捕碳效率較高,維護(hù)方便,占地少等優(yōu)點(diǎn),在捕碳領(lǐng)域頗受關(guān)注。2017年初,在歐洲一水泥廠采用聚乙烯膜捕集CO2的中試已進(jìn)行了10個(gè)月,運(yùn)行了近6000小時(shí),捕碳率達(dá)60~70%,部分廢氣循環(huán)作業(yè)時(shí)可達(dá)80%。因整套捕碳裝置電耗較高,其捕碳成本為50~60歐元每噸CO2,尚須改進(jìn)。


我國(guó)大連化學(xué)物理研究所在膜分離CO2技術(shù)領(lǐng)域已獲較大進(jìn)展和成果,引起國(guó)內(nèi)不少熱電廠和化工廠的關(guān)注。


2.4鈣循環(huán)法捕集CO2


在水泥窯下游設(shè)置一臺(tái)碳酸化反應(yīng)器,喂入石灰CaO使之與由水泥窯來(lái)的富含CO2的廢氣發(fā)生放熱反應(yīng)生成碳酸鈣CaCO3,再將該碳酸鈣喂入另一臺(tái)熱力反應(yīng)器中,使其加熱分解還原成CaO和較純凈的CO2。然后將兩者進(jìn)行固氣分離,獲得較純凈的CO2。CaO則返回到碳酸化反應(yīng)器循環(huán)使用。熱力反應(yīng)器猶如分解爐,唯其燃燒廢氣的溫度比水泥窯系統(tǒng)的高4000C左右,故其余熱發(fā)電量也多得多。


采用此法時(shí)往往因各水泥廠的具體情況或需求的不同,其選用的流程和裝備可能不盡相同,但其基本原理是一致的。


現(xiàn)今采用鈣循環(huán)捕集CO2主要有:(1)進(jìn)行不間斷中試的有兩家,一是丹麥哥本哈根理工學(xué)院與FLSmidth公司在其Dania中試廠的合作項(xiàng)目,始于2011年。另一家是英國(guó)皇家科學(xué)院的項(xiàng)目,始于2012年。(2)中試已結(jié)束并提交了研究試驗(yàn)報(bào)告的有一家,即德國(guó)VDZ與IKF水泥廠的合作項(xiàng)目(2010~2013)。(3)仍在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的也有兩家,一是西班牙的TUDarmstadt水泥廠,始于2008年。另一家是中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)泥ITRI的花蓮水泥廠,始于2009年,該項(xiàng)目曾獲國(guó)際能源署頒發(fā)的2014年“世界100大科技研發(fā)獎(jiǎng)”。


鈣循環(huán)法捕集CO2,,,在工藝和裝備等全套技術(shù)方面進(jìn)行了較長(zhǎng)期大量的研發(fā)工作,相對(duì)于其他方法較為成熟。經(jīng)濟(jì)方面,雖然其耗用熱能很高,單位熟料熱耗高達(dá)原來(lái)的2~2.5倍,但其余熱發(fā)電量卻可足以彌補(bǔ)熟料生產(chǎn)的全部電耗還有余,最主要的是其捕碳率可達(dá)90%或更高,因而該法比較吸引眼球。


以上所述從水泥窯廢氣中捕碳的各種方法均屬于燃料燃燒后捕集。另外還有一種是燃料燃燒前捕集,這在火電廠和化工廠有正在研發(fā)試驗(yàn)的項(xiàng)目。因水泥窯有約2/3的CO2是在燃料燃燒后才釋放出來(lái)的,故燃燒前捕碳對(duì)水泥廠不適用,不贅述。


3.水泥窯富氧煆燒捕集CO2


利用空氣分離器先將空氣中的氮?dú)釴2和氧氣O2分離,獲取較高濃度的氧氣,將其通入窯頭助燃,謂之水泥窯局部富氧煆燒;如果將其同時(shí)通入窯頭和分解爐替代全部空氣則謂之全部富氧煆燒。這樣水泥窯廢氣中的CO2濃度就可能提高到80%。然后采用上述燃燒后捕碳方法可以獲得更純凈的CO2。


富氧煆燒的操作要點(diǎn)是,尋求和維持窯系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)和礦物反應(yīng)所須的總能量與窯廢氣和熟料帶出的總熱焓之間的平衡和優(yōu)化,為此可以將一部分窯廢氣組成循環(huán)回路,用以準(zhǔn)確調(diào)控窯內(nèi)火熖溫度和熟料煆燒溫度,確保窯系統(tǒng)各項(xiàng)操作參數(shù)的平衡。


在堵絕漏風(fēng)的前提下,全部富氧煆燒可捕集到水泥窯廢氣中90~99%的CO2,局部富氧煆燒的則可達(dá)55~75%,視替代空氣用的富氧氣體中的O2濃度之不同而異。


2006年以來(lái),(1)世界已經(jīng)完成水泥窯富氧煆燒捕碳研發(fā)并申請(qǐng)了專利的有KHD、Polysius、FivesFCB、Lafarge、AirLiquide五家公司;(2)已提交研發(fā)報(bào)告的有TUHH、IEAGHG、ECRACCS“第1~3階段”等三家研究機(jī)構(gòu);(3)仍在繼續(xù)研發(fā)的有哥倫比亞國(guó)立大學(xué)、ECRACCS“第4階段”等兩家。我國(guó)有些水泥廠近年也開(kāi)展了若干局部富氧煆燒方面的試驗(yàn)。


水泥窯富氧煆燒捕碳研發(fā)工作,目前的進(jìn)展情況是,雖然其可以捕集到幾乎全部水泥窯系統(tǒng)廢氣中的CO2,唯單位熟料的電耗將倍增。但因其捕集的CO2純凈,加之其整套系統(tǒng)還有較大的改進(jìn)提升的空間,故值得繼續(xù)研發(fā)。ECRA正籌建一套中等規(guī)模的中試裝置,將在2020年前投入試生產(chǎn),希望2025年可以推向市場(chǎng)投入工業(yè)應(yīng)用。


4.碳捕集和利用CCSU


水泥、火電、化工等行業(yè)從各自廢氣中所捕集的CO2,因其濃度和純凈度的差異,或因經(jīng)過(guò)不同的再加工程序,獲得不同品質(zhì)的商品CO2,可分別適用于不同領(lǐng)域之需。


值得一提的是,臺(tái)泥花蓮水泥廠通過(guò)小型中試已成功利用藻類在光合作用中吸取CO2制成高附加值的化妝品原料蝦紅素?,F(xiàn)正籌建一20公頃(400x500m2)的藻類光合池,吸取CO24800t/a,相當(dāng)于單位CO2所須光合池面積為41.7m2/t.a,可以產(chǎn)出相當(dāng)數(shù)量的蝦紅素,經(jīng)濟(jì)效益可期。


其他例如,利用海藻光合作用吸取CO2制造生物汽油;CO2加高壓H2制造甲烷或甲醇;CO2與氨NH3合成尿素、甲酸或高分子聚合材料;純凈CO2用于啤酒和食品生產(chǎn);高壓CO2注入石油廢井,既可提高油井開(kāi)采率又能將CO2安全儲(chǔ)存在廢油井中,以備后用;諸此等等,研發(fā)項(xiàng)目繁多,不勝枚舉。然而,目前這些研發(fā)項(xiàng)目與水泥工業(yè)尚無(wú)直接關(guān)系,僅此一表。


今年(2017)中國(guó)海螺團(tuán)集投資RMB5000萬(wàn),正在安徽白馬山水泥廠新建一套每年捕集純化CO25萬(wàn)噸的中試裝置,首開(kāi)了中國(guó)水泥工業(yè)CCS的先河。估算到2030年該項(xiàng)投資空間的需求將達(dá)RMB3200億,減排CO2約4億t/a。


總之,世界水泥工業(yè)CO2的零排放,筆者是懷著充分的信心憧憬著這一愿景的早日實(shí)現(xiàn)。這也是世界水泥工業(yè)的一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的艱巨任務(wù)?,F(xiàn)今已經(jīng)曙光初顯,只要我們堅(jiān)持不懈地努力研發(fā),相信在2040~2050年間實(shí)現(xiàn)這一夙愿,達(dá)到水泥工業(yè)CO2零排放的目標(biāo)是可行的,是可以實(shí)現(xiàn)的!


 
 
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