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金峰:海螺水泥窑烟气二氧化碳捕集纯化项目介绍

作者:匿名

为突破行业在二氧化碳方面的环保掣肘,海螺水泥近年来不断加大投入研究碳减排,于芜湖白马山水泥厂建成了一套水泥窑烟气碳捕集纯化示范线,开创了世界水泥行业回收利用CO2的先河,对水泥行业碳减排具有引领和示范效应,引起全行业的全行业的关注。

   联合国气候部门发声:全球变暖形势严峻,节能减排刻不容缓!温室效应不断积累,海平面逐年上升威胁人类家园的可持续生存。正如我们所知,二氧化碳是造成温室效应的罪魁祸首之一。作为CO2排放的主要贡献者,水泥行业的碳排放情况不容乐观!据了解生产1吨熟料排放CO2 0.86吨,占整个CO2排放的5%!

  为突破行业在二氧化碳方面的环保掣肘,海螺水泥近年来不断加大投入研究碳减排,于芜湖白马山水泥厂建成了一套水泥窑烟气碳捕集纯化示范线,开创了世界水泥行业回收利用CO2的先河,对水泥行业碳减排具有引领和示范效应,引起全行业的全行业的关注。2019年10月29-31日,由中国水泥网主办的第七届“中国水泥节能环保技术交流大会”在安徽芜湖召开。会议上海螺水泥白马山水泥厂金峰带来《水泥窑烟气二氧化碳捕集纯化项目简介》的主题报告,向大家详细解读海螺水泥近年来在碳减排方面的创新突破。

CCS示范项目全貌图

  一、碳捕集示范项目及背景

  1. 温室效应对全球气候影响巨大,造成海平面上升,影响人类生存,CO2是温室效应的主要贡献者。CO2减排是减缓温室效应的主要措施。《巴黎协定》对2020年后全球应对气候变化行动作出安排:

  (1)把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内,并为把升温控制在1.5℃之内努力。

  (2)全球尽快实现温室气体排放达到峰值,继而于本世纪下半叶实现温室气体净零排放。

  2.世界上煤化工和燃煤电站对CO2捕集有多年的工业化实例,但水泥行业尚无先例。

  3.水泥行业是CO2排放的主要贡献者,生产1吨熟料排放CO20.86吨,占整个CO2排放的5%。

  海螺作为水泥行业大企业,努力为水泥行业CO2减排做出积极探索和贡献。

  中国碳排放情况:

  碳排放-海螺水泥的绿色低碳发展之路:

  (1)、应用余热发电技术,大幅度降低碳排放。2018年海螺集团生产线共运行了112套余热发电机组,总装机容量达1399兆瓦,全年累计发电82.79亿度,相当于减排CO2795万吨。

  (2)、大力发展清洁能源和循环经济。集团公司充分利用太阳能、风能等清洁能源,积极推广水泥窑协同处置固废、垃圾焚烧发电项目。

  建成投运9个光伏发电项目(合计容量98.68MW)、2个储能电站项目(44MWh)及1个风力发电项目(1.5MW);建成投运32个水泥窑协同处置项目,年处理生活垃圾201万吨、固废危废128万吨、污泥16万吨;建成投运11个垃圾发电项目,年处理垃圾153万吨,发电49484万度。

  同时,从全国碳交易市场看,自2016年以来,海螺碳排放系数逐年降低,碳减排水平逐年提高。碳交易试点方面,在广东、重庆两地区有8家子公司纳入碳交易范畴。自试点交易以来,8家公司在生产中努力降低碳排放,并获得碳配额盈余。除如期履约外,还累计获得碳配额交易收益2000万元。

  在芜湖白马山水泥厂建成了一套水泥窑烟气碳捕集纯化示范线,开创了世界水泥行业回收利用CO2的先河,对水泥行业碳减排具有引领和示范效应。

  二、碳捕集纯化示范项目意义

  探索经验:对推进全国CO2减排具有重要的环保借鉴作用,为水泥行业探索低碳绿色发展在技术、建设、运行管理方面积累经验。

  引领示范:开创了世界水泥工业回收利用CO2的先河,标志着水泥工业环保技术取得新突破,在全国乃至全球水泥行业都具有较大的引领和示范作用。

  海螺集团CO2捕集纯化示范项目的建设和投运,受到广泛关注和支持。项目开工建设以来,共有等8批国际考察组、 31批中央及地方政府机关调研组、41批国内外企业及科研院校到现场考察调研。

  安徽省省委书记李锦斌在项目投产后,作出重要批示:碳捕集纯化是落实国家环保减排战略的重大举措,要积极支持海螺集团加大推广应用力度,发挥更大的经济社会效益。同时,要加强创新驱动,力推产学研一体化,坚持在高效智能、绿色环保上下功夫,不断为安徽生态文明建设作出新的更大贡献。

  乌兹别克斯坦卡州考察团、国际碳捕获和存储知识中心、世界水泥可持续发展组织、海德堡集团等8批国际考察组到现场调研。

 

  国务院督查组、中央生态环保督查组和工信部等31批政府机关调研组莅临现场调研指导。

 

  中国建材联合会、马钢集团、浙江大学、人民网等41批国内企业及高校考察组莅临现场考察调研。

  三、项目概况

  1、项目名称:海螺水泥白马山水泥厂水泥窑烟气CO2捕集纯化(CCS)示范项目。

  2、项目规模:建设年产5万吨工业CO2(年产3万吨食品 CO2)的捕集纯化生产线。

  3、工业级产品方案:5.0万吨/年工业级CO2产品(满足GB/T 6052-2011标准)

  4、食品级产品方案:3万吨/年食品级CO2(满足GB1886.288-2016)

  5 工艺技术方案的调研考察:水泥窑烟气CO2捕集纯化项目属水泥行业世界首创,国际上在水泥行业也只是中试阶段,无成熟的经验可借鉴。

  海螺集团成立项目攻关组,对台湾台泥中试项目、上海华能、大连石油化工总公司及欧洲挪威水泥厂碳捕集试验项目等国内外碳捕集技术项目进行了充分调研和前期技术论证。

  作为海螺集团重大科技创新课题,采用产学研合作模式,研究开发具有自主知识产权、经济高效,可得到99.99%的高品质级CO2

  6 、 CO2捕集的技术路线

现有的碳捕集技术

  通过国内外科研机构和碳捕集项目实地考察及技术交流,对CO2捕集技术发展现状进行了深入细致的研究,同时结合水泥窑烟气量大,成分复杂、CO2浓度含量低等技术难点,通过反复论证,选择新型化学吸收法作为碳捕集的核心技术方案。

  (1)碳捕集项目工艺流程

  第一步是CO2捕集过程。水泥窑烟气通过引风机送入脱硫水洗塔底部,分别经过水洗降温、脱硫净化、二次水洗去除杂质后,进入吸收塔底部,在吸收塔内烟气中CO2被吸收剂吸收形成富液,富液通过泵送至换热器加热后,再送到解吸塔,在解吸塔内解析出纯度95%以上的二氧化碳,

  第二步是CO2纯化精制过程。二氧化碳气体从解析塔顶部引出,经冷凝、分水后进入压缩机三级压缩,提升至2.5MPa的高压气体,气体再通过脱硫床、干燥床和吸附床,脱除气体中的油脂、水分等杂质,通过冷冻液化系统液化后,分别进入工业级精馏塔和食品级精馏塔精馏,得到纯度为99.9%以上的工业级和纯度为99.99%以上的食品级二氧化碳液体,并通过管道送至储罐中贮存。

海螺CO2捕集纯化流程示意图

  (2)碳捕集项目技术创新

  通过组分创新设计,开发以羟乙基乙二胺(AEEA)为主要成分的低降解、易再生新型复合有机胺吸收剂,实现了水泥窑复杂烟气CO2的高效、稳定吸收和解吸。

  研发了适合水泥熟料生产烟道气控制要求的“三合一”高效多功能塔式烟气预处理系统,解决了烟气洗涤、脱硫、除尘、控温等多个物理化学过程控制的工程技术问题。

  集成创新开发了首台套工业化水泥窑烟道气捕集纯化系统,解决了水泥窑生产线系统协同耦合的系列技术问题,实现了水泥窑烟道气CO2捕集、纯化的工业化。

  (3)碳捕集项目成果鉴定

  CCUS项目共申报知识产权45项,其中已授权发明专利3项,已授权实用新型专利8项,已授权外观专利1项,软件著作权1项;已发表论文3篇。

  2019年3月30日,中科高技术企业发展评价中心组织有关专家对海螺碳捕集示范项目进行科技成果评价。评委会议一致认为,该项目具有重大的环保效益和较强的示范带动作用,CO2捕集纯化技术在水泥行业开发与应用方面达到了国际领先水平。

  2019年6月22日,中国建筑材料联合会组织召开了海螺碳捕集示范项目科技成果鉴定会。鉴定结论:该成果达到了国际领先水平。

  四、碳捕集示范项目建设历程

  2016年,集团批准立项,组织调研论证,设计指标(工业级CO2标准:99.5%,食品级CO2标准:99.9%);2017年6月,在白马山水泥厂开工建设;2018年4月项目开始调试试生产。

  项目工程建设过程缩影

  首批次液态二氧化碳成功捕集入罐并销售,纯度达99.97%以上,已超工业级CO2国家标准,标志着海螺集团建设的世界首条水泥烟气二氧化碳捕集纯化环保示范项目成功投运。

  五、 下一步研究方向及建议

  CO2在常温下加压即可液化或固化,是一种潜在的碳资源。随着绿色化学理论、化工合成新工艺等领域取得新成就,为CO2在工业、农业、食品、医药、精细化工、消防等领域的应用创造了新的条件和可能。

  CO2主要用于:

  (1)工业化应用:碳酸饮料、焊接保护气、 灭火器 、干   冰、养护混凝土

  (2)农业化应用:植物气肥

  (3)油田驱油和地质封存

  (4)CO2产品转化:塑料发泡剂、燃油、超临界萃取剂、  无机和有机化工产品

  为积极响应国家绿色低碳发展理念和贯彻落实省委省政府指示要求,进一步做好世界首条水泥窑烟气CO2捕集纯化项目生产经营和CO2产品转化应用,发挥更大的政治经济效益。

  1.经海螺集团党委扩大会议研究,决定成立CO2产品转化应用领导组,全面负责CO2产品转化应用的研究和推广工作。

  2.将《 CO2产品转化应用的研究及推广》为海螺集团科技创新重点专项课题,分设优化运营、产品转化研发、市场营销推广三个小组,分别负责项目的生产成本控制、产品转化、销售市场开拓等工作。

  研究的预期成果:

  1.生产和销售食品级CO2,开拓碳酸饮料销售市场

  2.建成一条干冰生产系统

  3. CO2转化为高附加值化工产品2-3个

  4.通过CO2捕集提纯系统技术优化,降低液态CO2生产能耗13%左右。

  5.申请专利5项;

  6.实现资源化利用,取得良好的环境效益和社会效益。

  建议:

  1.严禁开采地下CO2气体。

  2.各大水泥企业和科研机构积极开展CCUS技术研究和应用,互相探索、分享技术和管理经验。

  3.政府出台支持CO2减排项目的政策,支持企业拓展应用领域、降低成本和增加效益,鼓励企业主动推广应用CCUS项目。

 
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