水泥熟料生產線COCO22回收技術與應用前景展望

李治強

水泥熟料生產線COCO22回收技術與應用前景展望

李治強

CO2氣體是導致全球氣候變暖的溫室氣體的主要成分之一，對溫室效應的貢獻達到55%。目前全世界每年向大氣中排放的CO2總量近300億噸，而CO2利用量僅為1億噸左右，遠不到排放總量的百分之一。

目前國內尚沒有針對水泥生產線煙氣中的CO2捕集系統，水泥生產線煙氣量大、煙氣溫度高，若直接排放至大氣，將造成較嚴重的能量浪費及周邊大氣環境的空氣熱污染。隨著世界性能源緊缺問題的出現，節能減排在各國被日益重視。當前針對水泥廠的高溫廢氣所采取的主要節能減排措施是余熱發電，而水泥廠煙氣巨大的CO2捕集潛力目前尚未受到重視。

以5 000t/d新型干法水泥生產線為例，窯尾廢氣流量約350 000m3（標）/h，煙氣中CO2含量約30%，據此估算，煙氣中CO2含量約206t/h，碳捕捉潛力巨大。所捕集的CO2可用于生產尿素、甲醇、合成氣、醋酸、食品用CO2等，同時還有其他較為廣泛的工業用途：可作為鑄造添加劑、金屬冶煉穩定劑、陶瓷固定劑、食品添加劑、消防滅火劑等。因此捕捉水泥熟料生產線的CO2使其變廢為寶，具有良好的環境和經濟效益。

圖1　窯尾煙氣處理工藝流程圖

1　CO2回收工藝

利用堿性溶液與酸性的CO2發生可逆反應，即：在40℃左右時吸收CO2，生成水溶性鹽，CO2被吸收，富液升溫時發生逆向反應，解析出CO2。

窯尾煙氣處理工藝流程如圖1所示。

水泥廠窯尾收塵器出口煙氣由引風機送入吸收塔，其中CO2被堿性溶液吸收，尾氣由塔頂排入大氣。吸收CO2后的富液由塔底經泵送入換熱器，回收熱量后送入再生塔。由溶液中釋放出的CO2氣體，處理后送入精處理系統，經壓縮、加壓、除濕、脫硫、制冷等工序，得到最終產品——液態CO2。

如圖1所示，煙氣中的CO2在吸收塔中被堿性吸收劑吸收變為富液，富液被輸送至再生塔加熱分解還原為堿性吸收劑和CO2，吸收劑溶液返回吸收塔進行再次吸附，而CO2氣體則經加壓、除雜、提純、液化等工序，提出純度為99.99%的CO2。

2　目前國內外CO2的主要用途

回收的CO2中，約40%用作生產其他化學品（例如尿素和甲醇）的原材料，約35%用于提高油采收率，約10%用于制冷，5%用于飲料碳酸化，其他應用占10%。

高純CO2主要用于電子工業、醫學研究及臨床診斷、CO2激光器、檢測儀器的校正氣及配制其他特種混合氣，在聚乙烯聚合反應中用作調節劑。

固體CO2廣泛用于冷藏奶品、肉類、冷凍食品和其他運輸中易腐敗的食品。在許多加工工業中用作冷凍劑，例如粉碎熱敏材料、橡膠磨光、金屬冷處理、機械零件的收縮裝配、真空冷阱等。

氣體CO2可用于碳化軟飲料，水處理工藝的pH值控制、化學加工、食品保存、化學和食品加工過程中的惰性保護、焊接氣體和植物生長刺激劑。在鑄造工藝中用于硬芯和砂型、氣動器件。也可以作為殺菌氣的稀釋劑，即用環氧乙烷和CO2的混合氣作為殺菌、殺蟲劑（特別是用于小麥和糧食殺菌）、熏蒸劑，廣泛應用于醫療器具、包裝材料、衣類、毛皮、被褥等的殺菌，骨粉消毒,倉庫、工坊、文物、書籍的熏蒸。

液體CO2可用作飛機、導彈和電子部件低溫試驗的制冷劑；可用來提高油井采收率，控制化學反應；也可用作滅火劑。

用CO2作保護氣體的半自動電弧焊機，其速度是一般焊機的10倍。

作為一種弱酸（在水溶液中），在紡織品制造過程中用CO2中和過量氫氧化物，不損壞纖維，易于使用。

3　應用前景與展望

日本京都大學乾智行教授將CO2與H2直接反應，合成了燃料汽油。這項世界首創新技術既有助于消除造成溫室效應的CO2，又有望每年為日本減少原油進口4 000萬噸。這項發明工藝分兩步，首先CO2與H2以1：3在反應器中混合，經催化反應制成甲醇，然后將由氫、鐵、硅合成的催化劑和少量丙烯投入反應器,加熱到300℃，即獲得汽油。

由Sierra Systems集團開發的CO2洗滌系統PC-1000，可將高純CO2經特制噴嘴噴出后呈雪狀，可除去精密構件表面上99.9%的≥0.1μm的粒子，還可減少表面烴含量，也可除去像表面膜、指紋印和少量膠質殘留物等污染物。

美國能源部工業技術辦公室對廢CO2的利用設置了研究基金。在1992年，初期的探索開發階段費用為50萬美元。

日本將大量CO2用于燃料電池，這是一種高效熔融碳化燃料。

美國聯合碳化物公司（UCC）噴涂用的UNICARB系統可將揮發性有機化合物的排放量減少80%，并可在噴灑作業中大大降低空氣中毒性化學品量。超臨界CO2在此工藝中作為高固體噴涂溶劑的替代品，可大大改善非粘性噴涂的質量，消除甲基氯仿的排放。

Ansul Fire Protection計劃在北美將有專利權的INERGEN滅火劑商品化，用以取代1301鹵素滅火劑。此種滅火劑由N2、Ar、CO2以一定比例混合而成，由于它與空氣的密度相當，所以更易與空氣混合，濃度保持時間長。其硬件費用是1301費用的1.5～1.6倍，與CO2系統相當。

BOC在金礦工業中用CO2代替SO2或FeSO4以除去70%～80%的游離的氰化物。關于超臨界CO2萃取（SCE）技術的應用，國外在上世紀60、70年代已實現了提取咖啡因和酒花浸膏的SCE工業化生產。在裝置規模方面，目前法國最大為40m3，美國為1m3，日本為0.5m3。

在醫藥加工工藝中，正在研究用超臨界CO2替代傳統溶劑，比如二氯甲烷和丙酮。在日本，Takeda化學工業公司（大阪）正在大量使用超臨界CO2以從抗生素中除去丙酮。霍夫曼—LaRoche正在進行中試試驗，采用超臨界CO2萃取以純化維他命E，此工藝可取代200℃下的真空精餾。

在日本，大部分超臨界流體研究都集中在化學工藝上。1993年，日本國際貿易和工業部運轉了一套中型裝置，來開發一種使用超臨界CO2純化乙醇的工藝，其裝置成本比傳統精餾法低30%～40%，運行成本低66%。

美國一些大學已發現一種在超臨界CO2中制備氟聚合物的方法，它能防止傳統方法中氯氟烴（CFC）溶劑對環境的破壞。超臨界CO2萃取是替代CFC溶劑把氟化丙烯酸酯聚合成均聚物和共聚物的最佳選擇。這是一大突破，相信超臨界CO2法在其他均相和多相體系合成中有潛在的用途。

CF Systems已取得一項溶劑萃取專利，利用液體CO2從廢水和地下水中萃取水溶性有機物。該過程也利用液化丙烷和丁烷從污泥和土壤中分離多氯化聯苯（PCBs）、多芳香烴（PAHs）、農藥等有機物。

超臨界CO2可以作為清洗劑，除去硅片系統中的污染物。超臨界流體具有像流體一樣的溶解性質，像氣體一樣的擴散速率和粘度，可迅速滲透到縫隙和邊界層膜中，可完全除掉所含的有機和無機雜質，高于超臨界的CO2密度和溶解能力可與有機液體相比。

4　結語

綜上所述，CO2既是一種來源廣泛、廉價易得的基本化工原料，又是可回收利用的環保型產品，應用領域廣泛，市場潛力巨大。隨著CO2應用技術的進一步發展完善，將很快形成科學的CO2產業鏈。推廣水泥熟料生產線的CO2捕集技術，將水泥熟料生產線的主要副產品CO2變廢為寶，具有顯著的環境和經濟效益，并將使水泥熟料生產線從單純的水泥熟料生產走向城市綜合處理中心的發展之路。

Prospects of CO2Recovery Technology and Application on Cement Clinker Production Lines

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A:A

10011001--61716171（20162016）0404--00820082--0202

通訊地址：中材節能股份有限公司，天津300400；2016-01-06；編輯：孫娟