水泥窯煙氣CO2捕集純化示范生產線運行及優化

軒紅鐘 金 峰 周金波 王 斌

(1 安徽海螺建材設計研究院有限責任公司，安徽 蕪湖 241070；2 安徽海螺水泥股份有限公司白馬山水泥廠，安徽 蕪湖 241070)

0 引言

水泥是國民經濟發展的重要支柱產業，為城市化進程與經濟的快速發展做出了重要貢獻，但水泥工業也是世界第三大能源消耗工業，同時也帶來了不可忽視的環境問題。隨著國家能源消耗及環保政策的趨嚴，水泥行業向更節能、更綠色、更環保的方向發展勢在必行。

根據國際能源署最新發布數據，2018年全球二氧化碳排放總量已達到331 億噸，達到歷史排放的最高水平，其中水泥行業CO2排放占總排放的7%。CO2捕集利用技術在石化、火電行業應用較為成熟，但CO2捕集利用技術在水泥行業發展較為緩慢。海螺集團踐行國家環保戰略，在水泥行業率先研究CO2 捕集利用技術并進行工業化生產。

1 示范生產線生產規模和工藝流程

1.1 示范生產線生產規模方案

示范生產線生產能力為5.0 萬噸/年液態CO2產品，其中5.0 萬噸/年或2 萬噸/年工業級液態CO2產品的質量達到《工業液體二氧化碳》(GB/T6052-2011)，3.0 萬噸/年食品級液態CO2產品的質量達到《食品安全國家標準 食品添加劑 二氧化碳》（GB 1886.288-2016）。

1.2 示范生產線工藝流程

示范生產線工藝流程可分為CO2捕集階段和CO2精制階段。CO2捕集階段主要流程是采用循環水和新型保碳脫硫脫硝劑在脫硫水洗塔內對煙氣進行除塵、脫硫脫硝及降溫等預處理，盡可能減少影響CO2吸收的不利因素；利用吸收劑溶液在吸收塔內吸收混合氣體中CO2，形成弱聯結的中間體化合物；在解析塔內加熱中間體化合物溶液使CO2解析出來，同時吸收劑得以再生循環利用。CO2精制階段主要流程是CO2經三級壓縮機進行升壓，采用脫硫劑在脫硫床內脫出硫組分，分子篩干燥劑在干燥床內對CO2氣體進行干燥。后續工序分為兩路：一路為生產工業級CO2產品，干燥后CO2氣體進入工業級液化系統進行降溫液化，通過工業級精餾塔將CO2 液體中輕組分分離出來，分離出來的工業級液態CO2 產品送至工業級儲罐貯存；另一路為生產食品級CO2產品，干燥后CO2氣體采用吸附劑在吸附床內進一步吸附氣體中雜質，然后進入食品級液化系統進行降溫液化，通過食品級精餾塔將CO2液體中輕組分分離出來，分離出來的食品級液態CO2產品送至食品級儲罐貯存。

圖1 水泥窯煙氣CO2捕集純化示范生產線工藝流程圖

2 示范生產線運行

水泥窯煙氣CO2捕集純化示范生產線是海螺集團積極落實國家環保戰略創新型項目。項目于2017年8月在海螺水泥白馬山水泥廠順利開工建設，2018年10月，項目開始投產運行，生產的CO2產品品質高，2018年10月30日，經檢測合格的液態CO2產品成功出廠銷售，標志著海螺集團建設的世界首條水泥煙氣二氧化碳捕集純化環保示范項目成功投運。

圖2 水泥窯煙氣CO2捕集純化示范生產線

圖3 海螺生產的CO2產品成功銷售

示范生產線生產的工業級和食品級液態CO2產品品質必須滿足相關國家標準，生產的液態CO2產品經第三方檢測機構檢驗，其相關指標均滿足或優于國家標準

3 示范生產線運行存在的問題

示范生產線整體運行穩定，產品品質較高，電耗能滿足設計值。因水泥行業尚未有成功的碳捕集項目運行經驗可借鑒，項目的運行全靠操作人員根據專家意見和實際運行情況不斷的進行摸索和調整，總結出制約著示范生產線運行成本高的問題，研討相關解決措施，以便降低生產運行成本。存在的主要問題及調整措施如下：

（1）捕集的CO2水分含量大，第一冷卻器內部阻力較大、內部容易結冰；氨壓機做功不充分，氣體CO2液化效果較差。

調整措施：提高分水罐的分離效果，降低二氧化碳中的含水量，延長干燥床的使用時間，降低干燥床的再生頻次，降低CO2露點；控制氣氨的壓力，調整氨的蒸發溫度，控制其溫度在0℃以上，解決冷卻器內部易結冰的難題，提高氨壓機的效率；提高產品質量，降低電耗。

（2）CO2吸收液吸收/解吸效果不佳。

調整措施：①調整脫硫液配比，加強脫硫液的脫硫、脫硝效果，避免煙氣中的SO2和氮氧化物混入吸收液導致吸收/解吸效率下降。②增加洗滌液換熱器，降低吸收塔的煙氣問題，防止其夾帶過多的水分，影響貧富液循環液液位的控制，保障吸收液吸收/解吸效果，提高吸收液使用壽命。

4 結束語

水泥窯煙氣CO2捕集純化示范生產線是海螺集團落實國家環保減排戰略的重大舉措，示范生產線的建成，填補了世界水泥工業低碳技術空白，標志著水泥工業環保技術取得新突破，在全國乃至全球水泥行業都具有強大的引領和示范作用。示范生產線運行穩定，CO2產品質量較高。針對示范生產線運行過程中出現的具體問題，一方面，會同技術專家研討解決方案，保證生產線持續穩定運行，進一步降低運行成本，另一方面，通過示范生產線運行，摸索、調整最佳系統運行參數，為系統低成本運行保駕護航，也是積累相關操作經驗，為后續項目的開展和優化奠定一定的基礎。