PDF《中国水泥行业CCS的》

1 中国水泥行业CCS的 技术发展现状 天津水泥工业设计研究院 刘瑞芝 2012.

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2 主要内容 时代背景

2 不同CO2分离提纯方法、经济性比较

3 3 水泥厂分离提纯CO2的主要技术路线

4 1 CO2资源化利用技术

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一、时代背景 大致预测出2008- 2012年中国水泥的总产 量将达71亿多吨 ,其排放的55亿吨左右 的CO2等温室气体也会对环境造成很大影 响.我国能源消耗和CO2排放量在逐年增长,预计2020 年这个比例将增至23.9% ,严重的 气候和生态负面效应 . 全球每年因燃烧化石燃料而排放的CO2达到 200亿吨左右,由化石能源燃烧产生的CO2总 量约占温室气体总量的82% . 对一个5000t/d的水泥厂,其CO2绝对排放量为 每年150万吨,其中煅烧质排放CO2为每年95万吨,燃料燃烧排放CO2为每年54万吨,折合每 吨熟料排放CO2 832公斤,每吨水泥排放CO2

785 公斤 .

4 根据国际能源署(IEA)估计,如不果断采取行动, 2050年与能源有关的二氧化碳(CO2)排放量将比2005年 增加130%,而二氧化碳捕集和封存(CCS)是能够减少化 石能源消耗大户二氧化碳排放的关键技术.按照IEA勾画的 技术路线图,2050年全球CCS设施预计将捕集超过100亿吨 CO2 ,而2010到2050年间累计封存量将在1450亿吨.为实 现这一宏伟目标,到2050年需建成超过3000个CCS项目.

5 根据2009年11月25日国务院召开的常务会议决定,到2020年中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%. 为了达到这个目标,我们应当控制水泥窑中CO2的排放量. 中国的水泥工业作为一个CO2排放大户,CO2减排潜力理应 受到重视,水泥工业通过煅烧石灰石、燃烧煤等直接排放 CO2等温室气体,它也通过消耗电力和其它物质间接排放温 室气体.

6 假设我国GDP按照年均7.5%的速度增长,并基于我 国目前的水泥生产情况,可大致预测出2008-2012年中国 水泥的总产量将达71亿多吨.这不仅是对资源、能源的一 个沉重的负担,如按照水泥工业现在的CO2排放水平,其 排放的55亿吨左右的C02等温室气体也会对环境造成很大 影响.因此,如何对水泥厂废气中排放的CO2进行有效地 分离捕捉并回收利用成为亟待解决的重中止重.

7 华能集团北京热电厂 该厂建成了国内首个燃煤电厂二氧化碳捕集处理系 统,项目于2007年12月26日开工,2008年7月15日投入 使用,占地面积近500m2,总投资2800万,设备利用率 为6000小时/年,设计生产能力为3000吨/年. 中国其他行业CCS发展情况

8 单位:华能集团北京热电厂

9 单位:辽宁锦州六陆石化公司 气源:制氢尾气 生产规模:3万吨 产品用途:食品级

10 单位:嘉兴三江化工厂 气源:环氧乙烷副产气 生产规模:3万吨 产品用途:食品级

11 华能集团上海石洞口电厂 该项目由西安热工研 究院设计,于09年7月份 开工,年底建成.预计年 捕获二氧化碳量为10万吨 ,为全球最大的燃煤电厂 碳捕获项目.

12 水泥行业CCS典范――蒙西集团 该公司与中科院长春应用化学研究所合作建成我国 第一条规模化的二氧化碳聚合物生产线. 从水泥窑废气中提取CO2制成食品级纯度,作为原 料用于全降解塑料的生产,年产量3000吨,为世界上投 入运行最大的二氧化碳聚合物生产线.

13 第二部分 不同CO2分离提纯方法、原理、经济性比较 类别 原理优点(特点) 缺点 成本 吸附精馏法 研制特殊配方的固体复合吸附剂,有针对 性地 把二氧化碳中的硫化物、氮氧化物、含氧 有机物、各类轻烃、碳化物和水分等重组 分杂质分步吸附除尽,解吸出来放入火炬 烧掉杂质,不会污染空气:再利用热泵精 馏技术,把氢气、甲烷、氮气、氧气等轻 组分杂质分离除尽,使二氧化碳纯度达到 99.996%上,作为产品使用. 工艺流程简单,操 作方 便,条件缓和;

能 耗比其他方法低60 %,生产成本降低 62%左右,二氧化 碳回收率大于90% ,产品纯度超过国 家食品级标准.产 品利润高

1、常温下吸附,中 压低温下精馏

2、适用于石油、化工、酿酒等产业等 CO2浓度为80-90%的 行业. 生产成 本: 80-230 元/吨 化学吸收法 又叫化学溶剂吸收法,溶剂为醇胺及氨气 (或氨水),一级醇胺(如MEA)、二级醇胺( 如DEA、DIPA)及三级醇胺(如MDEA),吸收 CO2后生成稳定的胺基甲酸盐,然后再通 过加热方法解析出CO2. MDEA热稳定性好,不 易降解,溶剂挥发性 小,溶液对碳钢设备 腐蚀性弱.该工艺 成熟,操作简便,对 工人的素质要求相 对较低.优选 如溶剂选取不当, 吸收CO2后生成稳定 的胺基甲酸盐,反 应热大,加热再生较 困难,蒸汽消耗较高 生产成 本: 300- 400元/ 吨 膜分离法 膜分离法是利用某些聚合材料制成的薄膜 对不同气体的渗透率的不同来分离气体的 .膜分离的驱动力是压差,当膜两边存在 压差时,渗透率高的气体组分以很高的速 率透过薄膜形成渗透气流,渗透率低的气 体则绝大部分在薄膜进气侧形成残留气流 ,两股气流分别引出从而达到分离的目的 膜分离装置简单,投 资费用比溶剂吸收 法低 适用于从天然气和 石油开采中去除CO2 ;

耐热性低,150℃ 是上限;

难以得到 高纯度的CO2

14 水泥行业与其它行业CO2浓度比较 二氧化碳工业气源 CO2含量(%) 回收方法 电厂锅炉、水泥厂、炼钢厂烟道气 10~18 化学吸收法 石灰窑、镁砂窑、变换气、硼砂碳解尾气 20~40 溶剂吸收法 油田气、粮食发酵气 70~95 吸附精馏法 制氢、合成氨脱碳、环氧乙烷副产气 85~95 吸附精馏法

15 3.

1、化学吸收法+吸附精馏法 ? 1)化学吸收法粗分离工艺流程图 第三部分 水泥厂分离提纯CO2的技术路线

16 2)吸附精馏法精提纯工艺流程图

17 3.

2、化学吸收法+精制提纯法 ?1)化学吸收法粗分离工艺流程图

18 2)精制提纯法精提纯工艺流程图

19 水泥厂窑尾 烟 气热工参数

1、位置:窑尾出袋收尘器尾排风机与烟囱之间

2、温度:150度;

压力:--1400Pa;

4、气源的标态流量:65万Nm3/h

3、气体组分及含量:O2:11~12%;

CO2:17%;

CO:150ppm;

NO:576mg/Nm3;

NO2:924mg/Nm3;

H2O:0.063kg/kg干烟气;

SO2:117mg/Nm3;

粉尘含量: 117mg/Nm3

5、产成品级别与产量:食品级,液态;

10万吨/年 举例:5000t/d水泥厂

20 水泥厂 窑尾废气 SO2