0 引言
據(jù)2018年統(tǒng)計，水泥生產產生的CO2排放量約占全球CO2排放總量的7%。水泥工業(yè)可以通過采取各種不同的技術措施來降低CO2排放，例如提高能量效率、使用替代燃料、使用替代原料以及降低水泥中熟料摻量等[1]。然而，這些技術在很大程度上已經被采用，減排效果有限。
CO2捕獲和儲存（CCS）可以顯著地減少水泥工業(yè)CO2排放，其被認為是水泥工業(yè)進一步全面碳減排的重大舉措，已經被歐洲列為《2050歐洲低碳發(fā)展技術路線圖》，我國發(fā)改委也將其作為我國節(jié)能減排大力扶持的措施之一。目前最成熟的CO2捕獲技術是MEA化學吸收法，我國安徽蕪湖白馬山水泥廠5 000 t/d生產線15萬t/年 CO2捕獲生產線便采用此工藝。然而，這種技術可能不一定是最佳選擇。本文在總結國外相關文獻的基礎上比較了水泥工業(yè)采用MEA化學吸收法、純氧（O2+CO2，CO2為目標氣體）燃燒法、冷卻氨水法、膜分離法、分體式鈣循環(huán)法和集成式鈣循環(huán)法6種CO2捕獲工藝流程、原理及對水泥生產可能帶來的影響，以期對我國水泥工業(yè)碳捕獲技術及工藝發(fā)展有所借鑒。
1 MEA化學吸收法
MEA化學吸收法CO2捕獲是一種燃燒后捕獲技術，采用MEA溶劑從煙氣中吸收CO2，其工藝流程見圖1。為了防止溶劑的降解，在煙氣進入吸收塔前，必須先降低煙氣中NOx和SOx的含量。假定煙氣進入吸收塔前已經通過SNCR系統(tǒng)降低了NOx含量，然后煙氣在直接接觸式冷卻器（DCC）中冷卻，SOx通過NaOH洗滌去除，再除去水，最后冷卻后的煙氣再進入吸收塔，通過30%的MEA溶液從煙氣中吸收CO2。揮發(fā)的MEA在吸收塔頂部的水洗段中被回收。富含CO2的MEA溶劑在解吸塔中再生，得到高純度的CO2，CO2經壓縮后再運輸處置。
圖1 MEA化學吸收法CO2捕獲工藝流程
溶劑再生需要相當大的熱量，吸收過程中的風機、泵以及CO2的壓縮等都需要能耗。對于水泥廠來說，熟料生產的余熱可滿足溶劑再生所需熱量的4%。
2 純氧燃燒法
純氧燃燒CO2捕獲工藝流程見圖2。純氧燃燒主要由氧氣與回收CO2混合組成的氧化劑進行的，以產生一種富含CO2的煙氣，從而能夠相對容易地用CO2凈化裝置（CPU）進行凈化。相對于MEA化學吸收技術，水泥窯工藝本身必須進行改造，熟料冷卻機、回轉窯、分解爐和預熱器中的氣體氣氛發(fā)生變化，部分煙氣被回收利用。
圖3 CAP CO2捕獲工藝流程
在這一過程中，溶劑再生和氨回收系統(tǒng)需要熱能，制冷、抽吸和壓縮需要電能。余熱可以用來滿足一部分的熱能需求。這部分熱耗相當于參考水泥廠總熱需求量的7%~8%。
4 膜分離法
膜分離法是指在一定的條件下，通過膜對氣體的滲透有選擇性地將CO2分離出來。膜分離技術具有投資少、能耗低、占地少以及維修方便等優(yōu)點，在CO2捕獲領域頗受關注[2]。其工藝流程見圖4。通過膜分離產生中等純度的CO2產品，再經過高壓液化處理，形成高純度的CO2，而部分脫碳的尾氣被回收到膜進氣中循環(huán)。
