水泥窯煙氣CO2捕集純化示范生產(chǎn)線運行及優(yōu)化

軒紅鐘 金 峰 周金波 王 斌

(1 安徽海螺建材設(shè)計研究院有限責(zé)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(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，為城市化進(jìn)程與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，但水泥工業(yè)也是世界第三大能源消耗工業(yè)，同時也帶來了不可忽視的環(huán)境問題。隨著國家能源消耗及環(huán)保政策的趨嚴(yán)，水泥行業(yè)向更節(jié)能、更綠色、更環(huán)保的方向發(fā)展勢在必行。

根據(jù)國際能源署最新發(fā)布數(shù)據(jù)，2018年全球二氧化碳排放總量已達(dá)到331 億噸，達(dá)到歷史排放的最高水平，其中水泥行業(yè)CO2排放占總排放的7%。CO2捕集利用技術(shù)在石化、火電行業(yè)應(yīng)用較為成熟，但CO2捕集利用技術(shù)在水泥行業(yè)發(fā)展較為緩慢。海螺集團(tuán)踐行國家環(huán)保戰(zhàn)略，在水泥行業(yè)率先研究CO2 捕集利用技術(shù)并進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

1 示范生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模和工藝流程

1.1 示范生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模方案

示范生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為5.0 萬噸/年液態(tài)CO2產(chǎn)品，其中5.0 萬噸/年或2 萬噸/年工業(yè)級液態(tài)CO2產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到《工業(yè)液體二氧化碳》(GB/T6052-2011)，3.0 萬噸/年食品級液態(tài)CO2產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 二氧化碳》（GB 1886.288-2016）。

1.2 示范生產(chǎn)線工藝流程

示范生產(chǎn)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(huán)水和新型保碳脫硫脫硝劑在脫硫水洗塔內(nèi)對煙氣進(jìn)行除塵、脫硫脫硝及降溫等預(yù)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(nèi)吸收混合氣體中CO2，形成弱聯(lián)結(jié)的中間體化合物；在解析塔內(nèi)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(huán)利用。CO2精制階段主要流程是CO2經(jīng)三級壓縮機(jī)進(jìn)行升壓，采用脫硫劑在脫硫床內(nèi)脫出硫組分，分子篩干燥劑在干燥床內(nèi)對CO2氣體進(jìn)行干燥。后續(xù)工序分為兩路：一路為生產(chǎn)工業(yè)級CO2產(chǎn)品，干燥后CO2氣體進(jìn)入工業(yè)級液化系統(tǒng)進(jìn)行降溫液化，通過工業(yè)級精餾塔將CO2 液體中輕組分分離出來，分離出來的工業(yè)級液態(tài)CO2 產(chǎn)品送至工業(yè)級儲罐貯存；另一路為生產(chǎn)食品級CO2產(chǎn)品，干燥后CO2氣體采用吸附劑在吸附床內(nèi)進(jìn)一步吸附氣體中雜質(zhì)，然后進(jìn)入食品級液化系統(tǒng)進(jìn)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(tài)CO2產(chǎn)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(chǎn)線工藝流程圖

2 示范生產(chǎn)線運行

水泥窯煙氣CO2捕集純化示范生產(chǎn)線是海螺集團(tuán)積極落實國家環(huán)保戰(zhàn)略創(chuàng)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(shè)，2018年10月，項目開始投產(chǎn)運行，生產(chǎn)的CO2產(chǎn)品品質(zhì)高，2018年10月30日，經(jīng)檢測合格的液態(tài)CO2產(chǎn)品成功出廠銷售，標(biāo)志著海螺集團(tuán)建設(shè)的世界首條水泥煙氣二氧化碳捕集純化環(huán)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(chǎn)線

圖3 海螺生產(chǎn)的CO2產(chǎn)品成功銷售

示范生產(chǎn)線生產(chǎn)的工業(yè)級和食品級液態(tài)CO2產(chǎn)品品質(zhì)必須滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)的液態(tài)CO2產(chǎn)品經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)檢驗，其相關(guān)指標(biāo)均滿足或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)

3 示范生產(chǎn)線運行存在的問題

示范生產(chǎn)線整體運行穩(wěn)定，產(chǎn)品品質(zhì)較高，電耗能滿足設(shè)計值。因水泥行業(yè)尚未有成功的碳捕集項目運行經(jīng)驗可借鑒，項目的運行全靠操作人員根據(jù)專家意見和實際運行情況不斷的進(jìn)行摸索和調(diào)整，總結(jié)出制約著示范生產(chǎn)線運行成本高的問題，研討相關(guān)解決措施，以便降低生產(chǎn)運行成本。存在的主要問題及調(diào)整措施如下：

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

調(diào)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(diào)整氨的蒸發(fā)溫度，控制其溫度在0℃以上，解決冷卻器內(nèi)部易結(jié)冰的難題，提高氨壓機(jī)的效率；提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低電耗。

（2）CO2吸收液吸收/解吸效果不佳。

調(diào)整措施：①調(diào)整脫硫液配比，加強(qiáng)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(dǎo)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(huán)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(jié)束語

水泥窯煙氣CO2捕集純化示范生產(chǎn)線是海螺集團(tuán)落實國家環(huán)保減排戰(zhàn)略的重大舉措，示范生產(chǎn)線的建成，填補(bǔ)了世界水泥工業(yè)低碳技術(shù)空白，標(biāo)志著水泥工業(yè)環(huán)保技術(shù)取得新突破，在全國乃至全球水泥行業(yè)都具有強(qiáng)大的引領(lǐng)和示范作用。示范生產(chǎn)線運行穩(wěn)定，CO2產(chǎn)品質(zhì)量較高。針對示范生產(chǎn)線運行過程中出現(xiàn)的具體問題，一方面，會同技術(shù)專家研討解決方案，保證生產(chǎn)線持續(xù)穩(wěn)定運行，進(jìn)一步降低運行成本，另一方面，通過示范生產(chǎn)線運行，摸索、調(diào)整最佳系統(tǒng)運行參數(shù)，為系統(tǒng)低成本運行保駕護(hù)航，也是積累相關(guān)操作經(jīng)驗，為后續(xù)項目的開展和優(yōu)化奠定一定的基礎(chǔ)。