水泥工业碳中和技术现状与趋势

在“碳达峰碳中和”政策下,水泥行业的碳中和道路任重而道远。本文介绍水泥工业的碳排放现状及水泥生产企业碳排放的核算方法,并从碳减排、碳捕集和碳利用三个方面介绍水泥工业碳中和技术现状。在碳减排方面分析水泥生产过程减排和水泥产品减排的优劣势及减排潜力;在碳捕集方面明确几种碳捕集技术的原理及优缺点;在碳利用方面阐述当前碳利用方式的基本原理及特点。此外,根据对现有技术现状的分析、归纳、总结,提出未来水泥工业碳中和技术的发展趋势。     

水泥行业碳减排途径及贡献度探讨

2020年,我国水泥行业碳排放约13.7亿吨,占全国碳排放总量的13%,是除电力行业(40%)和钢铁行业(14%)以外第三大碳排放行业。由于水泥工业自身的工艺特点,就通用硅酸盐水泥生产而言,仅仅依靠生产能效提升、清洁能源使用以及熟料、燃料替代技术,在现实情况下是无法帮助水泥工业自身实现碳中和。因此,水泥行业碳中和将面临巨大的挑战。本文从现行的及未来可预期的水泥生产技术,就能效提升技术、水泥生产燃料替代技术、低碳水泥技术和CCS技术等技术路线讨论和预测出发,对水泥行业碳减排途径进行分析,估算2060年时各减排途径的减排贡献度,并基于结果给出相关措施建议,帮助水泥行业实现碳中和。     

水泥工业碳减排路径分析

介绍了目前国内的碳中和背景及发展现状,并基于水泥产业碳排放的相关数据,对该行业碳减排的方法和途径进行分析。水泥工业90%的二氧化碳排放来自熟料生产(碳酸钙分解、燃料燃烧),其余的10%来自原材料的准备和水泥制品的生成。指出发展创新减排燃烧、节能降耗技术、提高替代燃料掺烧量以及二氧化碳的捕集、封存与利用（CCUS）,是实现水泥产业碳中和的主要手段。     

论水泥企业碳中和的路径

在2030年前碳排放达峰、2060年前实现碳中和的目标下,水泥企业需要采取减排措施,制定碳中和计划.水泥企业的碳中和路径应从降低碳排放总量、制定监测并精确核算、减排技术应用等方面着手,以期在组织层次上清除生产碳排放从而达到零排放.     

水泥工业几种CO2捕获技术的评估

以MEA化学吸收法为参考标准，通过对参考水泥厂进行适当的技改，对纯氧燃烧法、冷却氨水法、膜分离法及两种钙循环法进行CO2捕获技术评估。结果表明，在定义的条件下，这几种CO2捕获技术的CO2减排当量为73%~90%，CO2减排能耗为1.63~4.07 MJ/kg CO2，而MEA化学吸收法CO2减排当量为64%，减排能耗为7.08 MJ/kg CO2；从成本的角度分析，纯氧燃烧法熟料生产成本和CO2减排成本均最低；对于燃烧后CO2捕获技术，参考技术MEA化学吸收法，比其他被评估技术更易于技术改造，其具有对水泥生产的影响小、设备放置不受限制等优势；与水泥生产联系更紧密的是纯氧燃烧法和集成式钙循环法，这两种技术被评估为更具挑战性；由于不同评估指标的技术参数不同，无法评估哪种方法最好，一般水泥厂可以从CO2减排当量和减排能耗上选择，但视具体情况而定，例如空间需求、现有的基础设施或运营经验等。     

欧美水泥工业碳捕获与储存研究进展

科学家们预测,本世纪全球平均气温将上升２～4℃,可能引发干旱、洪水、冰川融化和海平面上升等多种自然灾难（又称厄尔尼诺现象）。CO2排放量超限被公认为是全球变暖的主要因素。水泥行业是一个主要的工业温室气体排放源,约占全球人为温室气体排放量的5%。国际能源机构（IEA）研究表明,按照现行的政策和市场需求预测,从目前的水平到2050年CO2排放量要减少一半,水泥行业需要将CO2排放量从2.34Gt/a减少到1.55Gt/a[1]。在减排方面,虽然采取了提高能源效率、使用替代燃料和替代原材料、降低水泥中熟料掺量等措施,但依然还有减排潜力。从中长期发展考虑,碳捕获和储存技术（Carbon Capture and Storage,简称为CCS）在实现全球CO2减排中起着至关重要的作用。到现在为止,还没有在水泥回转窑使用任何碳捕获技术的工业应用,水泥工业碳捕获还处在理论研究与有限的工业试验阶段。本文介绍欧美几种不同类别的碳捕获和储存技术的研究进展。     

节能监察数据用于水泥行业碳排放核算可行性的探讨

在我国提出“碳达峰、碳中和”的目标背景下,水泥工业作为传统“两高”和二氧化碳的排放大户,面临巨大的减排压力,降低化石燃料消耗是未来我国水泥工业减碳的关键。基于能源消耗与碳排放的直接关联性,在水泥行业的工业节能监察和碳排放核算核查工作中,提出能源消耗与碳排放数据的快速验证方法;以华新水泥某生产线为实例进行验证;探讨未来能耗指标与碳排放互算的可行性。     

节能监察数据用于水泥行业碳排放核算可行性的探讨

在我国提出“碳达峰、碳中和”的目标背景下,水泥工业作为传统“两高”和二氧化碳的排放大户,面临巨大的减排压力,降低化石燃料消耗是未来我国水泥工业减碳的关键。基于能源消耗与碳排放的直接关联性,在水泥行业的工业节能监察和碳排放核算核查工作中,提出能源消耗与碳排放数据的快速验证方法;以华新水泥某生产线为实例进行验证;探讨未来能耗指标与碳排放互算的可行性。     

CO2减排新革命——碳捕获与封存

降耗减排是目前最最关注的问题,中国的水泥工业从产能到建造技术在世界上都是首屈一指,如何有效地处理生产过程中产生的CO2,如何将前沿技术运用到水泥行业中是目前亟待解决的问题. 近期,由中国科学技术部国际合作司和国际能源署共同主办的"碳捕获与封存:能源密集行业的机遇研讨会"在北京召开,中国水泥协会副秘书长、技术中心主任王郁涛代表中国水泥协会参加了此次会议.     

面向双碳的低碳水泥原料/燃料替代技术综述

在碳达峰、碳中和背景下,水泥等建材行业能耗高、排放高、产能过剩,面临巨大挑战。从水泥行业现有CO₂减排技术出发,分析了水泥低碳生产方式的原理和现状,归纳总结了原料替代、燃料替代和熟料替代技术现状。最后结合国内现状和发展规划,对水泥行业低碳技术进行展望。水泥行业现有CO₂减排技术包括将低碳原料或工业废弃物代替生料中某些成分的原料替代技术;将低碳排放的清洁燃料应用于水泥生产的燃料替代技术;将有凝胶活性的材料添加到混凝土中以节省熟料使用量的熟料替代技术;应用电能和使用燃料时提升能源利用效率的方法和技术以及颇具前景但尚未大规模应用的碳捕集、封存技术(CCS)。原料替代方式是最有效的低碳生产方式,硅酸盐水泥原料中包含大量石灰石,会在水泥生产过程中分解产生烧制熟料必需的CaO和大量CO₂,利用富钙废弃物替代石灰石等高载碳原料,可显著减少CO₂排放,同时提供等量的CaO,用以替代的原料包括电石渣、硅钙渣、钢渣、石英污泥及造纸污泥等,其中不同工业废料对于水泥生产不仅可代替石灰石原料,还可能提供额外效益,如硅钙渣能提...