水泥窑烟气CO2捕集纯化示范生产线运行及优化

轩红钟 金 峰 周金波 王 斌

(1 安徽海螺建材设计研究院有限责任公司，安徽 芜湖 241070；2 安徽海螺水泥股份有限公司白马山水泥厂，安徽 芜湖 241070)

0 引言

水泥是国民经济发展的重要支柱产业，为城市化进程与经济的快速发展做出了重要贡献，但水泥工业也是世界第三大能源消耗工业，同时也带来了不可忽视的环境问题。随着国家能源消耗及环保政策的趋严，水泥行业向更节能、更绿色、更环保的方向发展势在必行。

根据国际能源署最新发布数据，2018年全球二氧化碳排放总量已达到331 亿吨，达到历史排放的最高水平，其中水泥行业CO2排放占总排放的7%。CO2捕集利用技术在石化、火电行业应用较为成熟，但CO2捕集利用技术在水泥行业发展较为缓慢。海螺集团践行国家环保战略，在水泥行业率先研究CO2 捕集利用技术并进行工业化生产。

1 示范生产线生产规模和工艺流程

1.1 示范生产线生产规模方案

示范生产线生产能力为5.0 万吨/年液态CO2产品，其中5.0 万吨/年或2 万吨/年工业级液态CO2产品的质量达到《工业液体二氧化碳》(GB/T6052-2011)，3.0 万吨/年食品级液态CO2产品的质量达到《食品安全国家标准 食品添加剂 二氧化碳》（GB 1886.288-2016）。

1.2 示范生产线工艺流程

示范生产线工艺流程可分为CO2捕集阶段和CO2精制阶段。CO2捕集阶段主要流程是采用循环水和新型保碳脱硫脱硝剂在脱硫水洗塔内对烟气进行除尘、脱硫脱硝及降温等预处理，尽可能减少影响CO2吸收的不利因素；利用吸收剂溶液在吸收塔内吸收混合气体中CO2，形成弱联结的中间体化合物；在解析塔内加热中间体化合物溶液使CO2解析出来，同时吸收剂得以再生循环利用。CO2精制阶段主要流程是CO2经三级压缩机进行升压，采用脱硫剂在脱硫床内脱出硫组分，分子筛干燥剂在干燥床内对CO2气体进行干燥。后续工序分为两路：一路为生产工业级CO2产品，干燥后CO2气体进入工业级液化系统进行降温液化，通过工业级精馏塔将CO2 液体中轻组分分离出来，分离出来的工业级液态CO2 产品送至工业级储罐贮存；另一路为生产食品级CO2产品，干燥后CO2气体采用吸附剂在吸附床内进一步吸附气体中杂质，然后进入食品级液化系统进行降温液化，通过食品级精馏塔将CO2液体中轻组分分离出来，分离出来的食品级液态CO2产品送至食品级储罐贮存。

图1 水泥窑烟气CO2捕集纯化示范生产线工艺流程图

2 示范生产线运行

水泥窑烟气CO2捕集纯化示范生产线是海螺集团积极落实国家环保战略创新型项目。项目于2017年8月在海螺水泥白马山水泥厂顺利开工建设，2018年10月，项目开始投产运行，生产的CO2产品品质高，2018年10月30日，经检测合格的液态CO2产品成功出厂销售，标志着海螺集团建设的世界首条水泥烟气二氧化碳捕集纯化环保示范项目成功投运。

图2 水泥窑烟气CO2捕集纯化示范生产线

图3 海螺生产的CO2产品成功销售

示范生产线生产的工业级和食品级液态CO2产品品质必须满足相关国家标准，生产的液态CO2产品经第三方检测机构检验，其相关指标均满足或优于国家标准

3 示范生产线运行存在的问题

示范生产线整体运行稳定，产品品质较高，电耗能满足设计值。因水泥行业尚未有成功的碳捕集项目运行经验可借鉴，项目的运行全靠操作人员根据专家意见和实际运行情况不断的进行摸索和调整，总结出制约着示范生产线运行成本高的问题，研讨相关解决措施，以便降低生产运行成本。存在的主要问题及调整措施如下：

（1）捕集的CO2水分含量大，第一冷却器内部阻力较大、内部容易结冰；氨压机做功不充分，气体CO2液化效果较差。

调整措施：提高分水罐的分离效果，降低二氧化碳中的含水量，延长干燥床的使用时间，降低干燥床的再生频次，降低CO2露点；控制气氨的压力，调整氨的蒸发温度，控制其温度在0℃以上，解决冷却器内部易结冰的难题，提高氨压机的效率；提高产品质量，降低电耗。

（2）CO2吸收液吸收/解吸效果不佳。

调整措施：①调整脱硫液配比，加强脱硫液的脱硫、脱硝效果，避免烟气中的SO2和氮氧化物混入吸收液导致吸收/解吸效率下降。②增加洗涤液换热器，降低吸收塔的烟气问题，防止其夹带过多的水分，影响贫富液循环液液位的控制，保障吸收液吸收/解吸效果，提高吸收液使用寿命。

4 结束语

水泥窑烟气CO2捕集纯化示范生产线是海螺集团落实国家环保减排战略的重大举措，示范生产线的建成，填补了世界水泥工业低碳技术空白，标志着水泥工业环保技术取得新突破，在全国乃至全球水泥行业都具有强大的引领和示范作用。示范生产线运行稳定，CO2产品质量较高。针对示范生产线运行过程中出现的具体问题，一方面，会同技术专家研讨解决方案，保证生产线持续稳定运行，进一步降低运行成本，另一方面，通过示范生产线运行，摸索、调整最佳系统运行参数，为系统低成本运行保驾护航，也是积累相关操作经验，为后续项目的开展和优化奠定一定的基础。