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250次循环的“碳减排”技术落地,德国石灰工业的环保性超前吗?

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-09-26  来源:粉体网  浏览次数:33
核心提示:作为广大制造业不可或缺的关键和基础,石灰产业和精加工技术正面临着巨大挑战
 前言
     作为广大制造业不可或缺的关键和基础,石灰产业和精加工技术正面临着巨大挑战。诸如:碳减排、循环发展、节能降耗以及大型设备升级等等。石灰是由石灰石经高温煅烧而成,属于能源和碳排放密集型产业,石灰行业碳排放兼具能源碳排放和工业过程碳排放的特殊性,其中工业过程(石灰石分解)碳排放占总排放量的三分之二以上。
 
     据了解,2020年全球石灰产量约4.2亿吨,为推动石灰行业节能降耗、绿色、可持续发展,部分国家和地区发布了石灰行业气候中和路线图。例如,欧洲石灰行业预计到2030年和2050年,燃料燃烧排放强度降低约8%和16%;德国计划在2050年前完成石灰行业转型等。诸多大型石灰跨国公司也在积极开发替代燃料,如废弃物燃料、氢能、生物质燃料等,目前替代燃料使用比例超20%,大幅减少能源燃烧过程碳排放。同时,这些公司在碳捕获与利用(CCU/CCUS)、生态固碳等方面也进行了积极的尝试与努力。
 

石灰石矿

01

德国石灰技术研究进展

(1)气候保护和二氧化碳减排

     在世界范围内,石灰行业中CO2分离和还原技术的研究都是重点和前沿工作。2020年~2022年,德国石灰工业联合会(BVK)联合德国工业研究协会(AiF), 开展了“用于捕获CO2的石灰基固态反应堆”相关研究,并在2022年下半年投入使用。

      石灰和水泥行业约占全球二氧化碳排放量的5%,大约一半的CO2来自产物本身,研究价值巨大。反应堆循环(储能)原理方面,CaCO3在高温下吸收热量,被分解为CaO和CO2,煅烧释放的CO2经压缩后储存,CaO在常温常压下储存,此为储能过程。当需要能量时,将CaO和CO2在碳酸化反应器中进行放热的碳酸化反应,将储存的能量以热能形式释放出来,此为热能释放过程。在初步测试中,反应堆进行了250次有效循环,工厂减少近三分之一的二氧化碳排放量。

实验性固态反应堆与概念模型

     德国石灰工业联合会主席凯·舍费尔博士说:“最迟到2050年,我们将能够在所有工厂生产我们的石灰产品,而不会排放二氧化碳,即碳中和。”

(2)循环经济与环境保护

       循环经济意义上的环保过程研究是BVK的另一个研究重点。其重点是保护资源和使用石灰回收重要的营养物质,如磷脂(P)或氮(N)。L'AmmoRE项目,通过石灰使用从沼气厂的发酵产物中以氨水的形式回收氨。Re-BioP循环项目,用石灰通过在流化床反应器中耦合Bio-P分解和结晶/造粒(Re-BioP循环)从城市污水处理厂回收磷,作为合格的植物肥料。

(3)优化石灰煅烧工艺

      为了进一步改善煅烧石灰的工艺并降低能耗,BVK对广泛使用的炉型GGR炉,竖炉和混合烧制普通竖炉进行建模和模拟,进一步提高石灰窑的效率。项目模拟燃料类型和粒度分布对煅烧石灰质量的影响,减少一氧化碳排放(高达6%),从而减少能源消耗。对中小企业的好处在于,工艺控制更精准,可以确定核心温度和反应动力学;燃料可选择性更广泛,可根据煤的来源和粒度分布来搭配燃料混合物;同时降低能耗,提高利用率。

 

02

德国石灰精加工(煅烧)窑炉

       石灰石和白云石在加热时会改变其化学成分,在900~1200°C的温度下,石灰石转化为气态二氧化碳和氧化钙。因此,一个好的石灰燃烧器的任务是尽可能多地从石头中排出天然二氧化碳-灰色,让沉重的石灰石变成雪白的石灰。

目前,德国石灰窑主要是竖窑回转窑两大类。

(1)竖窑

      竖窑可以燃烧直径至少为20mm至175mm的石材。一些竖窑可以使用天然气,液体和固体燃料。此类竖窑倾向于产生中等反应性的生石灰,可用于制造钢铁和加气混凝土块以及熟石灰。


(2)回转窑

       回转窑由一个旋转圆筒组成,该圆筒与水平方向倾斜3至4度。石灰石,白垩或白云石被送入上部“后端”,燃料和燃烧空气被喷射到下部“前端”。这种类型的窑通常用15毫米至40毫米不等的块状燃料,煤,石油焦等,或天然气和废物衍生燃料。回转窑用于生产白云石灰和更高纯度的生石灰,制造低碳钢,玻璃纤维和医疗保健产品。

 

 

图片

结语

     德国石灰工业联邦协会,有100多家会员单位,几乎100%代表了德国所有石灰生产商,协会将自己视为公众,商业和科学的合作伙伴。
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