摘要介紹了全套外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)生產(chǎn)工藝及裝備的技術(shù)原理、技術(shù)組成、可應(yīng)用領(lǐng)域及生產(chǎn)特點(diǎn)，以5 000 t/d水泥熟料新型干法窯擬建年減排5萬t CO2為例，給出了全套具體方案、相關(guān)參數(shù)及對水泥窯的影響；介紹了目前常規(guī)的CO2捕集純化技術(shù)存在的問題、CO2產(chǎn)品的主要用途等。

利用外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)生產(chǎn)工藝及裝備技術(shù)，采用Φ2.8 m×56 m的外燃式旋窯，可以生產(chǎn)高品質(zhì)MgO粉、食品級液態(tài)CO2、食品級固態(tài)CO2（干冰）及余熱發(fā)電。經(jīng)一年多的生產(chǎn)考核運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期目的。

1 外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)基本技術(shù)原理及生產(chǎn)實(shí)景

利用石灰石（CaCO3）、菱鎂石（MgCO3）、白云石（CaMg（CO3）2）或其他碳酸鹽固體礦物質(zhì)原料在一定溫度下（分解溫度需在910 ℃以下）可以分解成為CO2氣體及石灰（CaO）產(chǎn)品、氧化鎂粉（MgO）產(chǎn)品、鎂鈣（或鈣鎂）粉產(chǎn)品或其他碳酸鹽固體礦物質(zhì)分解后形成不含CO2的固體物料（產(chǎn)品）的特點(diǎn)，在加熱分解上述礦物質(zhì)原料所需的燃料燃燒（火焰及煙氣）不與物料接觸的條件下，形成CO2氣體及不含CO2的固體物料（產(chǎn)品）。采用旋窯加熱分解上述礦物質(zhì)原料，燃料燃燒在窯外，礦物質(zhì)原料分解產(chǎn)生CO2在窯內(nèi)完成，CO2氣體自窯內(nèi)抽出后進(jìn)一步加工成為CO2產(chǎn)品，礦物質(zhì)原料分解后產(chǎn)生CaO、MgO等產(chǎn)品。

外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)基本技術(shù)原理見圖1，外燃式高溫煅燒碳酸鎂礦石旋窯實(shí)景見圖2，氧化鎂粉降溫及CO2氣體冷卻、凈化裝置見圖3，CO2氣體液化裝置見圖4，CO2氣體液化、固化車間見圖5，液態(tài)CO2固化（干冰）裝置見圖6，食品級固態(tài)CO2（棒狀）見圖7。

2 技術(shù)組成、應(yīng)用領(lǐng)域及生產(chǎn)特點(diǎn)

2.1 技術(shù)組成

全套外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)生產(chǎn)工藝及裝備見圖8。

外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)生產(chǎn)工藝及裝備技術(shù)組成如下：

第Ⅰ部分——外燃式旋窯：包括外燃式旋窯本體、窯本體支撐及傳動裝置。

第Ⅱ部分——CO2氣體高效收塵裝置：包括CO2氣體二級收塵裝置、三級收塵裝置。

第Ⅲ部分——窯尾喂料系統(tǒng)：包括預(yù)熱器式給料倉，或預(yù)熱器式給料倉+高溫?zé)煔庥酂徨仩t（SP余熱鍋爐），或高溫?zé)煔庥酂徨仩t（SP余熱鍋爐），根據(jù)項(xiàng)目具體情況確定。

第Ⅳ部分——窯頭高溫固體物料（產(chǎn)品）出料系統(tǒng)：包括氣力輸送+高溫固體物料余熱鍋爐（GTB余熱鍋爐），或高溫固體物料余熱鍋爐（GTB余熱鍋爐），或高溫固體物料冷卻機(jī)+高溫固體物料冷卻機(jī)廢氣余熱鍋爐（AQC余熱鍋爐）+產(chǎn)品回收裝置，根據(jù)項(xiàng)目具體情況確定。

第V部分——CO2氣體密封、冷卻系統(tǒng)：包括CO2氣體高溫粉塵分離器+高溫高粉塵CO2氣體空氣預(yù)熱器，或CO2氣體高溫粉塵分離器+高溫高粉塵CO2氣體空氣預(yù)熱器+高溫高粉塵CO2余熱鍋爐（FSP余熱鍋爐），或高溫高粉塵CO2余熱鍋爐（FSP余熱鍋爐），根據(jù)項(xiàng)目具體情況確定。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

全套技術(shù)可以應(yīng)用于如下行業(yè)：

（1）捕集純化（減排）水泥窯CO2及窯尾廢氣脫硫。

將喂入水泥窯窯尾預(yù)熱器的生料分出一部分喂入外燃式旋窯，利用外燃式旋窯將生料內(nèi)的CaCO3（石灰石）在外燃窯內(nèi)分解，分解后產(chǎn)生的高純度、高品質(zhì)CO2氣體自外燃窯內(nèi)抽出后進(jìn)一步加工形成液態(tài)或固態(tài)CO2產(chǎn)品，產(chǎn)生的CaO與生料中不能分解的其他成分物料混合的高溫物料（以下簡稱“低品位石灰粉產(chǎn)品”）再經(jīng)水泥窯窯尾煙室直接喂入水泥窯繼續(xù)生產(chǎn)水泥熟料。

根據(jù)需要生產(chǎn)的CO2產(chǎn)品量（CO2減排量）確定需自喂入水泥窯窯尾預(yù)熱器的生料中分出喂入外燃式旋窯的生料量。

當(dāng)水泥窯窯尾廢氣需要脫硫時，外燃式旋窯產(chǎn)生的低品位石灰粉產(chǎn)品可以與喂入水泥窯窯尾預(yù)熱器的生料一起喂入水泥窯窯尾預(yù)熱器（不再經(jīng)水泥窯窯尾煙室直接喂入水泥窯），實(shí)現(xiàn)水泥窯尾廢氣脫硫。

（2）生產(chǎn)高品質(zhì)CaO粉、MgO粉、MgO+CaO粉產(chǎn)品及捕集純化（減排）CO2。

CaO粉（石灰）、MgO粉、MgO+CaO粉產(chǎn)品分別由石灰石（CaCO3）、菱鎂石（MgCO3）及白云石（CaMg（CO3）2）煅燒產(chǎn)生，由于其分解溫度相近，均可采用本項(xiàng)技術(shù)及裝備。

將礦石破碎成200 μm~5 mm的粉體顆粒，經(jīng)外燃式旋窯加熱后形成高品質(zhì)CaO粉（石灰）、MgO粉、MgO+CaO粉產(chǎn)品、高純度CO2氣體，CO2氣體經(jīng)進(jìn)一步加工后形成液態(tài)或固態(tài)CO2產(chǎn)品。

（3）煅燒其他碳酸鹽固體礦物質(zhì)原料（如鋁礬土等），將碳酸鹽固體礦物質(zhì)破碎成200 μm ~5 mm的粉體顆粒，經(jīng)外燃式旋窯加熱后形成不含CO2的固體物料（產(chǎn)品）及高品質(zhì)、高純度CO2氣體。CO2氣體經(jīng)進(jìn)一步加工后形成液態(tài)或固態(tài)CO2產(chǎn)品。

生產(chǎn)的液態(tài)或固態(tài)CO2產(chǎn)品可以用于冷采石油（頁巖油等）、混凝土攪拌、農(nóng)業(yè)氣肥、焊接保護(hù)等，可以實(shí)現(xiàn)大量CO2減排的目標(biāo)。

（4）其他應(yīng)用領(lǐng)域（如加熱油砂、油頁巖，生產(chǎn)油氣等）有待于進(jìn)一步開發(fā)。

2.3 生產(chǎn)特點(diǎn)

2.3.1 環(huán)保

環(huán)保主要表現(xiàn)在：

（1）尾礦回收利用：在某些特定的情況下（如CaO、MgO、鈣鎂粉生產(chǎn)），利用現(xiàn)有的其他技術(shù)建成的相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)線由于對礦石粒度的要求，產(chǎn)生大量的小顆?；蚍垠w礦石原料尾礦。其一方面造成環(huán)保問題，另一方面造成資源浪費(fèi)。利用本項(xiàng)技術(shù)的生產(chǎn)線，可以完全回收利用這些尾礦，生產(chǎn)的產(chǎn)品可以為粉體，也可以壓制成相應(yīng)的顆粒（或塊狀），其形狀、尺寸、顆粒強(qiáng)度可以滿足下游生產(chǎn)線的要求。

（2）廢氣、廢渣、廢水、粉塵：生產(chǎn)線需要的燃料為煤氣。由于燃燒室燃燒溫度相對較低（850~1 150 ℃）、煙氣不與物料接觸即不含粉塵（與利用現(xiàn)有的其他技術(shù)建成的相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)線排放的廢氣不同），因此煙氣便于脫硝、降溫（回收余熱）、脫硫，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后排放。當(dāng)為水泥窯捕集純化CO2項(xiàng)目時，高溫?zé)煔庵苯油ㄈ胨喔G尾分解爐，除降低水泥窯煤耗外，煙氣的脫硝、脫硫可以利用水泥窯系統(tǒng)的脫硝、脫硫裝置。

如果生產(chǎn)需要的煤氣為自制，則煤氣發(fā)生爐會產(chǎn)生很少量的廢氣、含酚廢水、爐渣、煤焦油。廢氣及含酚廢水可以并入燃燒室煤氣燃燒廢氣與其一同處理，爐渣及煤焦油積攢到一定量后可以運(yùn)至水泥生產(chǎn)廠用作水泥生產(chǎn)用原料、燃料。

礦石、煤的破碎、輸送轉(zhuǎn)運(yùn)及外燃窯生產(chǎn)的固體物料（產(chǎn)品）輸送轉(zhuǎn)運(yùn)過程會有少量含塵廢氣產(chǎn)生，經(jīng)收塵器收塵達(dá)到廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)后排放，收塵器收下的粉塵回到各自物料中，不對外排放。

生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生其他廢水。

（3）捕集純化及減排CO2。該技術(shù)在生產(chǎn)常規(guī)固體物料（產(chǎn)品）的同時，還生產(chǎn)（為礦石直接分解產(chǎn)生）附加產(chǎn)品食品級液態(tài)、固態(tài)CO2，附加CO2產(chǎn)品的銷售、使用，可以提高投資效益及實(shí)現(xiàn)大量減排CO2的目標(biāo)。

2.3.2 節(jié)能

相關(guān)生產(chǎn)線的燃料消耗及電耗低于利用現(xiàn)有的其他技術(shù)建成的相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)線，同時由于可以全部回收生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱，其產(chǎn)品的綜合能耗遠(yuǎn)低于利用現(xiàn)有的其他技術(shù)建成的相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)線。

2.3.3 產(chǎn)能大、產(chǎn)品質(zhì)量高

外燃式旋窯為連續(xù)式生產(chǎn)，相比于利用現(xiàn)有技術(shù)建成的相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)線，單條外燃式旋窯產(chǎn)能要大很多。

由于在煅燒過程中礦石原料與火焰不接觸，因此，生產(chǎn)出的產(chǎn)品活性高（礦石原料不會過燒，也不會燒不好——如氧化鎂產(chǎn)品，其碘活性可達(dá)160、檸檬酸可達(dá)≤7 S）、純度高（燃料中的雜質(zhì)不會混入產(chǎn)品中，也不會有過燒的礦石原料混入產(chǎn)品中），可提高下游產(chǎn)品質(zhì)量。

也是由于礦石在煅燒過程中物料與火焰不接觸，因此，生產(chǎn)出的CO2氣體為礦物直接分解，純度高，有害物成分低，無需再提純、去除有害物即可生產(chǎn)出食品級液態(tài)CO2或干冰等。

2.3.4 生產(chǎn)成本低

由于可以利用尾礦，同時可以全部回收利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱，加之CO2氣體的回收利用（變廢為產(chǎn)品）及生產(chǎn)的連續(xù)性、產(chǎn)品質(zhì)量等因素，使得本技術(shù)生產(chǎn)成本低。

3 應(yīng)用于水泥窯CO2減排及窯尾廢氣脫硫

3.1 一般工藝系統(tǒng)組成

根據(jù)水泥熟料生產(chǎn)線的工藝流程，利用本項(xiàng)技術(shù)為水泥熟料生產(chǎn)線配套建設(shè)水泥窯捕集純化（減排）CO2及窯尾廢氣脫硫項(xiàng)目的工藝組成包括：

（1）礦石儲存及原料制備系統(tǒng)：直接利用水泥線生料粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的生料粉（或石灰石粉），不再考慮設(shè)置該系統(tǒng)。

（2）外燃式旋窯系統(tǒng)：包括預(yù)熱器式給料倉、窯尾喂料及密封裝置、外燃式旋窯本體、窯頭高溫出料及抽取CO2氣密封裝置、外燃式旋窯燃燒室。

（3）外燃式旋窯出料系統(tǒng)：包括CaO與生料中不能分解的其他成分物料混合的高溫固體物料（高溫低品位石灰粉產(chǎn)品）倉、氣力輸送、入水泥窯窯尾煙室系統(tǒng)（即直接喂入水泥窯，繼續(xù)生產(chǎn)水泥熟料）。

當(dāng)窯尾廢氣需要脫硫時，高溫低品位石灰粉產(chǎn)品與生料一起喂入水泥窯窯尾預(yù)熱器（不再經(jīng)煙室喂入），實(shí)現(xiàn)窯尾廢氣脫硫的目的。

（4）CO2氣體處理系統(tǒng)：包括高溫粉塵分離裝置、空氣預(yù)熱器裝置、至燃燒室空氣輸送系統(tǒng)、二級及三級收塵（石灰粉）及回灰裝置。

（5）CO2氣體液化、固化系統(tǒng)：包括液化系統(tǒng)、液態(tài)CO2儲存罐、固化裝置。

（6）外燃窯廢氣處理系統(tǒng)：包括燃燒室高溫?zé)煔夤艿老到y(tǒng)、煙氣脫硝裝置、預(yù)熱器式給料倉、煙氣自預(yù)熱器式給料倉至入水泥窯窯尾分解爐系統(tǒng)。

（7）煤氣制備系統(tǒng)：直接利用水泥生產(chǎn)線燃煤儲存、破碎系統(tǒng)，本項(xiàng)目僅設(shè)置煤的篩分裝置。

考慮水泥窯臨時或較長時間停窯而外燃窯不希望經(jīng)常停窯：

設(shè)置備用生料及石灰石粉庫（簡稱“原料粉”），利用水泥線生料粉磨系統(tǒng)的富余生產(chǎn)能力，在備用原料粉庫中備存水泥窯臨時停窯時外燃式旋窯生產(chǎn)用原料粉。當(dāng)水泥窯長時間停窯時，利用水泥線生料粉磨系統(tǒng)粉磨原料粉送入備用原料粉庫供外燃式旋窯繼續(xù)生產(chǎn)低品位石灰粉產(chǎn)品。水泥窯恢復(fù)生產(chǎn)時，低品位石灰粉產(chǎn)品繼續(xù)用于水泥熟料生產(chǎn)；或水泥窯生料粉磨系統(tǒng)僅粉磨石灰石粉送入備用原料粉庫供外燃式旋窯繼續(xù)生產(chǎn)高品位石灰粉產(chǎn)品。

設(shè)置備用低品位石灰粉產(chǎn)品庫，儲存水泥窯停窯時外燃式旋窯生產(chǎn)的低品位石灰粉產(chǎn)品或高品位石灰粉產(chǎn)品。

由于外燃式旋窯出料為高溫低品位石灰粉產(chǎn)品，考慮水泥窯停窯，需設(shè)置備用高溫固體物料降溫裝置——余熱鍋爐（GTB余熱鍋爐）。

由于外燃式旋窯燃燒室排出的煤氣燃燒廢氣經(jīng)預(yù)熱器式給料倉后溫度仍為700 ℃以上，考慮水泥窯停窯，需設(shè)置備用高溫?zé)煔饨禍匮b置——余熱鍋爐（SP余熱鍋爐）。燃燒室高溫?zé)煔庠谶M(jìn)入預(yù)熱器式給料倉前已脫硝，燃燒用煤氣已經(jīng)脫硫，出SP余熱鍋爐的煙氣可以經(jīng)水泥窯窯尾煙囪直接排放。

3.2 應(yīng)用于5 000 t/d生產(chǎn)線年捕集純化（減排）5萬t CO2及窯尾廢氣脫硫項(xiàng)目時的情況

3.2.1 工藝系統(tǒng)組成及參數(shù)分布

5 000 t/d生產(chǎn)線年捕集純化（減排）5萬t CO2及窯尾廢氣脫硫工藝系統(tǒng)組成及參數(shù)分布見圖9。

3.2.2 基本設(shè)計條件

基本設(shè)計條件（與減排CO2項(xiàng)目相關(guān)的水泥窯運(yùn)行基本技術(shù)參數(shù)）見表1。

3.2.3 項(xiàng)目基本技術(shù)參數(shù)

（1）系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率：與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行270 d；項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行60 d。

（2）生料粉及石灰石粉消耗量：與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行生料消耗38.0 t/h；項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行石灰石粉消耗32.3 t/h。

（3）原煤消耗量：與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行5.4 t/h；項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行5.0 t/h。

（4）用電功率：與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行2 100 kW；項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行2 250 kW。

（5）消耗水量：與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行11 t/h，主要為水泥窯現(xiàn)有余熱電站提高發(fā)電能力后增加的用水量。項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行26 t/h，主要為余熱電站用水量。

（6）固體物料產(chǎn)量：低品位CaO粉（CaO含量59%）26.4 t/h，與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行，入窯尾煙室或入窯尾C1級預(yù)熱器生產(chǎn)水泥熟料同時窯尾廢氣脫硫；高品位CaO粉（CaO含量75%）20.7 t/h，項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行，可直接銷售，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)煤耗192 kg/t，余熱發(fā)電能力148.7 kWh，綜合能耗遠(yuǎn)低于目前利用其他技術(shù)建成的生產(chǎn)線。

（7）液態(tài)CO2產(chǎn)品產(chǎn)量：水泥窯聯(lián)合運(yùn)行10.4 t/h，項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行10.4 t/h，年總產(chǎn)量8.25萬t。

（8）固態(tài)CO2（干冰）產(chǎn)量：液態(tài)CO2全部用于生產(chǎn)干冰時為7.83萬t。

3.2.4 水泥窯參數(shù)變化

（1）窯尾C1級預(yù)熱器生料喂料減少38.0 t/h，C1出口廢氣（330 ℃）減少1 412 Nm3/h。

（2）窯尾煙室（或窯尾C1級預(yù)熱器）喂入低品位CaO粉（900 ℃） 26.4 t/h。

（3）窯尾分解爐增加煙氣量（760℃）37 514 Nm3/h，減少喂煤量4.24 t/h，減少三次風(fēng)量（或冷卻機(jī)增加排放廢氣量，用于余熱電站窯頭AQC余熱鍋爐） 24 812 Nm3/h。

（4）熟料產(chǎn)量不變。

（5）余熱電站發(fā)電能力變化：與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行時發(fā)電能力增加1 278 kW，項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行時余熱電站總發(fā)電能力3 082 kW。

特別情況：當(dāng)外燃窯生產(chǎn)的26.4 t/h、900 ℃高溫低品位CaO粉喂入水泥窯而窯尾C1級預(yù)熱器生料喂料量保持390 t/h不變時，熟料產(chǎn)量可以增加600 t/d以上。

3.2.5 關(guān)于捕集純化CO2量

1）與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行時的CO2捕集純化量

自入外燃窯生料中回收CO2氣體量為11.6 t/h，可生產(chǎn)及銷售食品級液態(tài)CO2產(chǎn)品10.4 t/h，合計年生產(chǎn)銷售6.75萬t。如果液態(tài)CO2全部轉(zhuǎn)化為固態(tài)CO2（干冰）產(chǎn)品，可生產(chǎn)及銷售9.9 t/h，合計年生產(chǎn)銷售干冰6.41萬t。即捕集純化CO2量為6.41萬t。

2）獨(dú)立運(yùn)行時（年運(yùn)行60 d）CO2的捕集純化量

自入外燃窯石灰石粉中回收CO2氣體量為11.6 t/h，可生產(chǎn)銷售食品級液態(tài)CO2產(chǎn)品10.4 t/h，合計年生產(chǎn)銷售1.5萬t。如果液態(tài)CO2全部轉(zhuǎn)化為固態(tài)CO2（干冰）產(chǎn)品，可生產(chǎn)及銷售9.9 t/h，合計年生產(chǎn)銷售CO2產(chǎn)品為1.42萬t。即捕集純化CO2量為1.42萬t。

年合計捕集純化CO2量為7.83萬t。

3.2.6 關(guān)于減排CO2量

1）與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行時（年運(yùn)行270 d）的CO2減排量

考慮外燃窯消耗原煤3.47萬t，水泥窯減少原煤消耗2.75萬t，即水泥廠增加原煤消耗7 200 t（折合標(biāo)準(zhǔn)煤5 760 t），按每噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒排放2.2 t CO2氣體計算，水泥廠因增加原煤消耗增加CO2氣體排放量1.27萬t。

再考慮增加的水量及電力消耗（扣除余熱電站增加的發(fā)電能力后）較少，折算增加的CO2排放量也較少。

當(dāng)生產(chǎn)的液態(tài)或固態(tài)CO2產(chǎn)品用于化工原料、冷采石油（頁巖油等）、混凝土攪拌、農(nóng)業(yè)氣肥、制備燃料氣（替代其他燃料）等能夠固化CO2的行業(yè)后，本項(xiàng)目減排CO2量確定為：6.41-1.27=5.14萬t。

即本項(xiàng)目與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行時實(shí)際減排CO2量為5萬t以上。

2）獨(dú)立運(yùn)行時（年運(yùn)行60 d）的CO2減排量

獨(dú)立運(yùn)行時外燃窯消耗原煤0.72萬t（折合標(biāo)準(zhǔn)煤5 760 t），按每噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒排放2.2 t CO2計算，因原煤消耗增加CO2氣排放量1.27萬t。再考慮獨(dú)立運(yùn)行時其余熱發(fā)電能力超過了用電能力、增加的水量較少，折算增加的CO2排放量也較少。實(shí)際減排CO2量為：1.42 -1.27 =0.15萬t。

綜合上述情況，減排的CO2量僅考慮與水泥窯聯(lián)合運(yùn)行時減排的CO2量，不考慮項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行，即年減排CO2量為5萬t以上。

4 目前常用的CO2捕集純化技術(shù)及存在的問題

4.1 目前常用的CO2捕集及純化技術(shù)措施

目前常用的CO2捕集及純化（減排CO2）技術(shù)措施主要通過捕集工業(yè)廢氣中的CO2氣體，再將捕集到的CO2氣體進(jìn)行提純后變?yōu)楫a(chǎn)品，其具體技術(shù)措施可以分為化學(xué)法和物理法兩大類，具體如下：

（1）化學(xué)吸收法：利用CO2為酸性氣體與堿性物質(zhì)反應(yīng)原理進(jìn)行吸收分離，常用的堿性吸收劑有：堿金屬碳酸鹽水溶液、乙醇胺水溶液等。

（2）物理溶劑吸收法：利用液態(tài)吸收劑對CO2的溶解度與其他氣體組分不同而進(jìn)行分離。常用的溶劑有水（高壓水洗法）、甲醇（低溫甲醇洗法）、碳酸丙烯酯（碳丙法）等，物理溶劑吸收法要求在較高壓力下進(jìn)行，能耗很高。

（3）吸附分離法：利用吸附劑的平衡吸附量隨組分分壓或體系溫度變化而不同的特性實(shí)現(xiàn)分離，是簡單的吸附解吸的物理過程，具有工藝簡單、無毒、無污染（不污染環(huán)境和氣源）的特點(diǎn)，同時也不存在吸收法所要求的溶劑配制和溶劑損耗等問題。

（4）膜分離法：以各種氣體在薄膜材料中的滲透率不同來實(shí)現(xiàn)分離的方法，用于CO2分離的膜分離器有中空纖維管束和螺旋卷板式兩種，目前該法必須與其他分離工藝結(jié)合使用，還沒有工業(yè)化應(yīng)用。

4.2 存在的問題

上述幾種常用的回收CO2氣體技術(shù)措施，主要是通過回收水泥窯窯尾廢氣中的CO2，經(jīng)過除塵、提純、凈化去除有害物成分等工序得到CO2氣體產(chǎn)品。由于窯尾廢氣成分的復(fù)雜，相對來講存在如下問題：

（1）產(chǎn)出的CO2氣體產(chǎn)品一般為工業(yè)級，很難生產(chǎn)出食品級；

（2）生產(chǎn)成本相對較高；

（3）生產(chǎn)管理較復(fù)雜；

（4）有二次污染產(chǎn)生；

（5）投資相對較高：捕集純化CO2氣體并將其轉(zhuǎn)化為液態(tài)CO2產(chǎn)品投資約為1 500~2000元/t。

4.3 水泥行業(yè)捕集純化（減排）CO2項(xiàng)目實(shí)例

2018年10月國內(nèi)某5 000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線利用目前常規(guī)碳捕集純化技術(shù)建成投產(chǎn)了1套年捕集純化（減排）5萬t CO2項(xiàng)目，該項(xiàng)目為自水泥窯窯尾廢氣中直接捕集CO2。該項(xiàng)目雖然僅能生產(chǎn)工業(yè)級液態(tài)CO2，加之生產(chǎn)成本、投資過高，除了減排CO2效應(yīng)外，投資收益不大，但卻為水泥行業(yè)捕集純化CO2，達(dá)到減排CO2的目的開了先河。

福建龍巖某水泥集團(tuán)公司確定利用外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)生產(chǎn)工藝及裝備技術(shù)，為其三條5 000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線分別配套建設(shè)年捕集純化7.83萬t CO2（食品級固態(tài)CO2）、年減排5萬t CO2、年產(chǎn)20.1萬t石灰（用于水泥熟料生產(chǎn)及窯尾廢氣脫硫）項(xiàng)目。目前項(xiàng)目立項(xiàng)工作已經(jīng)全部結(jié)束，計劃2020年2月份起陸續(xù)開工建設(shè)。

5 CO2產(chǎn)品的主要用途

5.1 工業(yè)級CO2產(chǎn)品的主要用途

5.1.1 混凝土攪拌

水和二氧化碳相遇時會生成碳酸根離子，與在攪拌水泥的過程中出現(xiàn)的游離鈣離子結(jié)合，生成了納米級碳酸鈣礦物。這樣一來，CO2就以礦物質(zhì)的形式，永久地封存在混凝土中，即使多年后建筑物拆除，也不會重新進(jìn)入大氣。

通常來講，1 m3混凝土需要液態(tài)CO2約15 kg，減少水泥用量約30~45 kg。由于CO2的使用，每立方米混凝土成本可以降低6元以上。全國每年混凝土用量約25億立方米，如果其中的10%采用CO2，則年需液態(tài)CO2 300萬t以上。

5.1.2 水泥助磨劑

我國大多數(shù)水泥助磨劑企業(yè)現(xiàn)在都以購買化工原料復(fù)配的生產(chǎn)工藝為主，而通過化工方法利用CO2，將推動水泥助磨劑與水泥行業(yè)的雙向聯(lián)動，形成低碳循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。目前水泥助磨劑的使用率不斷提高，近一兩年內(nèi)我國大中型水泥企業(yè)對水泥助磨劑的應(yīng)用率將達(dá)到60%左右。以總產(chǎn)量17億t/a水泥計，粉體助磨劑摻量按4 kg/t、液態(tài)摻量按1 kg/t計算，市場需求可達(dá)200萬t/a以上。

5.1.3 冷采石油（頁巖油等）

據(jù)某油田實(shí)用檢測，使用CO2驅(qū)油可以使原油增產(chǎn)15%~31%，所以油田需用CO2的量難以估計，是一個永遠(yuǎn)難以飽和的市場。試驗(yàn)表明，成功使用CO2驅(qū)油，即便一眼中小型油井，每次注入的CO2也需要300 t以上。即便我國只有十分之一的油田采用CO2驅(qū)油，每年所需CO2也超過3 000萬t。

5.1.4 燃料氣制備

一定量的高溫CO2氣體與相應(yīng)的水蒸氣在特定的壓力、溫度條件下混合可以形成燃料氣，其熱值可以達(dá)到8 400 kJ/kg以上，由于燃料氣的制備成本較低，可以替代大多數(shù)的燃煤、燃?xì)狻⑷加汀?/p>

5.1.5 化工原料

利用CO2可以合成多種無機(jī)和有機(jī)化工產(chǎn)品，用量最大的是生產(chǎn)尿素、碳酸氫銨和純堿。另外，也可以與環(huán)氧乙烷進(jìn)行反應(yīng)制備碳酸乙烯酯，在一定條件下進(jìn)行水解還可以制得乙二醇，從而可以獲得水泥助磨劑的主要原料醇類物質(zhì)?？山到馑芰?、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯等產(chǎn)品。

5.1.6 惰性介質(zhì)

在金屬保護(hù)焊、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉法煉鋼新工藝、滅火、動物麻醉屠宰以及易燃易爆氣體容器的置換處理過程中，均需使用大量CO2氣體。

5.1.7 其他用途

CO2產(chǎn)品除前述用途外，還可用于：制冷劑、溶劑、壓力源、鑄造、印染、干洗等行業(yè)，清洗（如汽車、油污、管道結(jié)垢、管道集塵等）、消防等行業(yè)。

5.2 食品級CO2產(chǎn)品的主要用途

食品級CO2主要應(yīng)用于飲料和啤酒行業(yè)、煙草行業(yè)、防腐保鮮、冷鏈運(yùn)輸行業(yè)；高純級二氧化碳可用于制藥、電子、生物、超臨界萃??；農(nóng)業(yè)氣肥等。

5.3 CO2產(chǎn)品市場需求潛力

CO2是一種可利用的寶貴資源，已被世界有關(guān)組織列為人類最親和的氣體之一，在化學(xué)、食品、機(jī)械加工、石油開采等諸多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。但由于捕集純化CO2成本較高，目前全球CO2年利用量不足1億t，仍是一個很大的浪費(fèi)。

據(jù)有關(guān)資料報道，美國生產(chǎn)液態(tài)CO2的能力為745萬t/a，日本為117萬t/a，西歐總消耗量在120萬t/a，而我國目前只有20~28萬t/a。從以上數(shù)據(jù)可以看出，我國的CO2市場需求潛力是巨大的。

有關(guān)專家預(yù)計，未來幾年我國食品級CO2消費(fèi)量，將以年均30%的速度遞增，5年內(nèi)消費(fèi)總量將達(dá)1000萬t以上。

6 結(jié)束語

利用外燃式旋窯高溫煅燒碳酸鹽礦物質(zhì)生產(chǎn)工藝及裝備技術(shù)來捕集純化（減排）水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2，同時為窯尾廢氣脫硫，目前在水泥行業(yè)還沒有得以實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，但利用該項(xiàng)工藝及裝備已建成投產(chǎn)了4條Φ2.8 m×56 m外燃式旋窯氧化鎂粉生產(chǎn)線，且陸續(xù)經(jīng)過了近4年的實(shí)際生產(chǎn)考驗(yàn)，加之CaCO3分解與MgCO3分解特性相近，因此，將該項(xiàng)工藝及裝備應(yīng)用于捕集純化（減排）水泥窯CO2，同時為窯尾廢氣脫硫不會存在大的技術(shù)風(fēng)險。希望本文能夠?yàn)樗喔G減排二氧化碳提供技術(shù)參考。