基于石灰石加绿氢制备CaO的低碳水泥生产系统模拟
邓雨萌1
伍嘉文2
曹洪杰2
李英杰1
1.山东大学 核科学与能源动力学院,山东 济南 250061;山东大学 高效储能及氢能利用山东省工程研究中心,山东 济南 2500612.山东大学 核科学与能源动力学院,山东 济南 250061
摘要：水泥生产是全球CO2 排放的主要来源之一,目前广泛研究的碳捕集利用与封存技术面临高能耗的问题.在传统水泥生产过程中,大量CO2 的排放主要来自石灰石的分解.通过将绿氢引入分解炉,不仅可以还原石灰石制备CaO,还能显著降低分解炉温度,并把CO2 转化为高附加值化工原料CO,从而实现低碳和低能耗的水泥生产.为了探究用石灰石中温加氢分解替代石灰石高温煅烧分解对水泥生产系统能耗、CO2 排放量、㶲效率及成本的影响,采用Aspen Plus软件对基于石灰石加氢制备CaO的低碳水泥生产系统进行模拟,并与采用单乙醇胺捕集CO2 的传统水泥生产系统进行对比分析.结果表明,与采用单乙醇胺碳捕集技术的传统水泥生产系统相比,基于石灰石加氢制备CaO的水泥生产系统通过将生料源CO2 转化为CO,显著减少了后续单乙醇胺碳捕集单元处理的CO2 量,从而在能耗、CO2 排放量和CO2 生成量(包括封存的CO2)方面分别降低了 19.42%、52.91%、37.55%.㶲分析表明,由于发生热力学不可逆的化学反应,系统㶲损主要集中在预热分解单元和回转窑;换热器的㶲损则主要源于冷热两侧的大温差.此外,基于石灰石加氢制备CaO的水泥生产系统不仅能够生产水泥熟料还可以产出合成气,从而提升了系统的有效输出㶲,使㶲效率从传统系统的 31.11%增加到75.63%.成本分析表明,与采用单乙醇胺碳捕集技术的传统水泥生产系统相比,绿氢使基于石灰石加氢制备CaO的低碳水泥生产系统成本增加了 122.66%.然而合成气的高利润抵消了这部分成本,并实现了 430.15 元/t熟料的净利润.基于石灰石加氢制备CaO的水泥生产系统在能耗、CO2 排放量、㶲效率和成本等方面具有显著优势,展现出良好的工业应用前景.
关键词：水泥生产碳减排石灰石加氢热力学模拟能耗㶲分析
分类号：TQ172(硅酸盐工业)TK91(氢能及其利用)
资助基金：国家自然科学基金(U22A20435)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 1-12 )
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