低碳水泥创新技术有哪些？

水泥行业实现碳中和离不开工艺、技术、燃烧方式等的不断创新和突破，以下四种在研创新性低碳水泥技术，可能在未来水泥行业二氧化碳减排进程中 发挥重要作用。

1. 外燃式旋窑碳捕集技术

该工艺主要原理是根据捕集 CO2量的要求，将原本送入 预热器下料管的生料，分出一定量送入外燃式高温煅烧回转窑中分解。由于采 用外燃式技术，生料在回转窑内间接加热，风量小且获得 CO2初始浓度高；燃 料与物料不直接接触，分解出来的氧化钙活性较高，可以直接吸收原料中分解 出来的 SOx，分解出来的气体只含少量的 SOx、NOx、粉尘；经过换热器将高 温分解气体冷却降温后送入除尘器除尘，再送入脱硫床、干燥床、精密吸附床 进一步脱硫、干燥、除尘并除去氮氧化物等杂质，然后送入精馏塔精馏提纯， 最后送入储存罐。燃料燃烧烟气废热和高温 CO2冷却余热可用于余热锅炉，也 可以用来预热燃料燃烧所需要的空气。

该技术仅捕集原料煅烧部分产生的 CO2，无法捕集燃料燃烧产生的 CO2， 并且该技术对生产线改动较大，仅适用于新建生产线配套建设。主要优点是工 艺原理简单，工艺系统没有化学吸收法复杂，运行成本比较低；其缺点是，外 燃式高温煅烧回转窑对筒体材料的耐高温特性要求非常高。目前在水泥行业还 没有实际案例，但利用该项工艺及装备已建成投产了 4 条 Φ2.8 m×56 m 外燃式 旋窑氧化镁粉生产线，且陆续经过了近 6 年的实际生产，加之 CaCO3 分解与 MgCO3 分解特性相近，因此，将该项工艺及装备未来有望应用于捕集纯化水泥 窑 CO2。

2. 悬浮煅烧技术

水泥熟料的悬浮煅烧，是一项取消了回转窑和篦冷机的新型工艺，将“预热、 分解、烧成、冷却”整个生产系统集成在一个立式塔架内，比现有的预热器高出 三分之一左右，烧成温度设计为 1320°C，烧成的熟料粒径小于常规熟料。 由于取消了回转窑和篦冷机，采用高度的集成布局，系统阻力和散热、漏 风会大幅度减小，生产能耗将大幅度降低。此外，悬浮煅烧技术还具有系统投 资低、产品质量高、占地面积小的特点。 与“新型干法水泥”技术相比，预计烧成温度由 1450°C降到 1320°C，热耗降 低 100kcal/kg 熟料。理论情况下能够帮助水泥企业节电 20%左右，节煤 20%左 右，CO2减排 10-25%，NOX减排 40%以上。 此外，悬浮煅烧为静态设施，为未 来电炉烧成奠定了基础；为风力、光伏、地热等绿电的零碳烧成创造了条件； 也为纯氧、绿氢等零碳燃料的使用可能性提供了方便。

3. 全氧燃烧技术

全氧燃烧是把燃料与 90%~99%纯氧按照预定燃料比混合，以更精确的方式 来进行燃烧的技术。全氧燃烧技术优势显著，可以极大地提高燃烧效率、火焰 及烟气温度，其应用主要集中在发电厂和玻璃工业，在水泥行业的尝试虽然较 早（可追溯至 1920 年），但至今没有大规模的推广，主要因为制氧成本高昂及 水泥窑大风量煅烧和充分热交换的特性。水泥窑采用纯氧+整体富氧+O2/CO2 方 式时，一般与 CCS（CO2 Capture and Storage）技术联合使用。现阶段由于制备 纯氧以及 CO2压缩和净化的能耗太高（如深冷法制纯氧电耗为 0.5~0.8kWh/m3 O2， 吨减排 CO2成本为€40/tCO2），限制了其大规模工业化应用。

4. 跨行业联合创新颠覆性新技术

2021 年初，德国三家享誉世界多年的企业——Enertrag 可再生能源公司， Cemex 集团的德国 Rudersdorf 水泥企业和 Sunfire 电解化学技术公司共同组建了 一个技术创新研发联合体，旨在完全达到碳中和条件下，建设一套完整工业规 模的可以同时生产水泥和多种化学产品的联合生产系统。该创新研发项目的名 称是“Concrete Chemicals”（混凝土 化学产品），报请德国联邦环境、生态保护 和核安全部（BMU）审批后，已列入 2021年《德国工业减碳行动》规划，并获 得了项目启动的资金支持。

项目的目标和科技攻关内容主要为：Enertrag 公司在其 Brandenburg 的风能 和太阳能电厂为年产水泥 200 万吨的 Rudersdorf 水泥厂提供其所需要的全部电 能，建设一套专门的零碳供电及储能系统。Sunfire 公司给 Rudersdorf 水泥厂提 供一套 20 MW 的碱性加压电解槽装备，用于生产 5000t/a 绿氢，一套 Co-SOEC 高温电解槽装备，用于生产碳氢化合物和一氧化碳的混合物组成的合成气体 （syngas）。Rudersdorf 水泥厂排出的全部 CO2则分别与绿氢或合成气体经过一 系列物理化学的催化反应后，生产出绿色甲醇、多种清洁化学产品和清洁燃料。

“Concrete Chemicals”（混凝土 化学产品）联合工厂可完全实现碳中和，计 划 2025 年全线联动投入试生产。这将是世界上第一条工业规模验证示范生产线， 不仅能实现碳中和，而且还首创水泥厂全部运用零碳电能，同时生产零碳水泥 （2Mta），以及多种清洁化学产品和清洁燃料；水泥窑全部采用替代燃料和绿 氢煆烧熟料，其对化石燃料（煤、油、气）的替代率 TSR=100%。该项目开拓 了水泥窑 CO2 高效利用的新领域，实现水泥联合能源和化工行业的优势互补， 协同联合创新的流程再造新技术，科技、经济与可持续发展的意义非凡。