技术 | 新型干法水泥窑捕集纯化（减排）二氧化碳探讨

摘要介绍了全套外燃式旋窑高温煅烧碳酸盐矿物质生产工艺及装备的技术原理、技术组成、可应用领域及生产特点，以5 000 t/d水泥熟料新型干法窑拟建年减排5万t CO2为例，给出了全套具体方案、相关参数及对水泥窑的影响；介绍了目前常规的CO2捕集纯化技术存在的问题、CO2产品的主要用途等。

利用外燃式旋窑高温煅烧碳酸盐矿物质生产工艺及装备技术，采用Φ2.8 m×56 m的外燃式旋窑，可以生产高品质MgO粉、食品级液态CO2、食品级固态CO2（干冰）及余热发电。经一年多的生产考核运行，达到了预期目的。

1 外燃式旋窑高温煅烧碳酸盐矿物质基本技术原理及生产实景

利用石灰石（CaCO3）、菱镁石（MgCO3）、白云石（CaMg（CO3）2）或其他碳酸盐固体矿物质原料在一定温度下（分解温度需在910 ℃以下）可以分解成为CO2气体及石灰（CaO）产品、氧化镁粉（MgO）产品、镁钙（或钙镁）粉产品或其他碳酸盐固体矿物质分解后形成不含CO2的固体物料（产品）的特点，在加热分解上述矿物质原料所需的燃料燃烧（火焰及烟气）不与物料接触的条件下，形成CO2气体及不含CO2的固体物料（产品）。采用旋窑加热分解上述矿物质原料，燃料燃烧在窑外，矿物质原料分解产生CO2在窑内完成，CO2气体自窑内抽出后进一步加工成为CO2产品，矿物质原料分解后产生CaO、MgO等产品。

外燃式旋窑高温煅烧碳酸盐矿物质基本技术原理见图1，外燃式高温煅烧碳酸镁矿石旋窑实景见图2，氧化镁粉降温及CO2气体冷却、净化装置见图3，CO2气体液化装置见图4，CO2气体液化、固化车间见图5，液态CO2固化（干冰）装置见图6，食品级固态CO2（棒状）见图7。

2 技术组成、应用领域及生产特点

2.1 技术组成

全套外燃式旋窑高温煅烧碳酸盐矿物质生产工艺及装备见图8。

外燃式旋窑高温煅烧碳酸盐矿物质生产工艺及装备技术组成如下：

第Ⅰ部分——外燃式旋窑：包括外燃式旋窑本体、窑本体支撑及传动装置。

第Ⅱ部分——CO2气体高效收尘装置：包括CO2气体二级收尘装置、三级收尘装置。

第Ⅲ部分——窑尾喂料系统：包括预热器式给料仓，或预热器式给料仓+高温烟气余热锅炉（SP余热锅炉），或高温烟气余热锅炉（SP余热锅炉），根据项目具体情况确定。

第Ⅳ部分——窑头高温固体物料（产品）出料系统：包括气力输送+高温固体物料余热锅炉（GTB余热锅炉），或高温固体物料余热锅炉（GTB余热锅炉），或高温固体物料冷却机+高温固体物料冷却机废气余热锅炉（AQC余热锅炉）+产品回收装置，根据项目具体情况确定。

第V部分——CO2气体密封、冷却系统：包括CO2气体高温粉尘分离器+高温高粉尘CO2气体空气预热器，或CO2气体高温粉尘分离器+高温高粉尘CO2气体空气预热器+高温高粉尘CO2余热锅炉（FSP余热锅炉），或高温高粉尘CO2余热锅炉（FSP余热锅炉），根据项目具体情况确定。

2.2 应用领域

全套技术可以应用于如下行业：

（1）捕集纯化（减排）水泥窑CO2及窑尾废气脱硫。

将喂入水泥窑窑尾预热器的生料分出一部分喂入外燃式旋窑，利用外燃式旋窑将生料内的CaCO3（石灰石）在外燃窑内分解，分解后产生的高纯度、高品质CO2气体自外燃窑内抽出后进一步加工形成液态或固态CO2产品，产生的CaO与生料中不能分解的其他成分物料混合的高温物料（以下简称“低品位石灰粉产品”）再经水泥窑窑尾烟室直接喂入水泥窑继续生产水泥熟料。

根据需要生产的CO2产品量（CO2减排量）确定需自喂入水泥窑窑尾预热器的生料中分出喂入外燃式旋窑的生料量。

当水泥窑窑尾废气需要脱硫时，外燃式旋窑产生的低品位石灰粉产品可以与喂入水泥窑窑尾预热器的生料一起喂入水泥窑窑尾预热器（不再经水泥窑窑尾烟室直接喂入水泥窑），实现水泥窑尾废气脱硫。

（2）生产高品质CaO粉、MgO粉、MgO+CaO粉产品及捕集纯化（减排）CO2。

CaO粉（石灰）、MgO粉、MgO+CaO粉产品分别由石灰石（CaCO3）、菱镁石（MgCO3）及白云石（CaMg（CO3）2）煅烧产生，由于其分解温度相近，均可采用本项技术及装备。

将矿石破碎成200 μm~5 mm的粉体颗粒，经外燃式旋窑加热后形成高品质CaO粉（石灰）、MgO粉、MgO+CaO粉产品、高纯度CO2气体，CO2气体经进一步加工后形成液态或固态CO2产品。

（3）煅烧其他碳酸盐固体矿物质原料（如铝矾土等），将碳酸盐固体矿物质破碎成200 μm ~5 mm的粉体颗粒，经外燃式旋窑加热后形成不含CO2的固体物料（产品）及高品质、高纯度CO2气体。CO2气体经进一步加工后形成液态或固态CO2产品。

生产的液态或固态CO2产品可以用于冷采石油（页岩油等）、混凝土搅拌、农业气肥、焊接保护等，可以实现大量CO2减排的目标。

（4）其他应用领域（如加热油砂、油页岩，生产油气等）有待于进一步开发。