[发明专利]局部钙循环耦合废弃物处置的水泥生产碳捕集装置及工艺

说明书

本发明公开了一种局部钙循环耦合废弃物处置的水泥生产碳捕集装置及工艺，属于水泥生产、钙循环碳捕集与废弃物协同处置的交叉技术领域，水泥生产碳捕集装置由离线式分解炉模块、预热器‑碳化炉‑回转窑模块、辅助与纯化装置组成。碳捕集工艺指利用分解炉与碳化炉间“CaO‑CaCO₃‑CaO”循环完成CO₂捕集，采用离线式分解炉设计，避免熟料烧成与生料预热过程中产生的SO₂、氯碱硫等杂质进入分解炉模块。同时联用废弃物协同处置降低烟气温度，提高CaO固碳的速率与效率，利用废弃物热裂解产物还原回转窑产生的NOx，实现了空气燃烧情况下烟气CO₂自富集与多污染物协同控制，降低后续CO₂纯化与再利用难度，显著提升了技术经济性，将有力促进水泥工业碳捕集与再利用的推广。

技术领域

本发明涉及水泥生产、钙循环碳捕集与固体废弃物协同处置的交叉技术领域，特别涉及一种局部钙循环耦合废弃物处置的水泥生产碳捕集装置及工艺。

背景技术

随国家经济的快速发展，中国的CO₂排放量逐年提高，2017年排放量达94.3亿吨，其中水泥工业是我国CO₂主要排放源之一(年排放约20.0亿吨，约占21％)。因此，我国碳减排压力极大，降低水泥工业碳排放尤为重要且迫在眉睫。

水泥工业碳减排主要通过烟气纯化捕集实现，目前主要捕集工艺包括：化学吸收法、膜分离法、纯氧燃烧法与钙循环法等。化学吸收法是先对水泥窑烟气加压，然后采用热钾溶液、氨水或有机胺等液体吸收CO₂，再通过脱硫床、干燥床脱硫除水，利用固体吸附剂脱除磷、砷、氮氧化物(NO_x)等杂质，最终得到工业级或食品级CO₂。膜分离法则是利用膜对气体分子直径的选择性，在一定压强作用下部分气体通过分子膜，进而实现CO₂的富集与分离。纯氧燃烧法是通过氧气助燃显著提高燃料的燃烧效率、降低NO_x排放，大幅度提高烟气中CO₂浓度以便碳捕集。钙循环法则是利用水泥窑系统中大量存在的CaO吸收CO₂生成CaCO₃，再在分解炉中重新分解释放CO₂并进行捕获，即通过“CaO-CaCO₃-CaO”循环实现水泥窑烟气中CO₂的自富集。

综上，采用化学吸收与膜分离法进行碳捕集时需要大量化学试剂与膜材料，且均需对烟气进行加压与减压操作，极大地提高碳捕集成本。此外，水泥窑烟气流量大、粉尘与酸性气体含量高，膜分离法难以持续、高通量地进行CO₂分离与纯化，大大缩短了吸收剂循环寿命。实现水泥窑全系统纯氧环境成本极高，工业推广难度极大。由于水泥窑中的CaO大量存在，钙循环具有实现高效碳捕集的潜力，但多次循环下CaO固碳活性显著降低，且生料预热过程中硫化物分解释放出的SO₂会参与水泥窑系统的气体循环，导致烟气中的CO₂的浓度下降，大大提高水泥窑烟气尾端处理与捕获难度。此外，新型干法水泥窑系统中窑尾烟气温度高达1200℃左右，明显高于CaCO₃的分解温度，显著降低了CaO循环捕获CO₂能力与效率；燃料燃烧过程中产生的NOx也会增加CO₂纯化与捕集难度，最终阻碍了局部钙循环工艺在水泥窑烟气碳捕集领域的推广和应用。

发明内容

为解决背景技术中所提及的技术问题，本发明提供一种局部钙循环耦合废弃物处置的水泥生产碳捕集装置及工艺。