一种石灰石生产水泥零排碳的方法技术

本专利公开了一种石灰石生产水泥零排碳的方法，将石灰石粉在悬浮分解系统中分解，系统底部排出石灰，系统顶部排出水蒸气和二氧化碳的混合气体；将混合气体电解，得到燃料；将石灰、校正料、硅质料、矿物稳定剂球磨混合后得到水泥生料，水泥生料煅烧后，得到低碳硅酸盐水泥。同已有技术方案相比，本方法操作简单，成本低，实现了石灰石生产水泥无碳排放。实现了石灰石生产水泥无碳排放。

【技术实现步骤摘要】
一种石灰石生产水泥零排碳的方法


[0001]本专利技术涉及建材工业碳中和领域，具体涉及水泥工业用石灰石原料中的碳资源化利用和水泥的燃料和动力电源替代。

技术介绍

[0002]建材工业中二氧化碳排放量最大的是水泥工业，水泥工业是世界第三大能源消耗行业，占据工业能源消耗的7%，也是世界第二大二氧化碳排放行业，占全球二氧化碳排放的7%。我国水泥工业2020年碳排放约13.2 亿吨（含电力消耗），约占建材工业的80%，约占全国的13.5%。水泥工业的碳排放主要来源是生产电耗、燃料燃烧和原材料碳酸盐分解。按照相关现行国家标准取值计算，每吨水泥的二氧化碳排放约为675千克；其中，生产电耗间接排放约占11%，燃料燃烧直接排放约占31%，原材料碳酸盐分解直接排放约占58%[齐冬有，张标，罗宁. 建材工业碳中和[J].中国建材，2021，（7）：92
‑
97]。
[0003]氢气作为一种价值丰富的商品气体和化学原料，可以成为可再生能源转换的能量储存载体。将电解水技术与可再生能源发电相结合，可将多余的电能以化学能的方式储存在氢气中，平抑可再生能源波动，提高消纳水平，推进能源清洁化替代[赵雪莹，李根蒂，孙晓彤，等.
ꢀ“
双碳”目标下电解制氢关键技术及其应用进展[J]. 全球能源互联网，2021，4（5）：436
‑
446]。利用可再生能源制取的“绿氢”还可直接应用于建材工业替代碳质燃料，为实现深度碳减排提供有效途径。另外，水与二氧化碳共同电解反应转变为甲烷、一氧化碳，对可再生能源进行存储，可以利用现有的天然气管网系统输送，减少投资。
[0004]一种绿色石化天然气的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a、制备二氧化碳：将石灰石高温反应，得二氧化碳；b、制备一氧化碳：将上述二氧化碳还原为一氧化碳；c、合成天然气：将上述一氧化碳和氢气在催化剂的作用下反应，即得。所述步骤a中高温的温度为1100℃
‑
1600℃。所述步骤b还原的温度为1000℃
‑
1600℃，还原时的压力为4MPa
‑
9MPa[杨志泉.一种绿色石化天然气的制备方法[P]. 201510017706.3，2015.01.14]。可见该专利分三步得到天然气，反应温度高，还采用了压力设备，工艺复杂。
[0005]一种用于二氧化碳减排的碳酸盐加氢炼制联产合成气的方法，其特征在于：包括以下步骤：(
ⅰ
)利用可再生能源驱动制备氢气；(
ⅱ
)将步骤(
ⅰ
)所得氢气作为还原反应气与金属碳酸盐共热处理，得到金属氧化物，并原位完成二氧化碳加氢制备合成气。所述金属碳酸盐为碳酸钙、碳酸镁、碳酸铁、碳酸钡、碳酸镉、碳酸锌、碳酸铅或碳酸铜中的任意一种或多种。所述步骤(
ⅱ
)中碳酸盐的用量与氢气用量的摩尔比为1/100～1/1。所述步骤(
ⅱ
)热解处理过程中反应气的气流速度为1mL/min
‑
1000mL/min，气体压强为常压至10MPa。所述步骤(
ⅱ
)热解处理的热解温度为100℃
‑
1500℃，升温速率为1℃/min
‑
100℃/min，反应时间为1min
‑
1000min[邵明飞，徐明，谢文富. 一种用于二氧化碳减排的碳酸盐加氢炼制联产合成气的方法[P]. 202111018899.6，2021.09.01]。该专利实施例中，取10g碳酸钙平铺置于管式炉中，设置热解温度为800℃，升温速率为10℃/min，反应时间为60min，焙烧之后得到氧化钙产物，合成气中H2与CO比例为2:1。通过调控氢气气流速度，可控制所得合成气中H2与
CO比例范围在(1:4)
‑
(4:1)之间。该专利采用碳酸钙为原料，在平管式炉中反应，产品不能连续生产，生产效率较低，反应产物的热量不能进行有效回收。该专利需要单独生产氢气，工艺复杂。合成气体与固体金属氧化物分离时，固体金属氧化物表面吸附少量合成气体，将增加其去除工艺，增加成本，还容易影响环境安全。
[0006]本专利利用石灰石中的碳为原料生产燃料、钙为原料联产水泥，可实现石灰石所有组份资源化利用。本专利所用电为绿电，实现了生产过程零碳排放。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种石灰石生产水泥零排碳的方法，同已有技术方案相比，本方法操作简单，成本低，具有容易应用的特点，具有显著的经济效益和社会效益。
[0008]一种石灰石生产水泥零排碳的方法，包括以下步骤：将石灰石粉在悬浮分解系统中分解，系统底部排出石灰，系统顶部排出水蒸气和二氧化碳的混合气体；将混合气体电解，得到燃料；将石灰、校正料、硅质料、矿物稳定剂球磨混合后得到水泥生料，水泥生料煅烧后，得到低碳硅酸盐水泥；其中，悬浮分解系统由旋风预热器、分解炉和冷却旋风筒竖直串联组成，冷却旋风筒中的冷却介质为水；分解炉热源为内置绿电加热元件的中空陶瓷板，中空陶瓷板为铝矾土陶瓷、高岭石陶瓷、钙长石陶瓷中的一种，绿电加热元件为铁铬铝合金丝、镍铬丝、钨丝、钼丝中的一种；混合气体电解设备为固体氧化物气体电解池。
[0009]所述分解炉中的分解温度为700
‑
1000℃。
[0010]所述固体氧化物气体电解池的电解质为氧化锆基电解质、氧化铈基电解质中的一种。
[0011]所述校正料为钢渣、锰渣、镍铁渣中的一种，加入量为石灰石质量的5
‑
25%。
[0012]所述硅质料为泥粉、赤泥、淤泥中的一种，加入量为石灰石质量的20
‑
40%。
[0013]所述矿物稳定剂为磷灰石、重晶石、硼镁石中的一种，加入量为石灰石质量的0.1
‑
0.9%。
[0014]所述水泥生料煅烧所用设备为悬浮预热器窑，悬浮预热器的加热装置为内置绿电加热元件的中空陶瓷板，窑内煅烧所用燃料为绿氢，煅烧温度为1200
‑
1350℃。
[0015]所述绿氢为可再生能源电解水制氢，制氢装置为固体氧化物水电解池。
[0016]所述绿电为太阳能、风能、水能所生产的电。
[0017]所述低碳硅酸盐水泥加水、成型，采用二氧化碳养护。
[0018]所述石灰中加入活性微粉、碱激发剂制备无熟料水泥。
[0019]所述冷却旋风筒中的冷却介质使用的水，来源于水泥悬浮预热器窑系统排出烟气冷凝所得。
[0020]相对于现有技术，本专利技术具有以下优点：石灰石为生产水泥常用原料，其主要化学成份为碳酸钙，石灰石粉悬浮分解有利于热交换、加快二氧化碳气体扩散，可提高石灰石分解效率，降低分解温度100
‑
200℃，提高生产效率。
[0021]悬浮分解系统由旋风预热器、分解炉和冷却旋风筒竖直串联组成，从上到下分别
为旋风预热器、分解炉和冷却旋风筒。旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石灰石生产水泥零排碳的方法，其特征在于，依次包括下述步骤：将石灰石粉在悬浮分解系统中分解，系统底部排出石灰，系统顶部排出水蒸气和二氧化碳的混合气体；将混合气体电解，得到燃料；将石灰、校正料、硅质料、矿物稳定剂球磨混合后得到水泥生料，水泥生料煅烧后，得到低碳硅酸盐水泥；其中，悬浮分解系统由旋风预热器、分解炉和冷却旋风筒竖直串联组成，冷却旋风筒中的冷却介质为水；分解炉热源为内置绿电加热元件的中空陶瓷板，中空陶瓷板为铝矾土陶瓷、高岭石陶瓷、钙长石陶瓷中的一种，绿电加热元件为铁铬铝合金丝、镍铬丝、钨丝、钼丝中的一种；混合气体电解设备为固体氧化物气体电解池。2.根据权利要求1所述的一种石灰石生产水泥零排碳的方法，其特征在于，所述分解炉中的分解温度为700
‑
1000℃。3.根据权利要求1所述的一种石灰石生产水泥零排碳的方法，其特征在于，所述固体氧化物气体电解池的电解质为氧化锆基电解质、氧化铈基电解质中的一种。4.根据权利要求1所述的一种石灰石生产水泥零排碳的方法，其特征在于，所述校正料为钢渣、锰渣、镍铁渣中的一种，加入量为石灰石质量的5
‑
25%。5.根据权利要求1所述的一种石灰石生产水泥零排碳的方法，其特征在于，所述硅质料为泥粉、赤泥、淤泥中的一种，加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭宏斌，马小玲，董发勤，杨飞华，王方流，夏彬，王毅飞，郑召，邓浩，王进明，邓秋林，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：