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汪澜：绿氢煅烧水泥熟料关键技术研究

来源：互联网 2022-03-24 11:38:23

2月11日国家发改委等部委联合发布了《水泥行业节能降碳改造升级实施指南》，指出水泥行业是国民经济发展的重要基础原材料产业，在促进国家经济建设和国防安全中起到了重要作用，提出要“加强先进技术攻关”，“积极开展水泥行业节能低碳技术发展路线研究，加快研发绿色氢能煅烧水泥熟料关键技术，加快先进适用节能低碳技术产业化应用”；与此同时，为进一步推动建材行业绿色低碳高质量发展，中国建材联合会开展了“揭榜挂帅”科技项目攻关工作，其中，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）和中材节能共同承担的“双供氢系统水泥熟料氢能煅烧及窑炉烟气CO2转化利用研究”受到了行业内外的普遍关注。

大连化物所于1949年建所，现有高级职称科研人员750多人、两院院士14人，近十年来在新能源等领域的研究分别获得国家科技发明、科技进步、自然科学3个一等奖。由大连化物所牵头中科院20余个研究所组建的洁净能源创新研究院将更加聚焦国民经济各行各业洁净能源利用技术的研发和推广应用，例如，近日由中国石油和化工联合会组织成果评价的“二氧化碳加氢制汽油中试技术”项目，整体技术处于国际领先水平。这次“揭榜挂帅”表明大连化物所将基于建材行业（包括水泥行业）节能降碳新的迫切需求，全力研发革命性高新技术，为行业“双碳”目标的实现提供重要的技术支撑。

我国现有水泥熟料生产线近2千条，产能约为20亿吨，2021年实际产量也达到15多亿吨，由煤炭消费产生的直接CO2排放约为3.5亿吨。随着我国清洁能源的发展，非化石能源的应用会有快速的增长，预计在2030年风力、太阳能发电量可达11万亿kWh。然而，水泥熟料煅烧需要燃料燃烧产生热量，再通过传导、辐射和对流进行传热。为此，国际上的一些水泥公司正偿试采用绿氢代替燃煤进行水泥熟料煅烧。例如，墨西哥西麦斯水泥在西班牙的水泥厂大多采用电解水制氢、氢能替代燃煤用量达20%；德国海德堡水泥在英国的一家水泥厂采用液氢代替燃煤、替代率接近40%。

由大连化物所等单位提出的绿氢煅烧水泥熟料技术路线，其最终目标则是要实现水泥熟料煅烧所用燃煤的全部替代，并实现窑炉烟气CO2部分捕采利用。这首先是通过风力、光伏发电和水电的输入，采用高效电解水制备氢气和氧气技术，随后是将氢气和氧化由多射流燃烧器喷入到水泥窑炉中煅烧水泥熟料，排出窑炉的烟气进行水汽和二氧化碳分离，分离的水汽冷凝后返回到电解水槽中进行循环使用，分离的二氧化碳则可采用加氢制备甲醇、或是制备其他工业产品。

“双供氢系统水泥熟料氢能煅烧及窑炉烟气CO2转化利用”这一技术路线，既适应了我国清洁能源发展，又使得既有水泥生产技术装备基本保持不变，为水泥生产带来的节能降碳作用也非常重大，相关研究工作正在快速推进过程中。大连化物所也希望国内水泥生产企业关注项目研究进展，并且联合开展项目示范工程前期研究，共同培育标杆示范企业，为水泥行业“双碳目标”的实现及企业的可持续发展作出较大的贡献！

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