行業(yè)前瞻丨中國石灰行業(yè)碳中和之路
2022-11-18 11:34:24 來源：石灰窯生態(tài)圈
行業(yè)前瞻丨中國石灰行業(yè)碳中和之路
一、 導(dǎo)語：
我國在2020年向世界承諾力爭2030年前碳達峰、努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和，并將碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。如何減少工業(yè)生產(chǎn)污染物與碳排放、實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，成為各工業(yè)領(lǐng)域面臨的巨大壓力和挑戰(zhàn)。
目前，全球石灰產(chǎn)量已經(jīng)超過4億噸，作為廣大制造業(yè)不可或缺的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，石灰產(chǎn)業(yè)正面臨著巨大挑戰(zhàn)。諸如：碳減排、循環(huán)發(fā)展、節(jié)能降耗以及大型設(shè)備升級等等。為推動石灰行業(yè)碳減排，部分國家和地區(qū)發(fā)布了石灰行業(yè)氣候中和路線圖，歐洲石灰行業(yè)預(yù)計到2030年和2050年，燃料燃燒排放強度降低約8%和16%，德國計劃在2050年前完成石灰行業(yè)轉(zhuǎn)型。大型石灰跨國公司也在積極開發(fā)替代燃料，如廢棄物燃料、氫能、生物質(zhì)燃料等，目前替代燃料使用比例超20%，大幅減少能源燃燒過程碳排放。同時，這些公司在碳捕獲與利用（CCU/CCUS）、生態(tài)固碳等方面也進行了積極的嘗試與努力，以期減少石灰工業(yè)過程碳排放。
中國石灰生產(chǎn)占世界的70%以上，年產(chǎn)量已達3.2億噸，但目前我國石灰產(chǎn)業(yè)減污降碳工作進展緩慢，除缺乏相應(yīng)的政策、規(guī)劃和標準規(guī)范外，行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新水平整體落后于歐美等發(fā)達國家，替代燃料使用比例不足1%，缺乏對石灰工業(yè)CCU/CCUS技術(shù)的投入與研究。加之行業(yè)“小”、散、“亂”現(xiàn)象長期存在，導(dǎo)致污染物與二氧化碳排放監(jiān)管比較困難，石灰行業(yè)減污降碳面臨嚴峻挑戰(zhàn)。
所以，實現(xiàn)“零碳中國 ”，需要持之以恒的關(guān)鍵舉措與實際行動。而且我們更應(yīng)該認識到，碳中和轉(zhuǎn)型早已不是“可選項”，而是如箭在弦的“必選項”。我們希望通過近期推出的一系列文章為盡快落實石灰產(chǎn)業(yè)碳中和轉(zhuǎn)型提供思路和洞見，觸發(fā)更多思維激蕩和觀點碰撞，與社會各界協(xié)力構(gòu)建零碳社區(qū)，推動各方共同努力實現(xiàn)深度變革。
二、碳中和的中國方案——循環(huán)再生、節(jié)能高效、低碳
把發(fā)展建立在高效利用資源、嚴格保護生態(tài)環(huán)境、有效控制碳排放的基礎(chǔ)上； 建立生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)機制，形成環(huán)境保護者受益、使用者付費、破壞者賠償?shù)睦鏅C制，將是我國2030 年碳排放達峰行動方案中貫徹的“新發(fā)展理念”，聚焦于低碳的能源替代、循環(huán)再生、節(jié)能增效等將是主要發(fā)展方向，污染防治與碳中和高度同源及循環(huán)再生、節(jié)能增效將是重要的碳中和路徑路徑。
建材行業(yè)碳排放現(xiàn)狀：
建材行業(yè)2020年二氧化碳排放14.8億噸，比2019年上升2.7%。從各子行業(yè)來看，2020年水泥工業(yè)二氧化碳排放12.3億噸，同比上升1.8%；石灰石膏行業(yè)二氧化碳排放2.6億噸，同比上升14.3%；墻體材料工業(yè)二氧化碳排放1322萬噸，同比上升2.5%；建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)二氧化碳排放3758萬噸，同比下降2.7%；建筑技術(shù)玻璃工業(yè)二氧化碳排放2740萬噸，同比上升3.9%。
從中我們看到，石灰行業(yè)也是我國碳排放較大的行業(yè)之一，部分細分子行業(yè)也存在高耗能、高碳排、產(chǎn)能過剩等問題，我國提出“碳達峰”、“碳中和”目標，石灰行業(yè)是典型的資源能源承載型行業(yè)，必須承擔碳減排責任和義務(wù)，在推進碳減排過程中也將使得行業(yè)向高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變。
具體而言，“碳中和”將從以下幾方面對石灰及建材行業(yè)產(chǎn)生較大影響：
一是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、淘汰落后產(chǎn)能，加強碳排放源頭控制，對行業(yè)供給端控制。
“碳中和”背景下或?qū)⒁笈c碳減排密切相關(guān)的能耗、環(huán)境排放、資源綜合利用等作為約束性指標列入行業(yè)發(fā)展目標之中， 首先就是加強碳排放源頭控制， 體現(xiàn)為淘汰落后產(chǎn)能和過剩產(chǎn)能，在產(chǎn)能過剩行業(yè)嚴禁新增產(chǎn)能或違規(guī)新增產(chǎn)能、 嚴格執(zhí)行產(chǎn)能置換政策，從生產(chǎn)源頭壓減生產(chǎn)總量和碳排放量。
二是能源清潔低碳化和提升能源利用效率，增加小企業(yè)成本，龍。頭企業(yè)優(yōu)勢擴大。
（ 1 ） 能源清潔低碳化：“碳中和” 背景下或?qū)⒁筮M一步優(yōu)化建材行業(yè)能源消費結(jié)構(gòu)，逐步提高電力、天然氣等清潔能源的使用比重，鼓勵推廣光伏發(fā)電、風能、氫能等可再生能源應(yīng)用 。比如：小廠受到成本限制仍采用煤炭等高碳排放能源，碳減排要求下，小廠的生產(chǎn)成本或環(huán)保成本必將明顯提升，或?qū)⒋龠M行業(yè)逐步出清。
（ 2） 提升能源利用效率：未來或?qū)Ω吆哪�、高排放行業(yè)執(zhí)行能耗限額標準，對生產(chǎn)全過程節(jié)能減排，要求企業(yè)從信息化、技術(shù)化、智能化等方面進行節(jié)能管理，這些都是小企業(yè)無法實現(xiàn)的。
三是節(jié)能材料滲透率提升，建材行業(yè)節(jié)能材料的低碳環(huán)保不僅體現(xiàn)在其運用 中，也涉及到其原材料的使用及生產(chǎn)制造過程中的排放，比如：窯爐設(shè)計中的墻體保溫、隔熱、余熱回收、余熱交換以及節(jié)電等。
同時，為盡快實現(xiàn)碳達峰、碳中和，石灰行業(yè)將主要從以下幾個方面開展工作：
（1）調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，推動石灰行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展。
（2）加大清潔能源使用比例，促進能源結(jié)構(gòu)清潔低碳化。
（3）加強低碳技術(shù)研發(fā)，推進建筑材料行業(yè)低碳技術(shù)的推廣應(yīng)用。
（4）提升能源利用效率，加強全過程節(jié)能管理。
（5）推進有條件的地區(qū)和產(chǎn)業(yè)率先達峰。
（6）做好石灰行業(yè)進入碳市場的準備工作。
三、解決石灰產(chǎn)業(yè)碳中和的途徑和技術(shù)路線
1、石灰生產(chǎn)實現(xiàn)的碳中和路徑
（1）能效提升是技術(shù)成熟的無悔之舉：
能效提升可在石灰生產(chǎn)中貢獻約10%以上的碳減排。石灰行業(yè)的能效提升包括兩大方面：一是節(jié)電的減排貢獻；二是節(jié)省燃料的減排貢獻。
（2）替代燃料是更優(yōu)先、更具成本效益的手段：
在燃料替代過程中，雖不能幫助石灰行業(yè)實現(xiàn)燃料的零碳排放，但可以顯著降低燃料的碳排放強度，因此可能在未來的碳減排中扮演重要的過渡技術(shù)角色
通過實踐，發(fā)現(xiàn)可再生能源及廢棄物是*可行的煤炭替代燃料，預(yù)計可推動行業(yè)約20%的碳減排。
可再生能源是一種再生性能源。它是一種燃料資源，既可以無限獲得也能在相對短期內(nèi)生長出來。對比化石能源如：煤或者天然氣�？稍偕茉窗ㄋl(fā)電，光伏和風能，以及可持續(xù)性管理獲得的生物質(zhì)。其它的可再生能源如下：
（一）液態(tài)燃料，從生物質(zhì)中可持續(xù)地獲得。
（二）氣體燃料，從生物質(zhì)的發(fā)酵或者高溫分解中獲得。
（三）綠氫，從水力、光伏以及風能中獲得。
在生產(chǎn)實踐中得知：每生產(chǎn)一噸石灰就會伴隨產(chǎn)生0.96噸二氧化碳。其中20%的二氧化碳是在燃燒燃料過程中產(chǎn)生，80%的二氧化碳是在石灰石燒結(jié)過程中產(chǎn)生。當使用生物質(zhì)或者可再生能源時，二氧化碳的排放量在制造每噸石灰中，會從0.96噸降到0.768噸。這也是通往降低二氧化碳排放中的一步，可以通過不投入建設(shè)CUSS系統(tǒng)而達到短期改善的目標。
（3）二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)
“CCUS”第。一個C是碳，第二個C是捕集，第三個U是利用，*后一個S是封存。這是世界公認的能夠?qū)崿F(xiàn)化石能源大規(guī)模直接減排的關(guān)鍵戰(zhàn)略性技術(shù)、綠色低碳技術(shù)，是能源革命的前沿技術(shù)、核心技術(shù)，是我國實現(xiàn)“雙碳”目標的一個兜底技術(shù)。
碳捕集裝置可以把石化工廠里排放的二氧化碳通過專。業(yè)技術(shù)捕集到，并且變成液化二氧化碳，并且長時間儲藏。這種技術(shù)可以減緩二氧化碳進入大氣層的速度。但是該項系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)仍處于理論探究和小規(guī)模實踐階段，大規(guī)模的實驗和數(shù)據(jù)仍是空白，暫時未能廣泛運用，且面臨著高能耗、高成本問題。
（4）二氧化碳回收及工業(yè)化應(yīng)用：
相比捕集、封存，我們更應(yīng)重視利用環(huán)節(jié)。捕集二氧化碳之后，封存面臨空間、泄漏、安全、成本等一系列制約，并不能從根本上解決排放問題。比如，二氧化碳作為一種驅(qū)油介質(zhì)，可用于油氣開采。開采完畢，這部分二氧化碳依然會大量釋放，并不能實現(xiàn)完全封存。類似情況還發(fā)生在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。生產(chǎn)尿素可消納一部分二氧化碳，但在使用尿素時，大部分二氧化碳還是白白排掉了。這些難以減排的二氧化碳，若能實現(xiàn)資源化利用，在減碳同時還可產(chǎn)生經(jīng)濟效益。
資源化利用包括以二氧化碳為原料生產(chǎn)化學(xué)品或燃料、利用微藻類進行生物轉(zhuǎn)化，用作混凝土建筑材料，二氧化碳增強油田再生等10種途徑。用途雖多，現(xiàn)階段卻存在不少瓶頸。理論上說，二氧化碳可制備多種化學(xué)品，但目前，只有少數(shù)技術(shù)具有經(jīng)濟可行性和工業(yè)化放大的可拓展性。*大規(guī)模的化學(xué)利用途徑是生產(chǎn)尿素，當前我國每年有1.4億噸二氧化碳用于生產(chǎn)2億噸尿素。下一步，生產(chǎn)燃料耗用的二氧化碳可能達到幾億噸，雖然還充滿不確定性，但具有一定前景。
目前，有效的二氧化碳利用途徑必須滿足兩個條件：一是保證持續(xù)的可再生能源供給，二是能從非碳資源獲得氫氣。轉(zhuǎn)化利用途徑主要包括熱催化、電催化及光化學(xué)過程。目前來看，前兩者比較有希望，能夠通過二氧化碳加氫反應(yīng)得到我們需要的產(chǎn)品。而在此過程中，綠氫才是真正實現(xiàn)減排的關(guān)鍵。
上述思路已有實踐，比如：可把二氧化碳和水變成我們所需的燃料，利用太陽能等可再生能源實施電解水制氫，并將二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化為甲醇等液體燃料，即可實現(xiàn)有效資源化利用。甲醇可替代汽油，也可用在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域。每噸甲醇可轉(zhuǎn)化1.375噸二氧化碳，我國每年約有8000萬噸甲醇產(chǎn)能，若能大規(guī)模推廣，可以減排億噸級二氧化碳。
二氧化碳回收技術(shù)分析
（一）物理吸收技術(shù)
物理吸附技術(shù)的應(yīng)用需要在低溫高壓條件下進行，吸附劑應(yīng)選用水、聚酯等。二氧化碳在溶劑中的溶解度受壓力條件的影響很大。因此，可以通過改變反應(yīng)壓力條件來實現(xiàn)二氧化碳的分離和去除。選擇具有高溶解度、高沸點、無毒、穩(wěn)定性好的吸附劑是該方法應(yīng)用控制的關(guān)鍵。常見的物理吸收處理技術(shù)包括聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯法。聚乙二醇法所用的吸收聚乙二醇為二甲基丙烯酸二甲酯，反應(yīng)溫度為261k，碳酸丙烯酯法所用的吸收劑為碳酸丙烯酯。在反應(yīng)條件下，壓力控制在1.3 mpa 以上，同時可以去除硫化氫。
（二）化學(xué)吸收技術(shù)
也就是說，原料氣和化學(xué)溶劑在吸收塔中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。加入的溶劑吸收二氧化碳使其富集，然后進入分析塔加熱分解產(chǎn)生二氧化碳。*后完成了二氧化碳的分離和吸收。采用化學(xué)吸收技術(shù)分離回收二氧化碳時，需要控制吸收塔和分析塔的壓力和溫度條件。對于化學(xué)吸收技術(shù)，選擇的吸收劑對二氧化碳溶液具有一定的選擇性。所選用的吸收劑必須高度穩(wěn)定和不易揮發(fā)，不會從氣體中引入新的雜質(zhì)，例如普通碳酸鉀水溶液和乙醇胺水溶液。目前常用的化學(xué)吸附法有熱鉀肥法和有機胺法。熱鉀法使用25% 至30% 的熱碳酸鉀溶液吸收氣體中的二氧化碳，其反應(yīng)為:K2CO3+CO2+H2O--2KHCO3
（三）膜分離技術(shù)
使用聚合物材料制成的薄膜可以分離具有不同滲透率的氣體。在選擇膜分離法回收二氧化碳時，無論選擇哪種膜，都必須保證其具有較高的選擇性和對二氧化碳的高滲透性�；どa(chǎn)中常用的薄膜包括醋酸纖維素、聚苯醚和乙基纖維素。近年來，出現(xiàn)了越來越多的新型膜材料，如聚苯醚改性膜和含二胺的聚碳酸酯復(fù)合膜，它們對二氧化碳具有較高的滲透性。與其他處理技術(shù)相比，膜分離法操作簡單，占地面積小，能耗低，實際應(yīng)用中一次性投資要求低，具有很好的發(fā)展前景。
（5）二氧化碳發(fā)電
具體的做法就是將上述捕集凈化后的二氧化碳升壓、加熱，使其壓力和溫度超過一定限值，處于“超臨界”狀態(tài)，兼具氣體特性和液體特性。超臨界二氧化碳具有超臨界流體流動性好、傳熱效果高、壓縮性小、適于熱力循環(huán)的獨特性質(zhì)，再加上二氧化碳臨界溫度和壓力較低，遠遠低于水的臨界點，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工程可實現(xiàn)性較好，可在接近室溫條件下達到超臨界狀態(tài)，使超臨界二氧化碳稱為理想的熱力循環(huán)工質(zhì)。
二氧化碳的臨界點溫度約為攝氏31度，壓力約為7.8MPa（78個大氣壓），將二氧化碳加壓加溫到這個臨界點壓力和溫度之上就能得到超臨界二氧化碳 （sco2）。在接近臨界點時，sco2具有接近液態(tài)的密度和比熱容，但其粘性接近于氣態(tài)。如果將其用來做動力循環(huán)的工質(zhì)，如朗肯循環(huán)和布雷頓循環(huán)，它能夠在很小的體積內(nèi)傳遞很大的能量。
從超臨界二氧化碳發(fā)電循環(huán)的發(fā)展來看，可應(yīng)用于核能、礦石燃料、太陽能和地熱發(fā)電，也可衍生于工業(yè)廢熱回收等，在艦船的應(yīng)用上，在提高發(fā)電效率，節(jié)省能源，減小發(fā)電系統(tǒng)體積和重量等諸多方面均有優(yōu)勢。
（6）碳交易：
在政府大力推進“碳中和”工作的背景下，擁有良好碳排放數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的石灰行業(yè)可能*先納入全國碳交易市場。石灰企業(yè)的生產(chǎn)線和技術(shù)手段更為先進、 環(huán)保設(shè)施配套更為齊全，在單位排放配額下能實現(xiàn)更高的產(chǎn)量，而且憑借雄厚的資金實力和充沛的現(xiàn)金流，亦可購入更多排放額度，因此產(chǎn)量彈性更優(yōu)、盈利能力更強。總體來說，石灰行業(yè)納入碳交易市場利好進行技術(shù)碳減排的企業(yè)。
四、可再生能源在石灰生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)
從中國碳中和視角下，石灰生產(chǎn)中的能源替代途徑將是首先進入實際的碳中和*直接、*有效的途徑，其中首推生物質(zhì)燃料的利用技術(shù)*具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價值，而且技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。
1、生物質(zhì)能源燃料的六大特點：
第。一，生物質(zhì)能源燃料是唯一能大規(guī)模替代石油燃料的能源產(chǎn)品，而水能、風能、太陽能、核能及其他新能源只適用于發(fā)電和供熱。
第二，生物質(zhì)能源燃料是產(chǎn)品上的多樣性。能源產(chǎn)品有液態(tài)的生物乙醇和柴油，固態(tài)的原型和成型燃料，氣態(tài)的沼氣等多種能源產(chǎn)品。既可以替代石油、煤炭和天然氣，也可以供熱和發(fā)電。
第三，生物質(zhì)能源燃料是原料上的多樣性。生物質(zhì)能源燃料可以利用作物秸稈、林業(yè)加工剩余物、畜禽糞便、食品加工業(yè)的有機廢水廢渣、城市垃圾，還可利用低質(zhì)土地種植各種各樣的能源植物。
第四，是生物質(zhì)能源燃料的“物質(zhì)性”，可以像石油和煤炭那樣生產(chǎn)塑料、纖維等各種材料以及化工原料等物質(zhì)性的產(chǎn)品，形成龐大的生物化工生產(chǎn)體系。這是其他可再生能源和新能源不可能做到的。
第五，生物質(zhì)能源燃料的“可循環(huán)性”和“環(huán)保性”。生物質(zhì)能源燃料是在農(nóng)林和城鄉(xiāng)有機廢棄物的無害化和資源化過程中生產(chǎn)出來的產(chǎn)品；生物質(zhì)能源燃料的全部生命物質(zhì)均能進入地球的生物學(xué)循環(huán)，連釋放的二氧化碳也會重新被植物吸收而參與地球的循環(huán)，做到零排放。物質(zhì)上的永續(xù)性、資源上的可循環(huán)性是一種現(xiàn)代的先進生產(chǎn)模式。
第六，生物質(zhì)能源燃料是創(chuàng)造就業(yè)機會和建立內(nèi)需市場。
2、生物質(zhì)燃料在石灰生產(chǎn)中的選用原則與應(yīng)用特點：
（1）固體生物質(zhì)燃料
對比水泥工業(yè)，在石灰窯中使用生物質(zhì)固體燃料是有一些限制的�？沙掷m(xù)性的固體燃料使用會有很高的灰份，對石灰質(zhì)量有一些負面影響以及污染物的排放。對比水泥燒結(jié)工藝，在石灰生產(chǎn)中，它們會惡化石灰的質(zhì)量，還有一些其它影響也值得我們?nèi)タ剂俊?/span>
一旦采用固體生物質(zhì)燃料，原料必須根據(jù)原燃料的特性破碎到合格的粒度，這個對于原燃料的要求也不能被低估。這些原燃料也需要根據(jù)水含量進行烘干。如果原燃料是循環(huán)利用的，外來雜質(zhì)如廢鐵需要去除，一些需要在石灰窯內(nèi)以高溫狀態(tài)存留的有害成分也需要充足時間來完全燃燒掉。
（2）液體生物質(zhì)燃料
生物液體燃料是指從自然界物質(zhì)中提煉出來的液體燃料，能替代現(xiàn)有煤炭、石油以及液化氣的生物能源。動物油脂、生物秸稈、果實，以及餐廚廢棄物等，都可以通過特殊的工藝提煉出燃料。在化石能源大量使用之前，生物能源在人類能源利用史上一直處于非常重要的地位。但是，大量的化石能源燃燒排放也給生態(tài)環(huán)境造成了重大的破壞，積極發(fā)展、應(yīng)用生物能源實現(xiàn)生態(tài)平衡具有重要的意義。常見的生物液體燃料有：乙醇燃料、生物柴油和植物油燃料三種。
石灰生產(chǎn)在應(yīng)用液態(tài)的生物質(zhì)燃料時，整個工藝過程通常是圍繞過濾是否充分的問題進行處理，從而減少一些固體對燃料計量系統(tǒng)的影響。這些燃料的獲得是有相當?shù)叵拗频模ǔＫ鼈兪莵碓从谑澄锷a(chǎn)，以至于環(huán)保方面的因素也必須考慮。而且，對于未來合成的液態(tài)燃料，價格可能過高。
（3）氣態(tài)生物質(zhì)燃料
目前正在應(yīng)用或研究中的生物質(zhì)氣體燃料主要有沼氣、生物質(zhì)天然氣、生物質(zhì)燃氣、秸稈氣化、生物發(fā)酵制取氫氣等氣體燃料。
生物質(zhì)氣化生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣主要以秸稈、稻殼、鋸末等為原料，在高溫缺氧的熱解爐中生成以ＣＯ，Ｈ２等為主的燃氣。它的特點是氣化率可達70%以上，熱效率也可達85%。生物質(zhì)氣化生成的可燃氣經(jīng)過處理可用于合成、燃燒、取暖、發(fā)電等不同用途，這對于生物質(zhì)原料豐富的偏遠山區(qū)意義十分重大，不僅能改變他們的生活質(zhì)量，而且也能夠提高用能效率，節(jié)約能源。
生物質(zhì)發(fā)酵制取氫氣主要是以高濃 度有機廢水或固體有機廢棄物為原料，利用微生物進行厭氧發(fā)酵制取氫氣，它不僅可提高有機污染物的處理能力，而且可提供極具有利用價值的氫氣和甲烷。
生物天然氣由沼氣提純所得，國際上稱為生物甲烷氣或可再生天然氣。沼氣是有機物在無氧（厭氧）的條件下，經(jīng)微生物分解產(chǎn)生的可燃性混合氣體，同時消滅其中的病原體，*終留下營養(yǎng)豐富的肥料作為副產(chǎn)品。沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳，甲烷含量在60%左右，提純到93%以上就是生物天然氣，熱值與天然氣接近，可以做工業(yè)燃燒、車用氣或管道氣，經(jīng)濟價值高。
根據(jù)《中國沼氣行業(yè)“雙碳”發(fā)展報告》，我國可用于沼氣生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)農(nóng)村、城市、工業(yè)廢水等有機廢棄物數(shù)量分別約為42.7億噸、3.6億噸、65.4億噸，可產(chǎn)生沼氣的潛力超過5000億立方米。預(yù)計到2030年，可獲得沼氣生產(chǎn)潛力約1690億立方米，實現(xiàn)減排3億噸二氧化碳當量。
3、生物質(zhì)燃料在石灰生產(chǎn)中的應(yīng)用及關(guān)鍵點
（1）生物質(zhì)燃料在石灰生產(chǎn)中的應(yīng)用情況
氣態(tài)生物質(zhì)燃料的使用有諸多優(yōu)點，所以能被直接應(yīng)用到石灰生產(chǎn)中，固體生物質(zhì)燃料通過技術(shù)處理和新型噴吹技術(shù)也已經(jīng)可以應(yīng)用。目前，“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)集團旗下”的“唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司”、“唐山金泉成套設(shè)備有限公司”等公司推出的《TMS復(fù)合燃料型石灰豎爐》、《氣粉雙燃式雙膛豎窯》等專利技術(shù)，均實現(xiàn)了石化能源與可再生能源燃料的轉(zhuǎn)換及綜合利用，實現(xiàn)了生物質(zhì)固體燃料的直接噴吹生產(chǎn)、生物質(zhì)燃氣獨立燃燒生產(chǎn)、天然氣與生物質(zhì)氣復(fù)合燃燒、工業(yè)尾氣與生物質(zhì)氣復(fù)合燃燒、生物質(zhì)燃氣與煤炭復(fù)合燃燒等技術(shù)在石灰生產(chǎn)中的應(yīng)用，多項技術(shù)獲得了專利發(fā)明權(quán)益及行業(yè)新技術(shù)推廣證書，該系列技術(shù)2022年開始已經(jīng)推廣應(yīng)用，多項示范工程將在年底前投產(chǎn)應(yīng)用。
該系列技術(shù)可100%燒天然氣，也可100%生物質(zhì)氣，也可100%燒煤粉；也可同時混燒，根據(jù)生產(chǎn)工況自行調(diào)配切換，全自動化DCS控制可自由調(diào)配，操作方便。高效氣粉雙燃料燃燒技術(shù)，無疑為我國石灰生產(chǎn)企業(yè)其在石灰生產(chǎn)工藝選擇及設(shè)備配套選型上提供了良好借鑒。
（2）生物質(zhì)燃料在石灰生產(chǎn)應(yīng)用中的關(guān)鍵點
（一）生物質(zhì)裂解氣應(yīng)用中的問題和解決辦法
對于裂解氣體，這種氣體包含很高比例的焦油，如何應(yīng)用和管控尤為重要，在單膛豎爐生產(chǎn)技術(shù)中，唐山金泉公司采用的《TMS型石灰豎爐》技術(shù)，通過在爐內(nèi)增加中心燃燒裝置的生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了裂解氣體高溫輸送直接直燃燃燒，有效的解決了氣體中的焦油粘結(jié)、堵塞問題及需要二次環(huán)保處理問題，而且增加了燃料熱值，增加了經(jīng)濟效益。
在雙膛豎窯的應(yīng)用中，這些焦油必須在使用前分離出來，否則會導(dǎo)致壓縮機和計量系統(tǒng)堵塞，而且必須使用特制的噴槍和管道輸送及分配結(jié)構(gòu)。
（二）二氧化碳的回收應(yīng)用中的問題和解決辦法
對于二氧化碳回收，在單膛豎爐生產(chǎn)技術(shù)中，唐山金泉公司采用的《TMS型石灰豎爐》技術(shù)全部設(shè)計了二氧化碳回收裝置，由于采用了“兩帶負壓”生產(chǎn)操作工藝，通過爐頂?shù)男滦兔芊饧夹g(shù)及爐內(nèi)多級煙氣循環(huán)技術(shù)，可以把爐內(nèi)煙氣中的二氧化碳氣體穩(wěn)定在較高濃度的范圍之內(nèi)，可以直接應(yīng)用二氧化碳氣體回收技術(shù)。
在雙膛豎窯的應(yīng)用中，由于大都是采用的噴煤燃料，而且由于采用的是正壓、高壓的生產(chǎn)工藝，此類工藝在改造為使用生物質(zhì)氣時需要進行多方面的改造。比如：在煙氣處理時通常需要安裝氨洗滌器。但是，這樣的系統(tǒng)要求需要很高的能量并且在氨處理過程中容易對人身體健康產(chǎn)生影響。而且，氨清洗系統(tǒng)需要的熱量是和窯本體需要的熱量基本一樣的。
目前，比較有優(yōu)勢的改造是把現(xiàn)存并流蓄熱式雙膛麥爾茲石灰窯改造成富氧燃燒，這樣廢氣量會降到50%，并且在廢氣中二氧化碳的濃度也會從20%增長到45%。這就可以使用PSA變壓吸附分離系統(tǒng)去提純和液化二氧化碳。這種系統(tǒng)不需要那種會產(chǎn)生人體健康危害和腐蝕問題的額外化學(xué)物質(zhì)注入，例如氨或者碳酸鉀等。兩種方式投資和運行成本對比，PSA- CRYO系統(tǒng)比氨洗滌器低的多。
在新建雙膛窯時，上述問題可以在設(shè)計中一次性解決，唐山金泉公司采用的《氣粉雙燃式雙膛豎窯》及《煤電一體化雙膛豎窯》技術(shù)實現(xiàn)了并流逆流同步煅燒工藝，達到了提高煙氣濃度、爐內(nèi)脫硝、低溫煙氣凈化的目的，使二氧化碳回收更加容易實現(xiàn)、成本更低、操作更加簡單。
4、新型可再生潔凈燃料的應(yīng)用技術(shù)前瞻
生物質(zhì)氣化可以產(chǎn)生氫氣，這種方法利用高溫低壓下的熱化學(xué)反應(yīng)，這個過程產(chǎn)生氫氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳和其他氣體。
如果目標是優(yōu)化氫氣生產(chǎn)，則應(yīng)包括合成氣凈化、水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)以提高H2濃度，以及加入碳捕獲技術(shù)以存儲二氧化碳排放。利用碳捕獲和儲存，生物質(zhì)制氫是產(chǎn)生凈負二氧化碳排放的唯一方法。
氫作為燃料的潛力早已被人們所認識,生物質(zhì)氣化制氫有助于解決兩個關(guān)鍵的環(huán)境問題：不斷增長的垃圾填滿和碳密集型制氫方法。而且作為一種燃燒時不會留下碳足跡的燃料，氫可能是可再生能源關(guān)鍵問題的解決方案。
氫能源將會在未來扮演非常重要的角色，因為它既不會產(chǎn)生二氧化碳，也沒有燃燒過程中產(chǎn)生的污染物。在不需要任何改造前提下，氫能源能應(yīng)用到石灰窯中，同時它對燃燒過程和石灰質(zhì)量沒有任何負面影響。
唐山金泉公司已經(jīng)率先在該領(lǐng)域進行了研究、實驗，多項技術(shù)已經(jīng)開始中試，我們將跟蹤該項技術(shù)的研發(fā)進展情況進行專題報道。
五、結(jié)語
從碳排放視角下，我國的石灰生產(chǎn)工藝為什么要加快推進替代能源利用的步伐？
究其原因：一是我國控煤減碳政策的大環(huán)境為背景，二是生物質(zhì)能是化學(xué)能，也是唯一的可再生燃料，可儲存、運輸，面對多樣化、多時段的供熱需求，生物質(zhì)燃料均可靈活滿足，且生物質(zhì)資源多、分布廣，經(jīng)濟性強，用于供熱競爭力強于化石能源，如北歐的丹麥、瑞典、芬蘭基于廣泛的農(nóng)林廢棄物構(gòu)建了具有競爭力的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)鏈，并成為能源市場中占比第。一的能源品種；生物質(zhì)能與現(xiàn)有的化石能源基礎(chǔ)設(shè)施相容，如英國*大的燃煤電廠Drax 6臺660MW燃煤機組全部改燃生物質(zhì)，實現(xiàn)零碳排放，并獲得巨大的碳減排收益；生物質(zhì)能是唯一可以全面取代化石能源的可再生能源品種，不僅可以滿足能源三大終端動力、電力、熱力的需求，還可以生產(chǎn)生物基材料，取代石油基材料，這是其他可再生能源無法實現(xiàn)的。目前，基于生物質(zhì)資源的生物煉制（Biorefinery）在歐盟正成為取代石油煉制的新行業(yè)。
總體來說，我國碳中和的三條路徑——電力碳中和、熱力碳中和、動力碳中和，生物質(zhì)能均可以發(fā)揮重要作用。所以，我們要未雨綢繆、居安思危，不僅從生態(tài)環(huán)境保護角度開發(fā)生物質(zhì)燃料在石灰行業(yè)的應(yīng)用，更要從保障國家能源安全的高度重視生物質(zhì)燃料開發(fā)。
同時，我們對唐山金泉公司在這一領(lǐng)域?qū)κ倚袠I(yè)的貢獻給予肯定，他們在公司成立初期，就一直定位綠色、高端，在石灰生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備上打破常規(guī)，選用高新技術(shù)，致力于建設(shè)綠色環(huán)保低耗能工廠。他們一些列技術(shù)的推出，有利推動了石灰產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和新舊動能轉(zhuǎn)換，為石灰行業(yè)構(gòu)建高端產(chǎn)業(yè)集群、推進產(chǎn)業(yè)向綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了積極支持。
中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會
孫菲
2022年11月18日
文稿使用說明：
本文部分內(nèi)容摘自《石灰產(chǎn)業(yè)》第30期《碳中和視角下的中國石灰產(chǎn)業(yè)發(fā)展框架》，作者：劉玉泉（中國石灰產(chǎn)業(yè)學(xué)會副會長）。本文版權(quán)歸原作者，轉(zhuǎn)發(fā)使用必須注明文章出處及原作者。
