一举两得!全球首个应用聚光热利用+碳捕捉技术的水泥生产系统即将建设
发布者:admin | 来源:​CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 1397查看 | 2020-11-23 18:10:39    

CSPPLAZA光热发电网讯:据外媒报道,全球主要水泥生产商CEMEX目前正在与瑞士初创企业Synhelion合作,即将向世人展示全球首个使用高温太阳能技术零排放生产水泥的系统。作为苏黎世联邦理工工学院ETH Zurich一个研究太阳能分支机构所衍生出的企业,Synhelion主要研究利用可产生1500℃高温的先进聚光热利用技术来替代工业用热等应用场景。


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目前水泥制造业每年排放的二氧化碳约占全球二氧化碳排放量的8%,合作双方将首先建设一个1MW规模的试验系统证明上述创新的太阳能热能解决方案可以用于替代水泥制造业中所燃烧消耗的化石能源,并助力人类应对该项关键气候挑战。


CEMEX公司负责人Davide Zampini对此表示:“其实我们研究太阳能热利用技术已经有一段时间了,该技术具备大幅降低水泥生产过程中所排放二氧化碳的潜力,因此Synhelion引起了我们的兴趣。”


首次尝试碳捕捉+太阳能热利用组合技术


据悉,Davide Zampini不仅关注太阳能供热技术,还致力于解决水泥生产制造过程中最棘手的问题——石灰石煅烧反应过程中会排放出大量二氧化碳。据其介绍,水泥制造过程中排放的二氧化碳主要有两种来源,其中约三分之一来自化石燃料燃烧过程,剩余约三分之二则由煅烧反应本身的化学反应所生成。


虽然很多机构都在研究将太阳能热利用技术应用于水泥生产过程,但CEMEX和Synhelion的项目第一次将碳捕捉过程也纳入了研究。


当前很多碳捕捉研究项目是从燃煤电厂排出的烟气中提取二氧化碳,因为此时的烟气已经处在一个没有空气的闭环系统中,不会再排放氮氧化物。但由于煤是在空气中燃烧,而空气的主要成分就是氮气,因此从燃煤电厂烟气中分离二氧化碳既复杂又昂贵。


但如果CEMEX利用太阳能热利用技术替代水泥生产过程中被燃烧的化石燃料,生产过程中所产生的废气则将不包含化石燃料燃烧所产生的多种副产物,净化与提取难度也将大大降低。


据Davide Zampini介绍,根据高温气相色谱的检测结果,太阳能热利用水泥生产过程中的废气主要由二氧化碳和水蒸气组成,因此将二氧化碳提取出来非常简单(水可以冷凝出来,并留下被浓缩的二氧化碳),而提取出的二氧化碳可以作为原料被供应到Synhelion相关项目的同步太阳能燃料合成工厂。【深入了解Synhelion太阳能燃料技术可点击查询:基于聚光集热技术的太阳能航空燃料项目正加速推进,2022年或实现销售


也可观看如下视频深入了解:



来自Synhelion的科研人员Ambrosetti表示,我们目前还在与一家大型石油公司和瑞士国际机场合作生产太阳能飞机燃料,我们的系统可以为水泥厂提供热量,而CEMEX可以为我们提供生产太阳能燃料所需的原材料二氧化碳,而且水泥厂可以提供非常好的、值得捕捉的高浓度二氧化碳,然后我们可以利用这些二氧化碳生产合成燃料。


未来或将建设150MW规模的商业化光热系统


据悉,在水泥生产过程中Synhion所使用的聚光装置与制造太阳能燃料稍有不同,用于水泥厂的聚光系统仍将保留相同的镜场、吸热器和储热系统,但去掉了太阳能反应堆(二氧化碳和水等发生反应生成太阳能燃料的装置)。


按照双方计划,1MW的试验系统将于2022年底前投入使用。据Ambrosetti介绍,双方最初的设想是建设一个1MW的热利用系统,将配置2000平方英尺的太阳能定日镜场。当然,这是一个非常小的、用于试验的系统。如果匹配商业化运行的水泥厂,未来将建设150MW以内的商业化热利用系统。


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图:系统工作原理


Ambrosetti介绍,生产过程中所产生的气体传热流体——二氧化碳和水蒸气混合物将在太阳能接收器中被加热至1500℃以上(气体将在闭环系统中工作),热的混合传热介质被送入水泥火法处理阶段(替代化石燃料供热),进入回转窑和预分解炉,以逆流的方式加热材料。经过换热后,一些已经被冷却至800-1000℃左右的高温流体被送回接收器再次加热,而煅烧产生的所有二氧化碳都留在水泥生产系统中并与传热流体混合。因此,煅烧产生的多余二氧化碳会不断从传热流体中被提取出去。


此外,由于水泥厂生产为连续进行,不宜频繁启停。这时,储热系统将可以用于连续向水泥厂输送太阳能热能,另外一旦储热流体温度开始下降,还可以采用电力或氢气等提供辅助能源,以确保全天候稳定的热量输送。


水泥生产碳排放市场潜力巨大


据了解,许多水泥生产地区也拥有良好的太阳能资源,因此上述太阳能解决方案具备大规模复制部署的潜力。仅CEMEX本身就在墨西哥、美国、中南美洲和加勒比、欧洲、中东、非洲和亚洲等20多个国家设有水泥厂,其中许多国家也有气候变化相关的限制要求。


Davide Zampini表示:“我们这样做既是为了我们自己,也是为了整个行业。不仅在欧洲和加利福尼亚,在世界上许多其他国家,碳排放正变得越来越重要,相关立法也在关注如何减少排放,所以这是我们需要解决的问题。我们不认为这项技术仅限于CEMEX,我们相信整个行业都可以应用我们在这里开发的解决方案。”


目前,总部位于墨西哥的CEMEX已经是水泥行业在减排领域的领军企业,该公司已将替代燃料的使用率提高至28%,同时还提高了热效率,且还在开发并使用低温熟料和特殊外加剂来提高熟料强度,以及无熟料结合剂。此外,其研发团队还参与了欧盟资助的废热回收、膜技术、氧燃料燃烧等项目,并参与了LEILAC间接热煅烧和碳捕获项目。


虽然上述努力都是为了减少碳排放,但毫无疑问,只有与Synhelion合作的太阳能热利用技术有可能完全消除水泥制造过程中的碳排放,同时还可为后者提供大量生产喷气燃料等太阳能燃料所需的原材料。

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