Со2 при производстве цемента
Обновлено: 15.05.2024
Новая технология сделает производство цемента экологически чистым
Бетон – один из наиболее популярных материалов в современной индустрии. Однако мало кто задумывается о том, что производство портландцемента – ключевого элемента бетона – является крупнейшим источником парниковых газов, которые вредят окружающей среде.
Справка
Ежегодно производители выпускают до пяти миллиардов тонн портландцемента – вяжущего вещества для производства бетона. Каждая тонна цемента влечет за собой тонну углекислого газа, который выбрасывается в атмосферу. Это составляет около 7% мировых выбросов CO2. Кроме того, спрос на портландцемент каждый год увеличивается; снизить влияние производства на экологию – одна из главнейших задач современных ученых.
Американские специалисты представили технологию, благодаря которой количество углекислого газа в процессе производства будет сокращено для минимума. В составе парниковых газов количество CO2 доходит до 82%. Новый метод предполагает захват углекислого газа и его повторное использование в производстве строительного материала.
В процессе изготовления портландцемента есть два этапа, которые отвечают за выбросы углерода. В частности, 65% выделяется в процессе прокаливания известняка до 750 градусов Цельсия. Этот позволяет разделить сырье на известь и углекислый газ. После гашения извести водой образуется гидроксид кальция. 35% CO2 выделяется при изготовлении трехкальциевого силиката, одного из главнейших элементов портландцемента. Он производится путем сочетания извести с кремнезимистыми соединениями. Эта смесь также должна быть прогрета до 1500 градусов Цельсия. Исследователи доказали, что выделяемый углерод может быть захвачен и использован повторно. По словам ученых, такой метод аналогичен природному процессу цементации известняка, где последний образует скелет ракушек, моллюсков и кораллов.
Несмотря на то что идея не нова, авторы идеи утверждают, что нейтральное производство цемента ранее не демонстрировалось. Кроме того, новая технология занимает гораздо меньше времени, чем предполагалось. Полный цикл потребовал всего три часа.
Производители цемента сокращают выбросы СО2 и «озеленяют» бетон
Цементная промышленность дает около 7% мировых выбросов СО2. Заводы для уменьшения углеродного следа меняют «рецепт» цемента и очищают «парниковый выхлоп» предприятия.
Игорь Полунин --> 12 окт 2020, 03:30
Злоупотребление бетоном
Люди ежегодно используют 4 миллиарда тонн цемента. Производители считают, что радикальное уменьшение углеродного следа от цементной промышленности требует множества шагов — от сокращения выбросов в атмосферу до пересмотра нормативов, определяющих потребность строящихся объектов в цементе.
«Бетон очень дешев, и строители систематически злоупотребляют этим. Мы можем сократить количество цемента в бетоне и количество бетона, идущего на возведение зданий», — считает профессор Политехнической школы в Лозанне Карен Скривнер. По некоторым оценкам, мировое потребление цемента можно было бы сократить вдвое только за счет того, что при строительстве не будет заливаться больше бетона, чем необходимо.
Представить себе полный отказ от бетона в ближайшее время невозможно. Особенно в странах, переживающих бурный рост (Китай, Индия, Нигерия). Поэтому необходимо разработать более эффективный цемент, считает Джон Провис, профессор материаловедения из Университета Шеффилда в Англии.
Традиционно цемент получают путем смешивания измельченного известняка с другими ингредиентами и сжигания субстанции при температуре 1450 градусов по Цельсию. В результате получается вещество под названием клинкер. Его перетирают в порошок и соединяют с рядом добавок для получения цемента. Бетон, в свою очередь, есть смесь цемента с песком и породой-наполнителем (щебнем и т.д.), разбавленная водой, которая необходима для запуска химической реакцию, дающей ему затвердеть.
И топливо, применяемое для обжига в печах, и сам известняк при сгорании выделяют углекислый газ. На каждую тонну произведенного цемента в атмосферу выделяется 600-800 кг СО2.
Глина вместо известняка
Одним из решений проблемы является технология производства цемента из нагретой глины, получившая название LC3. Она может уменьшить углеродный след двумя способами. Во-первых, глина содержит очень мало углерода и при ее нагревании почти ничего не выделяется. Во-вторых, глину можно сжигать при более низких температурах (800° C) и потреблять, соответственно, меньше топлива.
По словам Карена Скривнера, в мире существует практически неограниченное количество запасов глины, большая часть которой уже добыта и признана непригодной для керамической и бумажной промышленности. У многих производителей бетона в карьерах с песком и гравием есть и глины, которые можно использовать в технологии LC3.
Первые заводы по производству цемента по технологии LC3 уже построены в ряде стран. Один из них — крупнейший в Колумбии завод Argos, ежегодно дающий до двух миллионов трехсот тысяч тонн цемента. В этом году после модернизации завод начал действовать по новой технологии. Она сокращает потребление энергии на 30% и снижает выход СО2 почти наполовину. Кроме того, предприятие использует глину, которая добывается примерно в десяти милях от него. «Меньше CO2 означает меньше угля или топлива, так что это более выгодно. Охранять окружающую среду приятнее, когда есть и экономический стимул», — говорит Томас Рестрепо, глава бизнеса компании в Колумбии.
Португальский производитель Cimpor тестирует LC3 на заводе в Кот-Д'Ивуаре. Lafarge-Holcim, крупнейший производитель цемента в Европе, планирует добавить глиняные печи на предприятиях во Франции и Швейцарии в следующем году. На Кубе строится более 20 небольших производств, которые будут давать глинистую смесь для перемешивания ее на стройках с обычным цементом.
Есть у новой технологии и недостатки. «Бетон, изготовленный с использованием LC3, в первые семь дней часто демонстрирует меньшую прочность, чем традиционные формулы, — предупреждает Вандерли Джон, профессор строительных материалов из Университета Сан-Паулу в Бразилии. – Прочность может быть восстановлена позже, ведь для полного схватывания бетона нужен месяц или больше. Также прочность удается повышать с помощью добавок или более качественной глины. Но такие задержки «из-за ожидания» обходятся дорого. Чем короче срок строительства, тем дешевле оно обходится».
Уловить СО2
Поскольку технология LC3 — это лишь частичное решение проблемы выбросов, исследователи во всем мире ищут другие способы «озеленения» производства цемента. Один из вариантов —добавление в него вулканического пепла. Еще один — замена части клинкера шлаковыми отходами от выплавки чугуна или золой из угольных заводов.
В исследовательской лаборатории Lafarge-Holcim (недалеко от Лиона) ученые работают над тем, как сократить выбросы CO2 предприятиями компании на 15% к 2030 году. Более двух пятых из 1300 патентов Lafarge на производство цемента и бетона служат для ограничения производства углекислого газа. «Мы должны продвигать более экологичные решения, но без ущерба для качества», — напоминает руководитель исследований Эделио Бермехо.
У лаборатории — десятки проектов. Одна группа печатает бетонные элементы на 3D-принтерах. Другая — подбирает альтернативные способы нагрева цементных печей. Третья — делает бетон, который требует меньше воды. Четвертая — изучает способы измельчения песка и гравия, чтобы на бетон шло меньше цемента. И так далее.
Однако, чтобы довести производство цемента до нулевого выброса СО2, нужна технология улавливания парникового газа.
Некоторые предлагают использовать для этой цели щебень от разрушенных зданий. По расчетам, одна тонна переработанного бетона может поглотить 50 килограммов CO2. Идея в том, чтобы уловить углекислый газ, сжать его и поместить глубоко под землю — возможно, в истощенные нефтяные и газовые скважины. Международное энергетическое агентство полагает, что именно улавливание СО2 будет давать 60% сокращения выбросов от цементной промышленности в период до 2070 года.
Современные способы контроля выбросов при производстве цемента
Цементная отрасль наряду с металлургией, электроэнергетикой, химией и машиностроением определяет экономический потенциал и уровень промышленного развития страны. Динамично развивающийся строительно-инвестиционный комплекс России, основу которого составляет цементная промышленность, дает возможности расширения объемов производства и ассортимента выпускаемой продукции (Малков, 2001).
Производство цемента очень энергоемкий процесс, при котором образуется значительное количество выбросов парниковых газов (ПГ), особенно СО2. Существуют три основных источника выбросов СО2 при производстве цемента: первый источник – это химическое разложение известняка на оксид кальция и двуокись углерода; второй – горение ископаемого топлива; третий (гораздо меньший, в сравнении с первыми двумя) – это потребление электроэнергии заводом (электродвигатели для вращения печи, систем водоснабжения, вентиляции, а так же другое электротехническое оборудование).
Цели и задачи.
Основной целью является получение наиболее достоверной информации об остаточной запыленности в газах и аспирационном воздухе (при производстве цемента) в электронном виде с последующей возможностью занесения данных в электронный архив предприятия.
В настоящее время контроль уровня очистки технологических газов и аспирационного воздуха в цементной промышленности осуществляется заводскими лабораториями, которые проводят замеры в рамках своего производства и формируют показатели эффективности и надежности работы пылегазоочистного оборудования предприятия. Уровень оснащенности в таких лабораториях разнится от предприятия к предприятию и далеко не всегда соответствует современным требованиям. Определение массовой концентрации заводскими лабораториями цементных предприятий производится с использованием гравиметрического метода по ГОСТ 17.2.4.06-83, который не обеспечивает должного уровня достоверности проводимых замеров.
При этом необходимо заметить, что сама по себе задача определения величин остаточной запыленности в газах и аспирационном воздухе не вызывает технических трудностей и может быть реализована как с помощью стационарных приборов, так и с помощью переносных. Такой подход к контролю запыленности позволяет получать полную информацию в электронном виде со стационарных и переносных приборов с последующей возможностью занесения полученных данных в электронный архив предприятия.
Внедрение приборов контроля в повседневную практику российских предприятий происходило и по-прежнему происходит очень медленно. Это обусловлено несколькими причинами:
· Данный класс приборов ранее не рассматривался на предприятиях в качестве необходимых приборов постоянного контроля за пылевыми выбросами в атмосферу;
· Приборы контроля запыленности требовали сложного сервисного и эксплуатационного обслуживания;
· Уровень эксплуатации пылегазоочистного оборудования в целом был крайне низким, затраты на очистку газов и негативное воздействие на окружающую среду являлись второстепенными вопросами при производстве продукции.
Повышенное внимание к вопросам экологии, ужесточение требований к очистке и увеличение штрафных санкций приводят к тому, что задача контроля выбросов в атмосферу становится одной из ключевых в экологической политике предприятий.
Процесс производства цемента является сложными многостадийным процессом, охватывающим как подготовку сырья, так и весь цикл производства цемента, включая хранение, затаривание и отгрузку готового продукта. На всех стадиях производства цемента в технологических потоках имеются аэрозоли сырьевого и готового продуктов.
Диапазон изменений весовой концентрации пыли в ходе производства цемента составляет от 75 г/м³ до 10 мг/м³, а фракционный состав цементных частиц колеблется от 0,5 мкм до 120 мкм. В отходящих газах цементных заводов содержатся аэрозольные частицы цемента, загрязняющие атмосферу. Аэрозольные частицы образуются в процессе сжигания топлива в печах обжига клинкера, выброс которых в атмосферу также загрязняет атмосферу.
Основными средствами улавливания пыли являются рукавные и электростатические фильтры. Учитывая, что улавливаемая цементная пыль является конечным продуктом, имеющим высокую цену, то снижение эффективности работы фильтров приводит помимо загрязнения окружающей среды и к ощутимым финансовым потерям. Однако непрерывный мониторинг содержания пыли в отходящих газах нужен не только для оценки эффективности работы фильтров пылегазоочистки, улавливающих цемент и продукты сгорания топлива, но и для контроля пылевых выбросов в соответствии со стандартами загрязнения окружающей среды.
Промышленные стационарные и переносные измерители пыли.
На данный момент рынок измерительных приборов довольно широк. Достаточное количество производителей предлагает промышленным предприятиям свои измерительные приборы, такие как: аспираторы, газоанализаторы для контроля промышленных выбросов, газоанализаторы для контроля атмосферного воздуха, газоанализаторы и дымомеры на выбросы дизелей, газоанализаторы для контроля воздуха рабочей зоны, течеискатели и термокаталитические датчики.
Рассмотрим такие приборы как: промышленные стационарные измерители пыли S300 и сигнализатор исправности рукавного фильтра Snifter; стационарные газоанализаторы SWG 200 и SWG300.
Промышленные цифровые измерители пылиSintrol серии S300.
- Автоматический выбор диапазона;
- Не требуется ручной настройки;
- Автоматическая компенсация отклонений;
- Цвет частиц не оказывает влияния на показания;
- Не требуется регулярная очистка окна для считывания показаний;
- Скопление пыли на измерительном зонде не влияет на процесс измерения;
- Не требуется специальная установка;
- Вибрация не оказывает влияния на показания.
- Производство цемента;
- Химическая промышленность;
- Металлургия;
- Литейное производство;
- Фармацевтическое производство;
- Лесная промышленность;
- Энергетика;
- Пищевая и табачная промышленность;
- Сжигание отходов и др.
Рис.1 промышленный стационарный измеритель пыли S300
Газоанализаторы без отбора пробы (второй тип) устанавливаются по месту измерения (или «in-situ»). В этом случае поток измеряемых газов в трубе или газоходе просвечивается лучом с определенными частотно-волновыми характеристиками и по изменению интенсивности луча определяется концентрация измеряемых веществ (рис. 2). Такие приборы имеют излучатель и приемник световой энергии.
Рис. 2 Схема измерения без пробоотборного газоанализатора
Сигнализатор исправности рукавного фильтра Sintrol Snifter применяется для контроля исправности рукавных фильтров.
Он имеет два сигнала тревоги при превышении установленного оператором порогового значения массовой концентрации аэрозоля - в 5 раз (ALERT) и в 20 раз (ALARM). Может быть установлен в трубы диаметром от 100 мм до 2 м. Состоит из корпуса со встроенной электроникой и зонда.
· Контроль за работой рукавного фильтра;
· 2 сигнала тревоги;
· Не требуется ручной настройки;
· Автоматическая компенсация дрейфа показаний;
· Вибрация не оказывает влияния на показания.
Рис. 3 сигнализатор исправности рукавного фильтра Snifter
Стационарный газоанализатор SWG 200 - модульная аналитическая система для контроля технологических процессов и мониторинга выбросов в атмосферу токсичных газов источниками постоянного загрязнения: крупными котельными установками, ТЭЦ и промышленными предприятиями. В газоанализаторе SWG 200 могут использоваться инфракрасные модули и электрохимические сенсоры. Это идеальное недорогое решение для непрерывного контроля нескольких газов в различных диапазонах измерений (от ppm до %).
Технические характеристики SWG 200
не менее 1 часа
встроенный холодильник с точкой росы +5 °С
фильтрация частиц диаметром более 2 мкм
регулятор расхода с автоматическим контролем уровня от 30 до 50 л/час
автоматическая программируемая для каждого газа калибровка чистым воздухом
жидкокристаллический с подсветкой
8 выходов 4-20мА
100 … 240 В / 50 … 60 Гц / 500 … 750 Вт
345 х 600 х 575 мм (для внутренней установки 6U); 480 х 600 х 575 мм (для внутренней установки 9U); 800 х 1 000 х 600 мм (для внешней установки)
20 … 50 кг (в зависимости от конфигурации)
IP 52 (IP 65 для варианта наружной установки)
Параметры, измеряемые прибором SWG 200
Параметр: концентрация O2 (парамагнитный сенсор)
0 … 25.0 объемные %
Параметр: концентрация O2 (циркониевый сенсор)
0 … 25.0 объемные %
Параметр: концентрация O2 (электрохимический сенсор)
0 … 21.0 объемные %
Параметр: концентрация CO (электрохимический сенсор)
±20 ppm или ±5 % от измеренного значения
Параметр: концентрация NO (электрохимический сенсор)
±5 ppm или ±5 % от измеренного значения
Параметр: концентрация NO2 (электрохимический сенсор)
±5 ppm или ±5 % от измеренного значения
Параметр: концентрация SO2 (электрохимический сенсор)
±10 ppm или ±5 % от измеренного значения
Параметр: концентрация H2S (электрохимический сенсор)
±5 ppm или ±5 % от измеренного значения
Параметр: концентрация CO (1-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Параметр: концентрация NO (1-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Параметр: концентрация CO (3-газовый ИК сенсор)
не более 3 % от диапазона
Параметр: концентрация CO2 (3-газовый ИК сенсор)
не более 3 % от диапазона
Параметр: концентрация CH4 (3-газовый ИК сенсор)
не более 3 % от диапазона
Параметр: концентрация H2 (термокондуктометрический детектор)
не более 2 % от диапазона
Рис. 3 стационарный газоанализатор SWG 200
Стационарный газоанализатор SWG 300 - модульная аналитическая система для официального высокоточного мониторинга выбросов в атмосферу токсичных газов источниками постоянного загрязнения атмосферы: крупными котельными установками, ТЭЦ, газоперекачивающими станциями и другими и промышленными предприятиями. В газоанализаторе SWG 300 могут использоваться инфракрасные модули, а также парамагнитные, циркониевые сенсоры и термокаталитические конверторы NO2 в NO. Прибор позволяет проводить официальный мониторинг в нескольких (от 1 до 5) точках отбора пробы.
Технические характеристики SWG 300
+5 … +40 °C; -20 … +50 °C при использовании кондиционирования
не менее 1 часа
встроенный холодильник с точкой росы +3 °С
регулятор расхода с автоматическим контролем уровня от 30 до 50 л/час
калибровка чистым воздухом программируемая для каждого газа, автоматическая с баллонами и автоматическая встроенная без баллонов для 4-газового модуля
жидкокристаллический с подсветкой
8 выходов 4-20мА
100 … 240 В / 50 … 60 Гц / 500 … 750 Вт
1 012 х 600 х 575 мм (для внутренней установки); 1 300 х 800 х 600 мм (для внешней установки)
40 … 120 кг (в зависимости от конфигурации)
IP 52 (IP 65 для варианта наружной установки)
Параметры, измеряемые прибором SWG 300
Параметр: концентрация O2 (парамагнитный сенсор)
0 … 25.0 объемные %
Параметр: концентрация O2 (циркониевый сенсор)
0 … 25.0 объемные %
Параметр: концентрация O2 (электрохимический сенсор)
0 … 21.0 объемные %
Параметр: концентрация CO (1-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Параметр: концентрация NO (1-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Параметр: концентрация NO2 (1-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Параметр: концентрация NO (2-газовый ИК сенсор)
не более 3 % от диапазона
Параметр: концентрация NO2 (2-газовый ИК сенсор)
не более 3 % от диапазона
Параметр: концентрация CO (3-газовый ИК сенсор)
не более 3 % от диапазона
Параметр: концентрация CO2 (3-газовый ИК сенсор)
не более 3 % от диапазона
Параметр: концентрация SO2 (3-газовый ИК сенсор)
не более 3 % от диапазона
Параметр: концентрация CO (4-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Параметр: концентрация CO2 (4-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Параметр: концентрация NO (4-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Параметр: концентрация SO2 (4-газовый ИК сенсор)
не более 2 % от диапазона
Рис 4 стационарные газоанализаторы SWG 300
Рис 5. Общая схема работы газоанализатора
Процесс производства цемента на цементных заводах заключается в следующем: исходные материалы, глина (2) и известняк (3) осушаются в специальных сушках (6 и 7), обогреваемых технологическими газами. Осушенные материалы в заданных пропорциях поступают в мельницу (4), в которой происходит размол материалов до мелкого сыпучего состояния. Полученный продукт элеватором (10) поднимается и засыпается в цементную печь взвешенного слоя (11,12 и 13), где он предварительно прогревается и происходит процесс декарбонизации в суспензионном нагревателе и печи дожигания остаточной пыли. Затем он спекается во вращающейся печи (14) до получения клинкера. Полученный клинкер охлаждается в клинкерном охладителе (15 и 16), дегазируется и подается (17) на распылитель, где смешивается с гипсом. Полученная пылевая смесь и является цементом. Технологические газы, содержащие продукты горения топлива и взвешенную цементную пыль, проходят через цементную печь, откуда отсасываются дымососом и через осушители глины и известняка поступают на вход электростатического фильтра (5). Газы с осушителей глины и известняка предварительно смешиваются с частью технологических газов, увлажненных в стабилизаторе (9) для понижения удельного электрического сопротивления запыленных газов, поступающих на вход электростатического фильтра , после которого сбрасываются в дымовую трубу (1). Охлажденные клинкерные газы, содержащие цементную пыль, через сброс (18) так же поступают на вход пылеулавливающего оборудования (19), состоящего из электростатического фильтра, либо из рукавного фильтра, либо из их комбинации, а затем сбрасываются в дымовую трубу (20).
Рис 5 Типовая схема производства цемента с указанием точек установки анализаторов газов и запыленности.
В точках измерения:
· Анализаторы запыленности S300 контролируют уровень цементной пыли в отходящих газах;
· Газоанализаторы SWG 200/ SWG300 контролируют выбросы вредных газов в атмосферу с целью соблюдения установленных предельных значений.
В точке 1 устанавливаются анализатор запыленности и газоанализатор.
В точке 2 – только анализатор запыленности.
Для оптимизации процессов горения, энергосбережения и экономии сырья( что повышает эффективность производства).
Как пример рассмотрим применение приборов S300 для контроля эффективноси работы электрофильтров.
При работе электростатических фильтров эффективность улавливания пыли зависит как от высоковольтного напряжения, которое подается на коронирующие электроды фильтра (чем напряжение выше, тем пыли на выходе фильтра меньше), так и от режима работы осадительных электродов фильтра, на которых осаждается пыль, проходя через фильтр. Удаление пыли с осадительных электродов происходит периодическим путем и поочередного встряхивания ударом специальных молотковых механизмов. При ударе по осадительному электроду пыль с него падает в бункер, часть которой выбрасывается в отходящий поток.
Ниже представлены примеры изменения концентрации пыли, зарегестрированные анализатором S304 при периодическом удалении пыли с осадительных электродов (пример А, точка измерения 2) и при понижении напряжения на коронирующих электродах (пример Б, точка измерения 1).
Рис 6 Пример А. условия измерения в точке 2:
Концентрация пыли : 25mg/Nm3; скорость потока : около 10 м/с; влажность: 16% об.; температура : 50-100 °С; давление: около 20 мм вод. ст.; размер газохода: 2х2м. Анализатор установлен за электростатическим фильтром на расстоянии 50 метров.
На этом примере видно, что концентрация пыли во время удара резко увеличивается и так же резко падает до установленного значения. Четко прослеживается период работы механизмов встряхивания, что является следствием четкой быстрой работы анализатора. Здесь же для сравнения приведен тренд контроля запыленности оптическим прибором. Нетрудно заметить, что оптический прибор, вследствие своей инерционности, не позволяет оценить эффективность работы механизмов встряхивания и степень уноса пыли потоком.
Рис. 6 Пример Б. Условия измерения в точке 1: Концентрация пыли : 10-20 mg/Nm3; скорость потока : около 8,9 м/с; влажность: 15,8% об.; температура : 100-110 °С; давление: около 30 мм вод. ст.; размер газохода: 5х5м. Анализатор установлен за электростатическим фильтром на расстоянии 20 метров.
На этом примере видно, что повышение напряжения на коронирующих электродах понижает уровень концентрации пылив отходящих газах. Также видно, что переходной процесс при изменении напряжения занимает около двух часов. Следует отметить, что данные получены с анализатором S304, имеющим длину зонда 300 мм, установленном на квадратном газоходе (5х5 м).
Таким образом по показаниям анализатора можно правильно выбрать напряжение на коронирующих электродах фильтра и период работы встряхивающих механизмов, что в результате значительно повысит эффективность работы и снизит концентрацию пыли на его выходе.
В MIT придумали экологически чистый способ производства цемента
Производство цемента — один из главных источников парниковых газов. Новая технология сводит на нет эмиссию углекислого газа и генерирует в процессе полезные побочные продукты.
Сегодня на каждый килограмм произведенного цемента приходится около одного килограмма углекислого газа. Между тем цемент остается основным строительным материалом: за год в мире производят от трех до четырех миллиардов тонн цемента и СО2, и это количество продолжает расти. К 2060 году число новостроек должно удвоиться, пишут ученые из MIT, авторы статьи, опубликованной в журнале PNAS. И они придумали, как сократить углеродный след этой отрасли.
Обычный потрландцемент, наиболее распространенный в строительстве вид, получают из измельченного известняка, обожженного вместе с песком и глиной. В процессе обжига СО2 выделяется двумя путями — как продукт горения угля и из газов, которые выделяет известняк при нагревании — и примерно в равном объеме.
Новая технология полностью или почти полностью устраняет выбросы из обоих источников.
Инженеры из MIT предлагают заменить ископаемое топливо на чистую возобновляемую энергию и не нагревать известняк. Теперь в процессе задействован электролизер, который расщепляет молекулы воды на кислород и водород. Один электрод растворяет в кислоте измельченный в порошок известняк, выделяя чистый СО2, а другой помогает осаждать гидроксид кальция, или известь. Затем из извести получают силикат кальция.
Диоксид углерода в виде чистого концентрированного потока легко отделяется и улавливается для дальнейшего производства таких ценных продуктов, как жидкое топливо. Также его можно использовать в регенерации масел в нефтяной промышленности или для приготовления газированных напитков и сухого льда. Главное, что он не поступает в окружающую среду.
Расчеты показали, что водород и кислород, которые также выделяются в процессе, можно рекомбинировать, например, в топливном элементе, или сжечь, чтобы получить энергию, которой частично хватит на проведение этой реакции. В результате не останется ничего лишнего, кроме водяного пара.
Умный цемент, запасающий энергию, разработали в Британии, добавив в смесь ионы калия и золу. Материал способен хранить и отдавать электричество, как аккумулятор, и не содержит никаких дорогостоящих компонентов.
Как производители стали и цемента сокращают выбросы CO2
В мире все больше говорят о декарбонизации — снижении количества выбросов углекислого газа и по возможности сведение их к нулю. Под давлением экологических активистов этим вопросом озадачились власти различных стран и корпорации.
Многие из путей снижения уровня выбросов известны и понятны, среди них — переход на «зеленую» энергетику и вывод на улицы городов электромобилей вместо обычных машин. Но если посмотреть на отдельные отрасли, например сельскохозяйственную (производит 25% всех выбросов в атмосферу), а также сталеплавильную и цементную (вместе ответственны за 14% выбросов), то проблемы их решения не так очевидны. Тем временем новые технологии могут сильно изменить бизнес в этих сферах.
Производство цемента
Источники выбросов
Для производства основного ингредиента, входящего в состав цемента, клинкера, известь нагревают в печах. При этом высвобождается CO2 (углекислый газ). Если в печах ископаемые виды топлива, то выбросов становится только больше.
Национальный доклад о кадастре
Выбросы СО 2 от производства цемента оценивалась по методу уровня 2 (IPCC, 2000) с использованием данных о производстве цементного клинкера – промежуточного продукта производства цемента, при получении которого и происходят выбросы CO 2 . Расчетная оценка выброса СО 2 проводилась по формуле 3.1 (IPCC, 2000). Коэффициент эмиссии рассчитывался по формуле 3.3. При этом использовались следующие значения расчетных параметров по умолчанию (IPCC, 2000): содержание CaO в клинкере по массе – 0,65 и поправочный коэффициент (CKD Correction factor) – 1,02.
Данные о производстве клинкера, полученные из базы данных Росстата, приводятся в таблице 4.3.
Производство цементного клинкера в России в 1990-2004 гг., тыс. т.
Кроме того, оценивалась эмиссия диоксида серы от производства цемента. Оценка проводилась на основе данных о выпуске цемента. Использован коэффициент эмиссии SO 2 , равный 0,3 кг SO 2 / т. произведенного цемента (IPCC, 1996).
Выбросы СО 2 от производства строительной и технологической извести
Выбросы СО 2 от производства строительной и технологической извести оценивались по методике МГЭИК, приведенной в (IPCC, 2000). Расчетная оценка выполнялась по формуле 3.4 (IPCC, 2000). Использовался коэффициент эмиссии СО 2 по умолчанию (IPCC, 2000), равный 0,75 т СО 2 /т произведенной извести. В соответствии с методикой вводилась поправка на присутствие в извести доли гашеной извести (0,97). Поглощение CO 2 из атмосферы в результате затвердевания извести не учитывалось, поскольку учет этого процесса выходит за рамки используемой методики МГЭИК.
Данные о производстве строительной и технологической извести получены из базы данных Росстата и приводятся в таблице 4.4. Производство строительной извести, в силу относительно небольших объемов ее потребления, осуществляется на многочисленных, преимущественно маломощных, территориально рассредоточенных предприятиях. Технологическая известь выпускается как крупными, так и мелкими производителями, как правило, для собственных нужд.
Производство строительной и технологической извести в России, тыс. т.
Выбросы СО 2 от использования известняков и доломитов в обжиговых производствах
Выбросы СО 2 от использования известняков и доломитов оценивались по методике МГЭИК, приведенной в (IPCC, 2000). Для оценки выбросов СО 2 использовались коэффициенты эмиссии по умолчанию, равные 0,440 тонн СО 2 /тонну известняка и 0,477 тонн СО 2 /тонну доломита (IPCC, 1996).
Около 40% добываемых карбонатных пород используется в обжиговых производствах (Сенаторов, 2006).
Обжигом карбонатных пород получают цемент, технологическую известь и строительную известь, кальцинированную соду, хлористый кальций, карбид кальция и другие соединения этого металла. Термическому воздействию подвергаются также карбонатные породы, используемые в качестве флюсов в черной и цветной металлургии, стекольного сырья, в производствах глинозема и огнеупорных материалов.
Выбросы СО 2 от производства цемента, строительной и технологической извести и кальцинированной соды учитываются в других разделах этого сектора (2.А.1, 2.А.2, 2.А.4), а выбросы СО 2 от производства карбида кальция учитываются в секторе «Химическая промышленность» раздел 2.В.4.2.
В этом разделе учитываются выбросы СО 2 от использования карбонатных пород в качестве флюсов в черной и цветной металлургии, сырья в производстве стекла, а также от использования доломитов для производства смолодоломитовых и смоло-доломит-магнезитовых огнеупоров, доломитового кирпича, заправочного материала (устройство и ремонт отдельных частей мартеновских печей и конвертеров).
Производство глинозема является емким потребителем известнякового сырья. Однако, образовавшийся при производстве глинозема шлам в дальнейшем используется для производства цемента (Соколов, 1999). Поэтому выбросы СО 2 при производстве глинозема в этом разделе не учитываются.
Объемы использования известняков в качестве флюсов в черной и цветной металлургии а также в качестве сырья для производства огнеупоров органами государственной статистики не фиксируются и могут быть оценены только косвенно – по нормативам их использования в металлургических процессах (Буланов, Чайка, 2002 г.). Суммарная оценка объемов использования известняков и доломитов в металлургии и производстве огнеупорных материалов выполнена в отчете Сенаторова (2006 г.). Оценка объемов использования доломитов в металлургии и производстве огнеупоров проводилась по объемам добычи доломитов для металлургии. Мониторинг добычи карбонатных пород для различных производств ведется Государственным балансом запасов полезных ископаемых Российской Федерации. Около 5 – 10% добытых для металлургии доломитов используются не по назначению (Сенаторов, 2006). Поэтому объем потребления доломитов в металлургии и для производства огнеупоров оценивался как 92,5% от объемов добычи доломитов для металлургии. Оценки объемов потребления известняков и доломитов в металлургии и для производства огнеупоров приводятся в таблице 4.5. .
В производстве стекла используются как известняки, так и доломиты. Причем карбонатная составляющая стекольных шихт достаточно велика по объему: 13,6 – 14,8% доломита и 3,3 – 4,1% известняка (Бирюлев и др., 1999). Государственный баланс запасов полезных ископаемых РФ ведет учет добычи карбонатных пород для использования в качестве стекольного сырья. Добыча стекольных известняков в 1990 – 2003 гг. не велась и производители использовали товарный известняковый щебень и мел, реализуемые горнодобывающими предприятиями других отраслей. С 2004 г. добыча стекольных известняков возобновлена, однако ее объем пока недостаточен для полного удовлетворения спроса потребителей. Практически весь добываемый доломит используется по прямому назначению – отсевы мелкой фракции составляют не более 5%.
Расчет объемов использования известняков и доломитов в обжиговых производствах, млн. т.
Любое строительство или ремонтные работы невозможны без использования универсального строительного материала – цемента разных видов и марок. Мы настолько привыкли к этому продукту, что даже не задумываемся над проблемой, а как делают цемент. Можно ли его можно изготовить в домашних условиях и не переплачивать?
Содержание Свернуть
Состав цемента
Цемент получается при длительном дроблении клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.
При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4·2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.
Производство цемента на заводах
На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:
- Мокрый способ.
- Сухой способ.
- Комбинированный метод.
Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.
циклы производства цемента
Сухой способ
Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.
Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.
Мокрый способ
Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.
Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.
Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.
Комбинированные способы
Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.
В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.
Как делают белый цемент
Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.
Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).
В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими компаниями: «Холсим» (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).
Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.
Заключение
Теперь вы знаете, как делают цемент на заводе в общем случае. Информацию как правильно делать цемент во всех подробностях, цифрах, схемах, таблицах и других тонкостях смотрите в специальной литературе.
Цемент впитывает углекислый газ, полученный при собственном производстве
Экология потребления.Наука и техника:Ученые из США, Великобритании и Китая говорят, что цемент спасает нас от потепления, поглощая углерод.
В основании современной цивилизации лежит цемент, он же является и одним из основных виновников глобального потепления, производя более пяти процентов мировых выбросов углерода диоксида. Теперь ученые из США, Великобритании и Китая говорят, что все тот же цемент нас еще и спасает от потепления, поглощая углерод.
Сами выбросы появляются еще во время производства, при температуре свыше тысячи градусов по Цельсию известняк превращается в цемент, мало того, что углекислый газ появляется на этапе перевоплощения одного вещества в другой, так еще и нагревание печи углем вырабатывает огромное количество парникового газа.
Подсчитано, что между 1930 и 2013 годами было произведено больше 76 миллиардов тонн цемента, что привело к освобождению 38.2 гигатонн углекислого газа. А это огромное число. Как оказалось, все тот же цемент впитывает газ обратно, но сколько он способен впитать?
Новое исследование о карбонизации цемента возглавил профессор из Университета Восточной Англии Дабо-Гуань.
С использованием данных о цементных материалах в течение срока их службы, разрушении и вторичном использовании отходов, а также новых данных полевых исследований в Китае, исследователи создали модель регионального и глобального поглощения атмосферного СО2 цементом в период с 1930 по 2013 год. Они обнаружили, что 4.5 гигатонн или 43 процента от выбросов со всего периода производства цемента реабсорбируется в течение того же периода, то есть 57 процентов выработанного углекислого газа все таки оседает в атмосфере.
В то же самое время, уже разрушенные цементные структуры впитывали больше газа, между 2000 и 2013 было реабсорбировано 14 и 25 процентов соответственно. По данным исследования, в среднем ежегодное поглощение углерода, 5,8 процентов, показало небольшой рост по сравнению с уровнем выбросов, 5,4 процента, цемента в период между 1990 и 2013.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Читайте также: