Технология производства цемента мокрым способом: Способы производства цемента — Завод ВосЦем

1. Смешивание сырья
2. горит
3. Шлифовальный
4. Хранение и упаковка

1. Смешивание сырья

Рис. Производство цемента сухим способом

Рис. Производство цемента мокрым способом

Сравнение сухого процесса и мокрого процесса производства цемента

2.Сжигание сырья

CaCO ₃ = CaO + CO ₂

2CaO + SiO ₂ = Ca2SiO ₄ (силикатный (C ₂ S))

3CaO + SiO ₂ = Ca3SiO ₅ (трехкальциевый силикат (C ₃ S))

3CaO + Al ₂ O ₃ = Ca ₃ Al ₂ O ₆ (алюминат дикальция (C ₂ A))

4CaO + Al ₂ O ₃ + Fe ₂ O ₃ = Ca ₄ Al ₂ Fe ₂ O ₁₀ (тетракальцийалюминоферрит (C ₉ AF)) Клинкер, поступающий из зоны обжига, очень горячий.Чтобы снизить температуру клинкера, воздух пропускается противотоком в основании вращающейся печи. Остывшие клинкеры собирают в небольшие тележки.

3. Измельчение клинкера

3CaO.Al ₂ O ₃ + xCaSO ₄ .7H ₂ O = 3CaO.Al ₂ O ₃ .xCaSO ₄ .7H ₂ O

Производство цемента — обзор

Причина и химия

Закисление океана является прямым следствием увеличения выбросов CO ₂ в атмосферу. Выбросы CO ₂ значительно увеличились со времени промышленной революции из-за увеличения сжигания ископаемого топлива, производства цемента и изменений в землепользовании, что привело к увеличению годового накопления CO ₂ в атмосфере. Из-за увеличения концентрации CO ₂ в атмосфере за последние 200 лет океан поглощает огромное количество антропогенного CO ₂ ; в настоящее время это составляет около миллиона метрических тонн CO ₂ в час (Brewer, 2009) и эквивалентно 25% накопленных выбросов CO ₂ (Sabine et al., 2004; Ле Кере и др., 2009). Без поглощения океаном содержание CO ₂ в атмосфере сейчас составляло бы около 450 ppm, что примерно на 60 ppm выше, чем сегодня. Хотя этот процесс частично сдерживает изменение климата за счет удаления CO ₂ из атмосферы, он имеет серьезные последствия для химического состава океана.

Диоксид углерода (CO ₂ , <1%), угольная кислота (H ₂ CO ₃ , <1%), бикарбонат-ионы (HCO3-, 91%) и карбонат-ионы (CO32-, 8 %) содержат формы растворенного неорганического углерода в морской воде при среднем значении pH морской воды 8.1 и соленость 35. Они происходят в динамическом равновесии, реагируя с водой и ионами водорода (уравнение 2.1; Zeebe and Wolf-Gladrow, 2001).

(2.1) CO2 + h3O↔h3CO3↔H ++ HCO3 − ↔H ++ CO32−

При обмене с атмосферой растворенный CO ₂ вступает в реакцию с морской водой и карбонат-ионами с образованием угольной кислоты (уравнение 2.1). Общее увеличение выбросов в атмосферу приводит к увеличению на концентрации растворенного CO ₂ , угольной кислоты и бикарбоната на , как и следовало ожидать из уравнения (2.1). Концентрации ионов водорода (H ⁺ ) также увеличиваются на на , таким образом, pH, мера концентраций H ⁺ падает, а кислотность увеличивается на . Следует отметить, что pH океана вряд ли станет кислым (то есть станет ниже pH 7), и термин подкисление отражает процесс повышения кислотности, так же как потепление отражает процесс повышения температуры, хотя это может быть из-за холода. чтобы не совсем так холодно.

Вдобавок, и это очень важно, наблюдается снижение на концентрации карбонат-ионов, поскольку также происходит реакция между CO ₂ и карбонатом, дополнительно повышая уровень бикарбоната на :

(2.2) CO2 + CO32− + h3O → 2HCO3−

Другой ключевой результат снижения концентрации карбоната (CO32–) на заключается в том, что это увеличивает на скорость растворения минералов карбоната кальция (CaCO ₃ ) в океан, с чистым эффектом:

(2.3) CaCO3 + CO2 + h3O → Ca2 ++ 2HCO3–

Состояние насыщения (Ω) используется для выражения степени насыщения CaCO ₃ в морской воде:

(2,4) Ω = Ca2 + CO32− / Ksp

, где [Ca ^{2 +} ] и [CO32−] — это концентрации кальция и карбоната in situ, , соответственно, а K _sp — растворимость продукт для CaCO ₃ (концентрации в состоянии равновесия, ни растворения, ни образования).Значения K _sp зависят от кристаллической формы CaCO ₃ ; они также меняются в зависимости от температуры и давления, при этом CaCO ₃ необычен тем, что он более растворим в холодной воде, чем в теплой. Незащищенные раковины, скелеты и другие структуры карбоната кальция начинают растворяться, когда Ω падает ниже 1 для соответствующей минеральной фазы. Ω больше 1 соответствует пересыщению. Горизонт насыщения отделяет перенасыщенные воды (вверху) от недонасыщенных (внизу) вод и, по прогнозам, будет двигаться вверх к поверхности океана (мелководье) в результате этих изменений в химическом составе карбонатов океана, в результате чего большее количество организмов будет подвергаться воздействию коррозионных недонасыщенных вод. (Орр и др., 2005; Turley et al., 2007).

pH описывает концентрацию или, точнее, активность иона водорода в воде, a _H , с помощью логарифмической функции:

(2,5) pHT = −log10aH +

Активность ионов водорода важна для всех кислотно-основных реакций. Используется общая шкала pH (pH _T ).

Эти изменения в химии океана являются прямым следствием увеличения выбросов CO ₂ в атмосферу и, несомненно, основаны на известных химических реакциях.Степень подкисления океана в будущем будет зависеть от концентраций и скорости выбросов CO ₂ , и, если они известны, степень подкисления очень предсказуема (Caldeira and Wickett, 2003; Orr et al., 2005; Joos et al. , 2011).

Как производится цемент

Портландцемент является основным ингредиентом бетона. Бетон образуется, когда портландцемент образует пасту с водой, которая связывается с песком и камнем, чтобы затвердеть.

Цемент производится с помощью тщательно контролируемого химического соединения кальция, кремния, алюминия, железа и других ингредиентов.

Обычные материалы, используемые для производства цемента, включают известняк, ракушечник, мел или мергель в сочетании со сланцем, глиной, сланцем, доменным шлаком, кварцевым песком и железной рудой. Эти ингредиенты при нагревании при высоких температурах образуют каменное вещество, которое измельчается в мелкий порошок, который мы обычно называем цементом.

Каменщик Джозеф Аспдин из Лидса, Англия, впервые изготовил портландцемент в начале XIX века, сжигая порошкообразный известняк и глину в своей кухонной плите.Этим грубым методом он заложил основу отрасли, которая ежегодно буквально перерабатывает горы известняка, глины, цементной породы и других материалов в порошок, настолько мелкий, что он может проходить через сито, способное удерживать воду.

Лаборатории цементных заводов проверяют каждый этап производства портландцемента путем частых химических и физических испытаний. Лаборатории также анализируют и тестируют готовый продукт, чтобы убедиться, что он соответствует всем отраслевым спецификациям.

Самый распространенный способ производства портландцемента — сухой.Первым шагом является добыча основного сырья, в основном известняка, глины и других материалов. После добычи порода дробится. Это включает в себя несколько этапов. Первое дробление уменьшает размер камня до максимального размера около 6 дюймов. Затем порода поступает на вторичные дробилки или молотковые дробилки для измельчения примерно до 3 дюймов или меньше.

Дробленый камень смешивается с другими ингредиентами, такими как железная руда или летучая зола, измельчается, смешивается и подается в цементную печь.

Цементная печь нагревает все ингредиенты примерно до 2700 градусов по Фаренгейту в огромных стальных цилиндрических вращающихся печах, облицованных специальным огнеупорным кирпичом.Обжиговые печи часто достигают 12 футов в диаметре — достаточно большого размера, чтобы вместить автомобиль, и во многих случаях больше, чем высота 40-этажного здания. Большие печи устанавливаются с небольшим наклоном оси от горизонтали.

Тонко измельченное сырье или суспензия подается в верхнюю часть. В нижней части находится ревущий взрыв пламени, произведенный точно контролируемым сжиганием порошкообразного угля, нефти, альтернативных видов топлива или газа с принудительной тягой.

По мере того, как материал движется через печь, определенные элементы уносятся в виде газов.Остальные элементы объединяются, образуя новое вещество, называемое клинкером. Клинкер выходит из печи в виде серых шариков, размером с мрамор.

Клинкер выгружается раскаленным из нижнего конца печи и обычно доводится до рабочей температуры в различных типах охладителей. Нагретый воздух из охладителей возвращается в печи, что позволяет сэкономить топливо и повысить эффективность горения.

После охлаждения клинкера цементные заводы измельчают его и смешивают с небольшим количеством гипса и известняка.Цемент настолько мелкий, что в 1 фунте цемента содержится 150 миллиардов зерен. Теперь цемент готов к транспортировке компаниям по производству товарного бетона для использования в различных строительных проектах.

Хотя сухой процесс является наиболее современным и популярным способом производства цемента, в некоторых печах в США используется мокрый процесс. Эти два процесса по сути схожи, за исключением мокрого процесса, когда сырье измельчается с водой перед подачей в печь.

Каков процесс производства портландцемента?

ВЛАЖНЫЙ ПРОЦЕСС

В мокром процессе, прежде всего, только что добытый известняк дробится на более мелкие кусочки.Затем в шаровой или трубчатой ​​мельнице его смешивают с глиной или сланцем с водой до образования суспензии. Суспензия представляет собой жидкость кремообразной консистенции с содержанием воды от примерно 35 до 50 процентов, в которой измельченные до тонкости частицы удерживаются во взвешенном состоянии.

Затем суспензия перекачивается в резервуары для навозной жижи или бассейны. В этом резервуаре предотвращается осаждение частиц известняка и глины за счет продувки сжатым воздухом со дна суспензии, которая поддерживается в воспламененном состоянии с помощью вращающихся рычагов с цепями.

Требуемый химический состав суспензии поддерживается в трубной мельнице путем периодических испытаний и корректировок. Также испытано в различных резервуарах для хранения путем смешивания суспензии. После этого в резервуарах окончательного хранения путем перемешивания пульпы поддерживается неоднородное состояние.

Одной из важных частей цементного завода является вращающаяся печь. Эта однородная скорректированная суспензия распыляется из форсунки на верхний конец вращающейся печи. Вращающаяся печь представляет собой стальной цилиндр диаметром от 3 до 8 м, футерованный огнеупорными материалами, установленный на роликовых подшипниках и способный вращаться вокруг собственной оси с расчетной скоростью.
Длина вращающейся печи может варьироваться от 30 метров до 200 метров. Жидкий раствор при разбрызгивании на горячую поверхность гибкой цепи теряет влагу и превращается в хлопья. Эти хлопья отслаиваются и падают на пол. Вращение вращающейся печи заставляет хлопья перемещаться от верхнего конца к нижнему концу печи, подвергаясь воздействию все более и более высоких температур.

Обжиг печи ведется с нижнего конца. Обычно для производства цемента в качестве топлива используется каменный уголь, нефть или природный газ.По мере продвижения материалов материал скатывается к нижнему концу вращающейся печи, сухой материал претерпевает ряд химических реакций, пока, наконец, не окажется в самой горячей части печи, где температура составляет порядка 1500 °. C, от 20 до 30 процентов материалов плавятся. Известь, диоксид кремния и оксид алюминия рекомбинируются. Здесь оксиды в сырье объединяются с образованием соединений в клинкере.

Расплавленная масса превращается в шаровидную форму размером от 3 до 20 мм, известную как клинкер.Затем клинкер охлаждают в контролируемых условиях во роторном охладителе. Клинкер хранят в силосах или бункерах. Обычно клинкер весит от 1100 до 1300 граммов на литр. Литровая масса клинкера указывает на качество клинкера.

Затем охлажденный клинкер измельчают в шаровой мельнице. Для предотвращения схватывания цемента добавляется от 3 до 5% гипса. Шаровая мельница представляет собой шар из закаленной стали, который имеет разные камеры, которые последовательно заряжаются вперед. Частицы измельчаются до необходимой степени измельчения.А частицы отделяются воздушными потоками и отправляются на хранение. Затем поставлять на рынок в качестве конечного продукта и использовать в различных строительных работах, таких как здания, тротуары, плотины или другие большие рабочие площадки.

В современном методе измельчения частицы цемента с хорошей зернистостью образуются за счет гранулометрического состава частиц цемента.

Мокрый процесс производства цемента

Танви Лад — старший менеджер (гражданское дело). Она получила степень бакалавра в области гражданского строительства в 2013 году.Она возглавляет отдел оценки и тендеров SDCPL. Она следит за обзором проектов, калькуляцией, оценкой, тендером, оценкой тендера и детальным проектированием жилых, коммерческих и инфраструктурных работ. Она также ведет блог на gharpedia.com. С ней можно связаться в LinkedIn, Twitter.

Этот пост также доступен на: हिन्दी (хинди)

При мокром процессе, если используется мел, он тонко измельчается и диспергируется в воде в промывочной мельнице. Промывочная мельница представляет собой круглую яму, состоящую из вращающихся радиальных рычагов с граблями, которые разбивают твердые материалы на куски.В аналогичной промывочной мельнице глина также измельчается и смешивается с водой. Теперь две смеси перекачиваются так, чтобы смешаться в заданной пропорции, и пропускаются через серию сит. Образующийся цементный раствор стекает в резервуары для хранения.

Необходимо прочитать: Сухой процесс производства цемента

Когда используется известняк, сначала необходимо его взорвать, затем измельчить в двух дробилках все меньшего размера, а затем подать в шаровую мельницу с глиной, диспергированной в воде. Полученная суспензия перекачивается в резервуары для хранения.

Суспензия представляет собой жидкость кремообразной консистенции с содержанием воды от 35 до 50 процентов и небольшой фракцией материала примерно на 2 процента больше, чем размер сита 90 мкм. Для хранения навозной жижи предусмотрено несколько резервуаров. Осаждение взвешенных твердых частиц предотвращается механическими мешалками или барботированием сжатым воздухом.

Шлам с желаемым содержанием извести поступает во вращающуюся печь. Это большой стальной цилиндр с огнеупорной футеровкой диаметром до 8 м, а иногда и до 230 м.Стальной цилиндр медленно вращается вокруг своей оси и немного наклонен к горизонтали. Суспензия подается в печь с верхнего конца, а пылевидный уголь вдувается воздушной струей в нижнем конце печи, где температура составляет около 1450 ° C. Уголь, используемый в печи, не должен иметь слишком высокое содержание золы, потому что 220 кг угля используется для производства одной тонны цемента. Это достойно при учете количества цемента.

Сухой материал подвергается серии химических реакций в самой горячей части печи, и от 20 до 30 процентов материала становится жидким, а известь, кремнезем и глинозем рекомбинируют.Расплавленная масса превращает плавкие предохранители в шары диаметром от 3 до 25 мм, известные как клинкер. Клинкер попадает в охладители, где охлаждается в контролируемых условиях. Охлажденный клинкер и 3-5 процентов гипса измельчаются в шаровой мельнице до требуемой степени измельчения, а затем отправляются в силосы для хранения, откуда цемент расфасовывается в мешки.

Печь должна работать непрерывно, чтобы обеспечить стабильный режим и, следовательно, однородность клинкера. Большая существующая печь на заводе мокрого процесса производит 3600 тонн клинкера в день.

Производство цемента мокрым способом энергоемко и поэтому неэкономично по сравнению с сухим и полусухим способом.

Также читайте: OPC против PPC: как сделать правильный выбор

Танви Лад — старший менеджер (гражданский). Она получила степень бакалавра в области гражданского строительства в 2013 году. Она возглавляет отдел оценки и тендеров SDCPL. Она следит за обзором проектов, калькуляцией, оценкой, тендером, оценкой тендера и детальным проектированием жилых, коммерческих и инфраструктурных работ.Она также ведет блог на gharpedia.com. С ней можно связаться в LinkedIn, Twitter.

Производство цемента | Центр и сеть климатических технологий

Цемент — это глобальный товар, производимый на тысячах заводов. Отрасль консолидируется во всем мире, но на долю крупных международных компаний приходится лишь 30% мирового рынка. Основным и наиболее заметным рынком цемента является строительная промышленность, где он используется в различных областях, где он смешивается с водой для изготовления бетона.В большинстве современных проектов гражданского строительства, офисных зданий, квартир и жилых домов используется бетон, часто в сочетании с системами стальной арматуры. По данным UNEPTIE, во многих развитых странах рост рынка очень медленный, и цемент в больших объемах используется в основном для строительства инфраструктуры. На рынках развивающихся стран (например, Китая) темпы роста более высокие. Поскольку цементная промышленность носит одновременно глобальный и локальный характер, она сталкивается с уникальным набором проблем, которые привлекают внимание как на местном, так и на международном уровне.

На цемент приходится 83% общего потребления энергии при производстве неметаллических полезных ископаемых и 94% выбросов CO2. Энергия составляет от 20% до 40% общей стоимости производства цемента. Производство цементного клинкера из известняка и мела путем нагревания известняка до температур выше 950 ° C является основным энергоемким процессом. Портландцемент, наиболее широко используемый тип цемента, содержит 95% цементного клинкера. Большое количество электроэнергии используется для измельчения сырья и готового цемента.

В процессе производства клинкера также выделяется CO2 в качестве побочного продукта при кальцинировании известняка. Эти технологические выбросы не связаны с использованием энергии и составляют около 3,5% выбросов CO2 во всем мире и 57% общих выбросов CO2 от производства цемента. Выбросы при кальцинировании известняка нельзя уменьшить за счет мер по повышению энергоэффективности или замены топлива, но их можно уменьшить за счет производства смешанного цемента и выбора сырья.

Введение

Цемент — это глобальный товар, производимый на тысячах заводов.Промышленность консолидируется во всем мире, но на крупные международные фирмы приходится лишь 30% мирового рынка (European Commission, 1997). Основным и наиболее заметным рынком цемента является строительная промышленность, где он используется в различных областях, где он смешивается с водой для изготовления бетона. На обрабатывающую промышленность в целом приходится треть мирового потребления энергии. Прямые выбросы промышленной энергии и технологического CO2 составляют 6,7 гигатонн (Гт), что составляет около 25% от общих мировых выбросов, из которых 30% приходится на металлургическую промышленность, 27% — на неметаллические полезные ископаемые (в основном цемент) и 16% — на химическое и нефтехимическое производство (IEA, 2008).Производство цемента включает нагрев, кальцинирование и спекание смешанных и измельченных материалов для образования кликера. В результате производство цемента является третьей по величине причиной антропогенных выбросов CO2 из-за производства извести, ключевого ингредиента цемента. Следовательно, экономия энергии при производстве цемента может снизить воздействие на окружающую среду. В цементной / бетонной промышленности повышение энергоэффективности и сокращение выбросов CO2 может быть достигнуто в основном с помощью двух процедур: (i) путем изменения производственных процессов и (ii) путем корректировки химического состава цемента.Производство и производственные процессы можно улучшить, изменив управление энергопотреблением и вложив средства в новое оборудование и / или модернизацию. Было продемонстрировано, что изменения в химическом составе цемента способствуют экономии энергии и сокращению выбросов CO2, но их широкому распространению пока препятствует тот факт, что разработка нового промышленного стандарта сложна и требует времени. Это, в частности, относится к цементной промышленности, которая является высоко капиталоемким и конкурентоспособным сектором с длительным экономическим сроком службы существующих предприятий, так что изменения в существующем капитале не могут быть легко внесены.

Наибольшие возможности для повышения энергоэффективности и сокращения выбросов CO2 могут быть достигнуты за счет улучшения процесса производства цемента. В цементной промышленности пиропроцессинг (переработка сырья в цемент при высокой температуре, например, выше 8000 ° C) является очень распространенной технологической процедурой, на которую приходится 74% потребления энергии в мировой цементной / бетонной промышленности. Поскольку термический КПД при использовании этой традиционной технологии пиропереработки в среднем немного превышает 30% (Mersmann, 2007), можно было бы значительно улучшить.На измельчение и помол приходится 5,8% энергопотребления цемента / бетона (Choate, 2003). Эти операции имеют энергоэффективность от 6 до 25%, а также предоставляют большие возможности для экономии энергии. На следующем рисунке представлен процесс производства цемента.

Потенциальные возможности для повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2 при производстве сырья и производстве бетона меньше, чем при производстве цемента. Например, выбросы CO2 во время транспортировки можно снизить, заменив дизельное топливо биодизелем.Обычно повышение энергоэффективности пропорционально сокращает выбросы CO2, образующегося при сжигании ископаемого топлива и производстве электроэнергии. Однако следует отметить, что сокращение выбросов CO2 от производства цемента на процент, пропорциональный повышению энергоэффективности, невозможно. Более половины выбросов CO2, связанных с цементом / бетоном, являются результатом химических реакций, необходимых для преобразования сырья, а не результатом энергии, необходимой для этих реакций.Например, если топливо с почти нулевым выбросом CO2 (например, ядерная энергия, биомасса) использовалось для всех потребностей в энергии пиропроцессинга, то выбросы CO2 можно было бы сократить на 54%.

Еще один способ сократить выбросы — заменить ископаемое топливо отходами или биомассой. Цементные печи хорошо подходят для сжигания отходов из-за их высокой температуры процесса, а также из-за того, что клинкерный продукт и известняковое сырье действуют как газоочистители. Использованные шины, древесина, пластмассы, химикаты и другие виды отходов сжигаются в цементных печах в больших количествах.Заводы в Бельгии, Франции, Германии, Нидерландах и Швейцарии достигли среднего уровня замещения от 35% до более 70%. Некоторые отдельные заводы даже достигли 100% -ной замены с использованием соответствующих отходов. Однако очень высокие показатели замещения могут быть достигнуты только при наличии специальной системы предварительной обработки и наблюдения. Например, твердые бытовые отходы необходимо предварительно обработать для получения однородной теплотворной способности и характеристик корма. Цементная промышленность в Соединенных Штатах сжигает 53 миллиона изношенных шин в год, что составляет 41% от всех сгоревших шин, что эквивалентно нулю.39 Мт или 15 ПДж. Около 50 миллионов шин, или 20% от общего количества, по-прежнему используются на свалках. Еще один потенциальный источник энергии — ковры: около 100 ПДж в год выбрасываются на свалки — вместо этого их можно сжигать в цементных печах. Хотя эти альтернативные материалы широко используются, их использование все еще вызывает споры, поскольку цементные печи не подлежат такому же жесткому контролю выбросов, как установки для сжигания отходов. Согласно статистике МЭА, цементная промышленность в странах ОЭСР использовала 1.6 млн т н.э. горючих возобновляемых источников энергии и отходов в 2005 году, половина из которых — промышленные отходы, а половина — древесные отходы (Taylor, 2006). Во всем мире сектор потребил 2,7 Мтнэ биомассы и 0,8 Мтнэ отходов. Это составляет менее 2% от общего расхода топлива в этом секторе. С технической точки зрения использование альтернативных видов топлива может быть увеличено с 24 до 48 Мтнэ, хотя между регионами будут различия из-за разной доступности таких видов топлива. Это приведет к сокращению выбросов CO2 в диапазоне от 100 до 200 млн тонн в год.

Еще один способ снизить энергетические и технологические выбросы при производстве цемента — это смешивание цементов с увеличенными долями альтернативного (не клинкерного) сырья, такого как вулканический пепел, гранулированный доменный шлак от производства чугуна или летучая зола от сжигания угля. выработка энергии. Использование таких смешанных цементов широко варьируется от страны к стране. Он высокий в континентальной Европе, но низкий в США и Великобритании. В США и Китае другие заменители клинкера добавляют непосредственно на стадии изготовления бетона.В долгосрочной перспективе цементу не хватает жизнеспособной безуглеродной альтернативы, и сценарии МЭА предполагают сильную зависимость от цементных печей для улавливания и хранения углерода (CCS) с кислородным топливом (IEA, 2008).

Осуществимость технологий и производственные потребности

В процессе пиропроцессинга цемента важно помнить, что отходы горят и горят при разных температурах и в разных условиях. Следовательно, твердые топливные отходы необходимо вводить в печь таким образом, чтобы они не влияли существенно на температурный профиль и химические реакции в процессе пиропроцессинга в целом.Иногда необходимо добавлять твердые отходы через люк или клапан в кожухе печи, что представляет собой техническую проблему и частично компенсирует повышение эффективности и сокращение выбросов CO2. Наконец, получение и обращение с альтернативным или отработанным топливом может вызвать техническую ответственность и политические проблемы. Компании-производители цемента не хотят, чтобы их называли обработчиками опасных отходов, и окружающие сообщества могут беспокоиться о транспортировке и обращении с опасными отходами на ближайшем цементном заводе.

Кроме того, смешанные цементы открывают большие возможности для энергосбережения и сокращения выбросов, но их использование во многих случаях потребует пересмотра строительных стандартов, кодексов и практик.

Из этапов цепочки производства цемента операции измельчения и помола достаточно энергоэффективны. Как упоминалось ранее, типичные системы обычно работают с энергоэффективностью на месте от 6 до 25% (Министерство энергетики США, 2003). Повышение энергоэффективности измельчения и измельчения можно повысить за счет использования современных систем мельниц, которые включают несколько единиц технологического оборудования с двухвалковыми прессами высокого давления, трубными мельницами, шаровыми мельницами и обычными или высокоэффективными сепараторами (IEA, 2009).

Состояние технологии и ее будущий рыночный потенциал

Основной потенциал в сокращении энергопотребления и выбросов CO2 при производстве цемента / бетона заключается в улучшении пиропроцессинга цемента. Пиропереработка превращает сырую смесь в клинкер. В настоящее время около 78% производства цемента в Европе приходится на сухие печи, еще 16% производства приходится на полусухие и полумокрые печи, а оставшаяся часть европейского производства, около 6%, приходится на мокрые печи. технологические печи.Как правило, ожидается, что при обновлении печи мокрого процесса, работающие в Европе, будут преобразованы в системы обжига сухого процесса, как и системы обжиговых печей полусухого и полумокрого процессов. В среднем системы пиропереработки в ЕС и США работают с термическим КПД ниже 35%, что довольно мало. В развивающихся странах этот процент еще ниже (Карстенсен, без даты). Эти улучшения процесса будут происходить за счет лучшего управления энергопотреблением, модернизации существующего оборудования (например, замены мокрых печей, модернизации до подогревателей и прекальцинаторов), внедрения новых технологий пиропроцессинга (например,грамм. системы с псевдоожиженным слоем), а в более долгосрочной перспективе — проведение НИОКР, необходимых для разработки новых концепций процессов производства цемента.

Япония является ведущей страной в области энергоэффективности в цементном секторе. Европа (в среднем 4,1 ГДж / т цемента) не могла конкурировать с Японией (3,1 ГДж / т), но многие другие части мира демонстрируют гораздо более высокие модели энергопотребления, например средний уровень энергопотребления в США (5,3 ГДж / т) или в Китае намного выше, чем в среднем по Европе (Worrell et al., 2004).

Типичные балансы энергии для основных систем пиропроцессинга показаны ниже. Эти балансы показывают, где происходят потери энергии и, таким образом, представляют возможность для повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2 на основе топлива. В частности, таблица показывает, что можно добиться значительных улучшений, если перейти от мокрого цементирования к сухому. Отдельные области использования энергии (например, разгрузка клинкера, оболочка печи и т. Д.) В таблице показывают площадь и величину возможностей, доступных для управления потерями энергии путем улучшения конкретного оборудования или методов.

Посредством энергетических аудитов, включая тестирование производительности печной системы и расчет баланса массы и тепла, можно определить конкретные возможности повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2. Энергетический аудит производства цемента должен как минимум рассматривать использование энергии и рекомендовать возможные действия, такие как:

• Нижние потери газа на выходе из печи
  • установить устройства, обеспечивающие лучшую кондуктивную теплопередачу от газов к материалам, например.г., печные цепи
  • работают при оптимальном уровне кислорода (контроль подачи воздуха для горения)
  • оптимизирует форму и температуру пламени горелки
  • увеличить или увеличить мощность подогревателя
• Более низкие возможности поглощения влаги для сырьевой муки и топлива: устранение необходимости испарения адсорбированной воды
• Уменьшение количества пыли в выхлопных газах за счет минимизации турбулентности газа: пыль уносит энергию из печи, где она улавливается пылесборниками; пыль перерабатывается в сырьевую муку и подается в печь, где она повторно нагревается
• Более низкая температура на выходе клинкера, сохранение большего количества тепла в системе пиропереработки
• Нижняя температура дымовой трубы охладителя клинкера
  • рециркуляция избытка охлаждающего воздуха
  • регенерировать более холодный воздух, используя его для сушки сырья и топлива или подогрева топлива или воздуха
• Снижение потерь излучения в печи за счет использования правильной смеси и более энергоэффективных огнеупоров для контроля температурных зон печи
  • Нижняя утечка холодного воздуха
  • закрыть ненужные отверстия
  • обеспечивает более энергоэффективные уплотнения
  • работают с максимально высокой температурой первичного воздуха
• Оптимизируйте работу печи, чтобы избежать сбоев.

Производство цемента мокрым способом включает смешивание сырья (известняк и глина или суглинок) с водой с целью получения суспензии. Далее в процессе из гомогенизированной смеси испаряется вода, и этот этап производства требует значительного количества энергии. Сырьевая мука (высушенный шлам) подвергается воздействию высоких температур во вращающейся печи, где происходит реакция прокаливания (ее конечными продуктами являются известь и CO2). На известь также влияют температуры от 1400 до 1450 ° C.Эта реакция, называемая спеканием, приводит к образованию клинкера. Заключительный этап производства цемента — тонкое измельчение клинкера и смешивание вещества с минеральными компонентами, такими как шлак, летучая зола или гипс.

В случае производства сухого цемента сырье смешивается без воды, поэтому процесс испарения можно не проводить. Последняя технология может снизить потребление энергии от «мокрого» до «сухого» процесса более чем на 50%.

Существующие технологии в цементной промышленности можно модернизировать несколькими способами.В Таблице 26-3 показано, основанное на данных цементных заводов США, влияние возможных мер по модернизации, таких как переход от влажных процессов к сухим и в рамках последней категории, влияние использования технологий подогревателя и прекальцинатора. Таблица показывает, что, если все заводы в США модернизируют свою пиропроцессинг до уровня лучших заводов США (т.е. система сухого процесса с подогревателем с технологией прекальцинатора), промышленность снизит потребление энергии на 30% до примерно 3 407 650 Джоулей / тонну цементировать и сократить выбросы CO2 на 13% до 75.3 млн т / год.

Что касается новых технологий в цементном секторе, несколько технологий проходят испытания и демонстрируются, например, печи с псевдоожиженным слоем. С середины 1990-х годов было разработано несколько опытных образцов крупномасштабных печей с псевдоожиженным слоем (200 т / день), которые продемонстрировали значительную экономию энергии. Например, по оценкам, полномасштабная система с псевдоожиженным слоем (3000 т / день) будет столь же эффективна, как самая передовая обжиговая печь в США, использующая подогреватель и прекальцинатор, и на 37% эффективнее, чем средняя установка в США.Для систем с псевдоожиженным слоем требуемые капитальные затраты примерно на 12% ниже, чем у современного цементного завода, а их эксплуатационные расходы составляют около 75% от эксплуатационных расходов современного цементного завода (Министерство энергетики США, 2003). Однако по сравнению с более старыми, полностью капитализированными установками на базе печей, системы с псевдоожиженным слоем относительно дороги, поэтому их, вероятно, следует рассматривать только для будущего расширения мощности. Еще одним препятствием для внедрения систем с псевдоожиженным слоем является нежелание вкладывать средства в такие большие капитальные затраты, поскольку системы были продемонстрированы только на небольших предприятиях.

Цементные заводы, учитывая их крупномасштабный спрос на промышленную тепловую энергию, предлагают возможности для комбинированного производства электроэнергии и / или пара, особенно если система когенерации является частью первоначального проекта завода. Это может значительно повысить общую энергоэффективность некоторых производственных операций. В настоящее время пять цементных заводов вырабатывают электроэнергию на месте за счет когенерации (Министерство энергетики США, 2003 г.). Более того, использование отработанного тепла в системах теплообмена подогревателя обычно более энергоэффективно, чем когенерация электроэнергии с присущей ему низкой эффективностью преобразования тепловой энергии в электрическую (обычно для производства 1 кВтч требуется около 10 481 Джоулей).Хотя совместное производство пара на цементном заводе возможно, цементные заводы обычно требуют небольшого количества пара и расположены в изолированных районах, где рынки для избыточного производства пара часто недоступны.

Вклад технологий в экономическое развитие (включая поддержку энергетического рынка)

Важным преимуществом повышения энергоэффективности в цементной промышленности могло бы стать снижение затрат на электроэнергию. Вообще говоря, в цементной промышленности ЕС расходы на электроэнергию составляют около 40% от общих производственных затрат, в то время как европейские технологии производства цемента являются одними из самых энергоэффективных в мире.С 1970-х годов в Европе энергия, необходимая для производства цемента, упала примерно на 30%, а возможности для дальнейших улучшений стали довольно небольшими. Однако в других частях мира по-прежнему возможна более значительная экономия на энергозатратах.

В производстве цемента рентабельное повышение эффективности от 10% до 20% уже возможно при использовании коммерчески доступных технологий. Энергоемкость большинства промышленных процессов как минимум на 50% выше теоретического минимума, определяемого основными законами термодинамики.Энергоэффективность обычно ниже в регионах с низкими ценами на энергию. Комплексные технологии для двигателей и паровых систем позволят повысить эффективность во всех отраслях промышленности с типичной экономией энергии в диапазоне от 15% до 30%. Срок окупаемости может составлять всего два года, и в лучшем случае финансовая экономия в течение срока службы улучшенных систем может достигать 30–50%. В тех процессах, где эффективность близка к практическому максимуму, инновации в материалах и процессах позволят добиться еще большего выигрыша (IEA, 2008).

Климат

При производстве цемента образуется CO2, поскольку для сжигания сырья и придания клинкеру уникальных свойств требуются очень высокие температуры. CO2 образуется из трех независимых источников: декарбонизация известняка в печи (около 525 кг CO2 на тонну клинкера), сжигание топлива в печи (около 335 кг CO2 на тонну цемента) и использование электроэнергии (около 50 кг. кг CO2 на тонну цемента). Существует три основных меры, с помощью которых цементная промышленность может сократить прямые выбросы CO2 в ближайшем будущем:

• Повышение энергоэффективности (все еще возможно максимум 2%),
  • Снижение соотношения клинкер / цемент (введение полезных промышленных побочных продуктов), и
  • Увеличение использования отходов в качестве альтернативного топлива (национальные инициативы, адекватное национальное выполнение определенных директив, касающихся конкретных отходов).

На основании анализа IEA (2008) для смешанных цементов, в целом потенциал экономии в этом случае составляет от 300 до 450 млн тонн CO2 к 2050 году. Основные подходы к этому заключаются в использовании:

• Доменный шлак, охлажденный не воздухом, а водой. Около половины всего доменного шлака уже используется для производства цемента, где шлак охлаждается водой и где расстояния транспортировки и затраты приемлемы. Если бы был использован весь доменный шлак, это привело бы к сокращению выбросов CO2 примерно на 100 млн тонн CO2.
• Летучая зола угольных электростанций. Но содержание углерода в летучей золе может повлиять на время схватывания бетона, которое определяет качество цемента. Для использования в качестве заменителя клинкера летучая зола с высоким содержанием углерода должна быть улучшена. Технологии для этого только появляются. Специальные методы измельчения также изучаются как способ увеличения скорости реакции летучей золы, позволяя повысить содержание летучей золы в цементе до 70% по сравнению с максимальным значением 30% в настоящее время (Justnes et al., 2005). Китай и Индия могут значительно увеличить использование летучей золы.Если бы 50% всей летучей золы, которая в настоящее время отправляется на свалки, можно было бы использовать, это привело бы к сокращению выбросов CO2 примерно на 75 млн. Т.
• Стальной шлак. Процесс CemStar, который использует 15% -ную загрузку стального шлака с воздушным охлаждением в смеси сырья вращающейся печи, был разработан и успешно применяется в Соединенных Штатах, что привело к снижению выбросов CO2 примерно на 0,47 т / т добавленного стального шлака ( Yates et al., 2004). В Китае насчитывается около 30 сталелитейных цементных заводов с совокупной годовой производительностью 4.8 млн т. Однако качество стального шлака варьируется, и его трудно перерабатывать, что ограничивает его использование. Если бы общий мировой ресурс сталеплавильного шлака конвертерных печей и ЭДП от 100 до 200 млн тонн в год был использован таким образом, потенциал сокращения выбросов CO2 составил бы от 50 до 100 млн тонн в год. Для подтверждения жизнеспособности этого варианта необходим дальнейший анализ. Другие материалы, которые могут быть использованы в большей степени в качестве заменителей клинкера, включают вулканический пепел, молотый известняк и битое стекло. Такие подходы могли бы облегчить проблемы доступности заменителей клинкера и, возможно, проложить путь к 50% сокращению энергопотребления и выбросов CO2.В долгосрочной перспективе могут быть разработаны новые типы цемента, в которых известняк не используется в качестве основного ресурса. Эти новые виды называются синтетическими пуццоланами. Технологическая осуществимость, экономичность и энергетический эффект таких альтернативных цементов остаются спекулятивными.
• Смешанные цементы предлагают большие возможности для энергосбережения и сокращения выбросов, но их использование во многих случаях потребует пересмотра строительных стандартов, норм и правил. В целом потенциал экономии для смешанных цементов составляет от 300 до 450 млн тонн CO2 к 2050 году.Скорость обучения для цементных печей CCS при текущей стоимости 200 долларов США за тонну CO2 составляет около 5%, в то время как целевой показатель затрат на коммерциализацию в долларах США составляет 75 долларов США.

Для расчета этих сокращений выбросов парниковых газов рекомендуется применять утвержденные методологии для консолидированной методологии увеличения состава смеси в производстве цемента, методологии сокращения выбросов парниковых газов за счет рекуперации отходящего тепла и использования для выработки электроэнергии на цементных заводах, перехода на ископаемое топливо, мер по энергоэффективности и смене вида топлива для промышленных объектов, сокращение выбросов за счет частичной замены ископаемого топлива с альтернативными видами топлива или менее углеродоемкими видами топлива в проекте по производству цемента (крупномасштабные мероприятия), который был разработан в рамках Механизма чистого развития Киотского протокола РКИК ООН (МЧР).Эта методология помогает определить базовый уровень выбросов парниковых газов в отсутствие проекта (т. Е. При обычном ведении бизнеса), как можно рассчитать сокращения выбросов ниже этого базового уровня и как можно отслеживать эти сокращения. Общую информацию о том, как применять методологии CDM для учета парниковых газов, можно найти здесь.

Финансовые потребности и затраты

Прогнозируется, что мировой спрос на цемент будет расти на 4,7% ежегодно до 2,8 млрд метрических тонн в 2010 году. Китай, который уже является крупнейшим рынком цемента в мире, продемонстрирует наибольший рост общего объема проданного цемента.Другие развивающиеся части Азиатско-Тихоокеанского региона и Восточной Европы, а также ряд стран в регионах Африки / Ближнего Востока и Латинской Америки также продемонстрируют прирост рынка цемента выше среднего, чему способствуют хорошие перспективы строительства. Ожидается, что Вьетнам, Таиланд, Украина, Турция и Индонезия также продемонстрируют значительный рост в процентном отношении. Рыночный рост будет менее устойчивым в развитых регионах США, Японии и Западной Европы, при этом основная часть роста спроса на цемент до 2010 года будет приходиться на ремонтно-эксплуатационное строительство.Однако увеличение расходов на строительство в Германии и Японии после продолжительного периода спада поможет поддержать общий рост развитых мировых рынков.

Цементная промышленность приложила значительные усилия для внедрения инновационных технологий в производство цемента. В последние годы были потрачены значительные ресурсы на изучение новых и, надеюсь, не вызывающих споров и экологически чистых технологий. К сожалению, многие такие технологии обладают низкой производительностью (некоторые все еще находятся в стадии разработки), технически сложны и в настоящее время недоступны для многих развивающихся стран.При сравнении современных технологий с точки зрения устойчивости, пригодности, производительности, надежности, рентабельности, патентных ограничений (доступности) и требований к компетентности можно сделать вывод, что, по крайней мере, в краткосрочной перспективе цементная промышленность будет базироваться на на мельницах пиропроцессинга и помола.

Как описано выше, наиболее традиционный способ производства цемента — в печах. Хотя в развитом мире это стандартная процедура, в развивающемся мире мы можем столкнуться с финансовыми требованиями, которые нелегко удовлетворить.Высокотемпературные печи для обжига цемента широко распространены и доступны в большинстве развивающихся стран и могут представлять собой доступную, экологически безопасную и устойчивую альтернативу обработке. Выбор мельницы будет варьироваться на разных предприятиях из-за ряда факторов. Хотя потребление энергии (и, следовательно, затраты на энергию) на трубных станах выше, они имеют более низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание, чем другие типы станов. Инвестиционные затраты трудно сравнивать в общих чертах, потому что ограничения, характерные для конкретного объекта, играют важную роль.Факторы, не связанные с затратами, которые влияют на инвестиционные решения, включают содержание влаги в сырье, вертикальные валковые мельницы могут как сушить, так и измельчать материалы, и поэтому они наиболее подходят для сырья с более высоким содержанием влаги, в то время как валковые прессы и горизонтальные валковые мельницы могут потребовать отдельная сушилка.

В 1999 году десять ведущих цементных компаний, представляющих примерно одну треть мирового производства цемента, добровольно приступили к реализации того, что стало Инициативой устойчивого развития цемента (CSI), программой под руководством членов Всемирного совета предпринимателей по устойчивому развитию (WBCSD). ).Его цель — найти для отрасли новые способы уменьшения воздействия на окружающую среду, понимания потенциала ее социального вклада и расширения взаимодействия с заинтересованными сторонами.

Список литературы

• Американская ассоциация угольной золы (ACAA), 2001. Обзор продуктов сжигания угля.
• Чоат, В., 2003. Энергия и возможности сокращения выбросов в цементной промышленности. Министерство энергетики США.
• Европейская комиссия, 1997. 4-я рамочная программа исследований и технологического развития (RTD), проект ATLAS.
• МЭА, 2008. Перспективы энергетических технологий — сценарии и стратегии до 2050 года. Международное энергетическое агентство.
• МЭА, WBSCD, 2009. Дорожная карта цементных технологий на 2009 год — Сокращение выбросов углерода до 2050 года. Международное энергетическое агентство.
• Джастнес, Х., Эльфгрен, Л. и Ронин, В., 2005. Механизм эффективности энергетически модифицированного цемента по сравнению с соответствующими смесями цемента, цемента и бетона. Исследования, 35 (2), стр. 315-323.
• Karstensen, K.H. (без даты).Звуковое уничтожение устаревших пестицидов в цементных печах в развивающихся странах, Фонд научных и промышленных исследований (SINTEF).
• Мерсманн, М., 2007. Технология пиропроцесса. Отчет о технической конференции по цементной промышленности, IEEE, стр. 90-102.
• Перри, Курт Э., 1986. Энергия и возможности сокращения выбросов для цементной промышленности — Вращающаяся цементная печь, Chemical Publishing Co., Inc., Нью-Йорк, стр. 107
• Scalon, J., 1992. Добавка минералов, сборник ACI 22.
• Тейлор, М. 2006. Энергоэффективность и выбросы CO2 в мировой цементной промышленности.