[发明专利]一种使用气体还原剂催化石灰石还原分解制熟料并联产富含CO/H2

说明书

本发明涉及一种催化石灰石还原分解制熟料并联产富含CO/H₂的方法，具体涉及采用氢气、甲烷、氨气中的一种或两种以上混合气作为还原剂，直接还原分解成熟料；进一步地，采用金属或金属氧化物作为催化剂催化石灰石还原分解反应，加速反应速率，降低反应熟料生成的温度。本发明技术可避免石灰石热分解产生二氧化碳，同时联产富含CO/H₂的气体，气体具体组成与还原剂和反应条件相关，可作为主要成分供给城市煤气，或作为烯烃、油品、芳烃等高值化学品的合成原料气。本发明可在流化床式、移动床式、旋流式、喷腾式、沸腾式等分解炉、带预热室分解炉，提升管反应器，固定床式反应器，气氛平窑中实现，具有过程简单、产品附加值高、工业化难度小、产物易于分离、过程重复性好、操作安全可靠等特点，本发明技术可实现水泥工业、熟石灰工业二氧化碳减排达60％，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明属于水泥、熟石灰制造领域，具体涉及一种催化石灰石一步还原分解制熟料并联 产富含CO/H₂的方法。

背景技术

2015年12月，巴黎气候大会通过了《巴黎协定》，协定的长期目标是：“将全球平均气 温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以 内。全球尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放”。从2023年开 始，每5年将对全球行动总体进展进行一次盘点，以帮助各国提高力度、加强国际合作，实现 全球应对气候变化的长期目标。为了实现该目标，先后有30国或地区发布其碳中和目标。

我国现有碳排放结构分为三大块：发电与供热51％，制造与建筑业28％，交通运输10％。 因此，实现碳中和的途径主要包括如下几方面：1)发电与供热：主要发展清洁能源，如风、 光、水、核能等；2)制造与建筑业：a.通过能源结构优化和节能减排降低碳排放；b.通过参 与碳捕捉、碳汇、碳交易实现中和；c.交通运输：主要通过新能源交通模式和轻量化实现。

我国制造与建筑业的碳排放占比较高，碳中和之路存在客观技术难题。我国与欧美国家的 碳排放结构存在较大不同，作为“世界工厂”我国制造业与建筑业碳排放占比约为28％，而欧 盟和美国占比仅为13％和9％。有别于发电与供热、交通运输这两个排放大户的碳中和可以通 过清洁能源替代实现，制造与建筑业的碳中和面临两大难题之一：工业产品(水泥和钢铁等) 生产工艺中的原料化学反应产生CO₂，排放难以遏制。因此，制造与建筑业的碳中和，势必需 要对现有工业生产技术进行大刀阔斧的改革。

水泥是国民经济建设的重要基础原材料，目前国内外尚无一种材料可以替代它的地位。我 们按照二氧化碳的排放来源，将水泥制造业的碳排放分为直接排放和间接排放。直接排放是指 燃烧化石燃料与原料受热分解产生的CO₂排放；间接排放是指在生产或服务过程中所需的电 力支持及热能损耗而产生的CO₂排放。计算分析获得，原料分解产生的CO₂排放占比最大， 约为63.01％，其次是供热排放CO₂占比31.57％，直接碳排放合计占到96.51％，间接排放仅 占到3.49％。水泥碳排放占比建筑材料行业碳排放总量的84.3％，国内碳排总量的13.91％，根 据中国水泥协会数据，巴黎协议的摄2度(2DS)协议要求每生产1吨水泥，二氧化碳排放量 必须降到520-524公斤之间。当前，我国水泥熟料碳排放系数(基于水泥熟料产量核算)约为 0.86，即生产一吨水泥将产生860公斤二氧化碳，明显高于巴黎协议水平，不夸张的说建筑行 业要实现碳中和，水泥便是主战场。这意味着水泥行业的碳中和，有两条途径：生产工艺和燃 料使用技术的变革；后端的碳捕集和转化技术的发展。未来随着多种清洁电能的增加，燃料供 热可逐渐被取代。

在水泥生产过程中，需要石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原 料，伴随生料熟化石灰石分解产生大量CO₂排放，因此改变石灰石煅烧分解工艺，在制备熟料 的同时，降低甚至避免CO₂排放，是一项变革性技术，是有效的碳中和技术。