一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统的制作方法

本技术属于绿氢应用及碳捕集利用，特别涉及一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统。

背景技术：

1、水泥工业碳足迹涉及原材料、生产过程、物流运输、产品应用等各方面。水泥生产中约60％的co2来自原材料石灰石煅烧，约32％来自于直接煤炭燃烧，8％来自于使用电力带来的间接煤炭燃烧。作为传统的基础工业和国民经济的重要支柱产业。2020年中国水泥产量为23.8亿吨，约占全球市场份额的55％。同时，水泥行业已成为重要的co2排放源，2020年其排放总量达到14.7亿吨，占全国总碳排放量的14.3％。因此，实现水泥行业的碳减排目标，是实现碳中和目标过程中的重要环节。

2、水泥生产中石灰石煅烧过程产生大量co2，常规的减碳方法是采用高效的熟料制备方法，如专利cn113354311 a提出的“一种资源节约型低碳水泥熟料及其制备方法”，此方法降低了石灰石使用量、降低了水泥熟料的烧成温度、减少了用煤量，因此，大幅降低了co2的排放量。

3、水泥回转窑炉直接燃煤也会排放大量的co2，常规的减碳方法是改造燃烧器，提高燃烧效率，增加余热利用系统等，这些方法可以降低煤耗，减少co2排放。

4、但是，现有的方法虽虽大幅降低了co2的排放量，但仍并不能实现水泥行业的零碳排放。而且捕集后的co2也无法处理。绿色氢能是实现工业领域深度脱碳的重要解决方案之一，工信部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》中明确提出：鼓励氢能等替代能源在钢铁、水泥、化工等行业的应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统。

2、本实用新型所采用的技术方案为：

3、一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，包括可再生能源发电系统，可再生能源发电系统电连接有电解水制氢制氧系统，电解水制氢制氧系统通过氢气输送管路连接到二氧化碳加氢制甲醇系统；还包括水泥回转窑，水泥回转窑通过尾气输送管路连接至二氧化碳捕集纯化系统，二氧化碳捕集纯化系统通过二氧化碳输送管路连接至二氧化碳加氢制甲醇系统。

4、本实用新型的可再生能源发电系统利用光伏、风力、光热等可再生能源发电，部分电力用于电解水制氢制氧系统制取氢气。电解水制氢制氧系统电解水制氢，同时制取氧气。二氧化碳捕集纯化系统将水泥回转窑产生的二氧化碳进行收集并进行纯化处理。二氧化碳与电解水制取的氢气反应生成甲醇产品。本实用新型通过烟气净化和捕集技术将石灰石煅烧分解工艺和熟料制备工艺等水泥生产过程的co2净化捕集，然后与电解绿氢原位转换成绿色甲醇产品，实现整个水泥生产流程的零碳排放。

5、作为本实用新型的优选方案，所述电解水制氢制氧系统通过氢气输送管路与水泥回转窑连接。氢气作为燃料为水泥回转窑炉提供热量。

6、作为本实用新型的优选方案，所述电解水制氢制氧系统通过氧气输送管路与水泥回转窑连接。电解水制氢制氧系统产生的氧气通入水泥回转窑，作为助燃气体，通过富氧燃烧减少熟料制备流程的直接碳排放。

7、作为本实用新型的优选方案，所述可再生能源发电系统还与厂区生产生活用能系统电连接。本实用新型将可再生能源发电系统所产生的部分电力用于水泥厂区生产/生活用电。

8、作为本实用新型的优选方案，所述电解水制氢制氧系统通过氢气输送管路连接有氢燃料电池热电联供系统，氢燃料电池热电联供系统分别通过供电线路和供热管路与厂区生产生活用能系统连接。在没有风光条件时，部分电解水制氢制氧系统产生的氢气通过氢燃料电池热电联供系统为厂区供电。

9、作为本实用新型的优选方案，所述电解水制氢制氧系统通过氢气输送管路连接有厂区交通运输用氢燃料电池车。电解水制氢制氧系统制得的氢气还可用于厂区交通运输用氢燃料电池车的氢燃料供应。

10、作为本实用新型的优选方案，所述电解水制氢制氧系统通过氧气输送管路连接到高海拔地区水泥厂内的弥散式供氧/集中供氧系统。对于高海拔地区水泥厂，电解水制氢制氧系统制得的多余的氧气可用于弥散式供氧/集中供氧系统。

11、作为本实用新型的优选方案，所述电解水制氢制氧系统连接有氢气纯化装置。氢气通过氢气纯化装置纯化，可得到纯度为99.999％的高纯氢气。

12、作为本实用新型的优选方案，所述氢气纯化装置连接有氢气压缩机，氢气压缩机连接有氢气储罐。高纯氢气通过氢气压缩机经氢气汇流排架平衡压力后分配至各氢气储罐储存，储存量应满足后续工艺稳定运行的要求。

13、作为本实用新型的优选方案，所述电解水制氢制氧系统连接有氧气压缩机，氧气压缩机连接有氧气储罐。氧气经过氧气压缩机压缩后用氧气储罐储存，储存量应满足后续工艺稳定运行的要求。

14、本实用新型的有益效果为：

15、1.本实用新型的电解水制氢制氧系统产生的氢气代替分解炉的煤炭燃烧，减少石灰石煅烧分解流程的直接碳排放；电解水制氢制氧系统产生的氧气通过富氧燃烧，减少熟料制备流程的直接碳排放。通过烟气净化和捕集技术将石灰石煅烧分解工艺和熟料制备工艺等水泥生产过程的二氧化碳净化捕集，然后与电解绿氢原位转换成绿色甲醇产品，实现整个水泥生产流程的零碳排放。

16、2.本实用新型采用可再生能源代替化石能源发电，解决了生产生活用电的间接碳排放问题。厂区供热采用氢燃料电池热电联供系统，解决了生产生活辅助系统用热的间接碳排放问题；厂区交通和运输采用氢燃料电池汽车，解决了辅助生产的间接碳排放问题，实现水泥生产全流程的零碳排放。

技术特征：

1.一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：包括可再生能源发电系统(1)，可再生能源发电系统(1)电连接有电解水制氢制氧系统(2)，电解水制氢制氧系统(2)通过氢气输送管路连接到二氧化碳加氢制甲醇系统(3)；还包括水泥回转窑(4)，水泥回转窑(4)通过尾气输送管路连接至二氧化碳捕集纯化系统(5)，二氧化碳捕集纯化系统(5)通过二氧化碳输送管路连接至二氧化碳加氢制甲醇系统(3)。

2.根据权利要求1所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述电解水制氢制氧系统(2)通过氢气输送管路与水泥回转窑(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述电解水制氢制氧系统(2)通过氧气输送管路与水泥回转窑(4)连接。

4.根据权利要求1所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述可再生能源发电系统(1)还与厂区生产生活用能系统(8)电连接。

5.根据权利要求1所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述电解水制氢制氧系统(2)通过氢气输送管路连接有氢燃料电池热电联供系统(9)，氢燃料电池热电联供系统(9)分别通过供电线路和供热管路与厂区生产生活用能系统(8)连接。

6.根据权利要求1所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述电解水制氢制氧系统(2)通过氢气输送管路连接有厂区交通运输用氢燃料电池车(10)。

7.根据权利要求1所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述电解水制氢制氧系统(2)通过氧气输送管路连接到高海拔地区水泥厂内的弥散式供氧/集中供氧系统。

8.根据权利要求1所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述电解水制氢制氧系统(2)连接有氢气纯化装置。

9.根据权利要求8所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述氢气纯化装置连接有氢气压缩机，氢气压缩机连接有氢气储罐。

10.根据权利要求1所述的一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，其特征在于：所述电解水制氢制氧系统(2)连接有氧气压缩机，氧气压缩机连接有氧气储罐。

技术总结
本技术属于绿氢应用及碳捕集利用技术领域，特别涉及一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统。其技术方案为：一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统，包括可再生能源发电系统，可再生能源发电系统电连接有电解水制氢制氧系统，电解水制氢制氧系统通过氢气输送管路连接到二氧化碳加氢制甲醇系统；还包括水泥回转窑，水泥回转窑通过尾气输送管路连接至二氧化碳捕集纯化系统，二氧化碳捕集纯化系统通过二氧化碳输送管路连接至二氧化碳加氢制甲醇系统。本技术提供了一种利用可再生绿氢实现水泥厂零碳排放的系统。

技术研发人员：张章,胡世磊,张定海,杨锦,庄原发,唐豪杰,聂立,胡洋,钟勇斌,欧阳彦超
受保护的技术使用者：东方电气集团东方锅炉股份有限公司
技术研发日：20220801
技术公布日：2024/1/11