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耦合化学链制氢与钙循环过程实现水泥厂脱碳的系统性能评估

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零碳燃料替代和CO2捕集在水泥厂脱碳过程中可以发挥重要作用.提出了一种将钙循环工艺与化学链制氢工艺(CaL-CLHG)相结合的集成方案,并评估了该方案用于水泥生产过程脱碳时的系统性能.CaL-CLHG方案的优势在于可回收水泥生产过程中的余热用于制氢,同时还避免了传统钙循环捕集工艺(CaL-Oxy)中用于空气分离的能耗.研究结果表明通过避免空气分离过程的电力消耗和利用余热回收制氢实现了水泥生产过程脱碳的热力学性能和经济性提升.在CaL-CLHG方案中,避免单位CO2排放的一次能源消耗可降低到2.68 GJ/t,相比传统CaL-Oxy捕集工艺下降33.5%.经济性分析表明,CO2减排成本可从CaL-Oxy方案中的56.6 $/t降至CaL-CLHG方案中的34.2~41.6 $/t.采用CaL-CLHG工艺对现有水泥厂进行脱碳是一种技术经济上可行的选择.
System assessment of integrating calcium looping and chemical looping hydrogen generation processes for cement plants decarbonization
Zero-carbon fuel substitution and CO2 capture will play a crucial role in the decarbonization of cement plants.This paper proposes an integration scheme that combines the calcium looping process with the chemical looping hydrogen generation process(CaL-CLHG).The CaL-CLHG scheme offers the advantage of recovering waste heat from the cement production process for hydrogen generation.Besides,the CaL-CLHG scheme avoids the power consumption associated with air separation in the traditional calcium looping process(CaL-Oxy).Results indicate that the specific primary energy consumption for CO2 avoided can be achieved at 2.68 GJ/t in the CaL-CLHG scheme.This represents a reduction of 33.5%compared to the CaL-Oxy scheme.Economic analysis indicates that the cost of CO2 avoided can be reduced from 56.6 $/t in the CaL-Oxy scheme to the range of 34.2-41.6 $/t in the CaL-CLHG scheme.In conclusion,adopting the CaL-CLHG process for the decarbonization of existing cement plants presents a techno-economically feasible option.

calcium loopingchemical looping hydrogen productioncement decarbonizationCO2 capture

何松、王丹、郑雅文、高李帆、王珺瑶、杨智、曾雪兰

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广东工业大学碳中和与绿色发展协同创新研究院,广东 广州 510006

国家电力投资集团氢能科技发展有限公司,北京 100162

深圳市燃气集团股份有限公司,广东 深圳 518040

广东工业大学材料与能源学院,广东 广州 510006

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钙循环 化学链制氢 水泥脱碳 CO2捕集

2024

洁净煤技术
煤炭科学研究总院 煤炭工业洁净煤工程技术研究中心

洁净煤技术

CSTPCD北大核心
影响因子:0.893
ISSN:1006-6772
年,卷(期):2024.30(12)