2018-水泥生产中的最新技术发展：展望未来（英文版）-3mb

报告摘要

总结：European Cement Research Academy 2017 技术论文

核心内容

本报告由欧洲水泥研究学院（ECRA）与水泥可持续发展倡议（CSI）联合发布，旨在更新水泥制造领域在碳减排（CCS）和能效提升方面的技术视角。该报告包含52篇技术论文和7篇技术现状论文，为水泥行业制定未来技术路线图提供了重要参考。

主要观点

报告背景：2009年，WBCSD与IEA发布了《水泥技术路线图》，为水泥行业到2050年的碳减排目标提供了指导。2017年，CSI委托ECRA更新技术论文，以反映最新的技术发展和全球减排需求。
技术目标：通过提高能源效率和减少温室气体排放，推动水泥行业向低碳转型。
报告结构：包含52篇技术论文和7篇技术现状论文，分别聚焦于热能效率、电能效率、替代燃料与原料、降低熟料含量、新型结合材料、碳捕集与封存（CCS）、**碳捕集与利用（CCU）**等主题。
参考工厂设定：报告基于2014年CSI GNR（Getting the Numbers Right）项目的数据，定义了一个“典型水泥工厂”用于估算能源需求和减排潜力。该工厂年熟料产能为200万吨，熟料/水泥比为75%，单位熟料排放强度为842 kgCO₂/t。

关键信息

技术现状论文

热能效率
- 全球平均热能需求为3,510 MJ/t熟料，其中最佳10%为3,000 MJ/t熟料，最差90%为4,100 MJ/t熟料。
- 干法生产（带预分解技术）是当前主流，其热能需求在2014年为3,380 MJ/t熟料。
- 理论最低热能需求为1,850–2,800 MJ/t熟料，受化学和矿物反应及原料干燥影响。
- 未来热能需求预计下降至2030年的3,300–3,400 MJ/t熟料，2050年的3,150–3,250 MJ/t熟料。
电能效率
- 全球平均电能需求为104 kWh/t水泥，2012–2014年间下降10 kWh/t水泥。
- 电能需求主要由原料粉碎、熟料生产、水泥粉碎、燃料粉碎、包装和装车等环节构成。
- 现代粉碎技术（如高压粉碎辊和垂直辊磨机）显著降低电能需求，但需考虑设备可靠性和水泥质量。
- 未来电能需求预计下降至2030年的100 kWh/t水泥，2050年的90–95 kWh/t水泥。
替代燃料、原料与生物质
- 全球替代燃料使用率为16%，其中约6%为生物质，其余为传统燃料（主要为煤炭）。
- 替代燃料的使用有助于降低碳排放，但需进行预处理（如研磨、干燥）。
- 气化或预燃烧技术、水热碳化（HTC）和热解技术是未来替代燃料的潜在方向。
- 替代燃料的进一步应用（如粒化高炉矿渣、粉煤灰、天然火山灰等）有助于降低熟料含量。
新型结合材料
- 包括碱激发结合材料、基于硅酸钙碳化的水泥、低碳熟料（如贝利特水泥、硫铝酸盐熟料）等。
- 这些材料有助于降低水泥生产中的CO₂排放，但需进一步研究和推广。
碳捕集与封存（CCS）
- CCS技术在水泥生产中具有重要潜力，但会显著增加电能需求（50–120%）。
- 2030年预计有20个安装（即40 Mt/year熟料产能），2050年可能达到20%的熟料产能。
- CCS将导致水泥生产电能需求增加，分别为2030年+1 kWh/t水泥和2050年+105–110 kWh/t水泥。
碳捕集与利用（CCU）
- CCU技术包括用于基础化学品、尿素、甲酸、聚合物等的CO₂利用。
- 甲烷（CH₄）和液体燃料（CH₃OH）的生产是未来CCU的重要方向。
- 增强石油回收（EOR）和藻类捕集与燃料生产也是CCU的潜在应用。