CO 2 -emission og -reduktion fra fremstilling af cement

1. CO2-emission og -reduktion fra fremstilling af cement Seniorrådgiver Jytte Boll Illerup Lektor Weigang Lin PhD-studerende Sharat Kumar Pathi Professor Kim Dam-Johansen

2. New Cement ProductionTechnology En forskningsplatformfinasieretafHøjteknologifonden,FLSmidth A/S ogDTU Kemiteknik 2007-2012: 50 mio. dkk (7 mio Euro) SamarbejdemellemDTU KemiteknikogFLSmidth A/S CHEC Annual Day 2010, October 5

3. Forskningsindhold Fokus på fire hovedområder • Energieffektivitet • Alternative brændsler • Klinkerdannelse • Reduktion af emissioner CHEC Annual Day 2010, October 5

4. Fremstilling af cement Brændsel Gips(CaSO4) • Kalksten • (CaCO3) Cement FormalingafKlinker Formalingafråmel Lermineraler (SiO2, Al2O3, Fe2O3) KlinkerbrændingFaststoftemperatur 1450°C

5. Megetenergikrævendeogudledningaf CO2 Varme del Kalcinering CaCO3 CaO + CO2 Fremstilling af råmel Fremstilling af færdig cementprodukt 5

6. CO2emissionskilder Råmel (50%) Brændsel ogelektricitet (50%) 1 ton cement  1 ton CO2 290°C Raw meal inlet Preheater 480°C 650°C 800°C Calciner Tertiary air 850-1100°C Roterovn Brændsel (40%) 890°C Kalcineringsbrændsel 60% brændsel Rotary kiln Clinker 100°C Air CHEC Annual Day 2010, October 5 6

7. Reduktion af CO2 • Øget energieffektivitet • Anvendelse af alternative brændsler (biomasse, affald etc.) • Rensning af røggassen Dvs. udskillelse og opkoncentrering af CO2 og forbrænding i ren ilt CHEC Annual Day 2010, October 5

8. Carbonate looping process – anvendelse af kalksten • Kalcinering (endoterm) • Karbonering (eksoterm) Ligevægtspartialtryk Karbonering Kalcinering

9. Princip for ‘Carbonate looping’ Ref.: C. Abanades et al.

10. ’CO2Capture’ på cementfabrikker Vigtige design -parameter: • Energi optimering – integrering af energistrømme Ref.: European Cement Research Academy

11. Dimensionering af looping-systemet CO2 kapacitet af CaO afhænger af • Temperaturer og opholdstider • Kalkstenstype (porøsitet, overfladeareal) • Partikeldiameter • Gassammensætning (CO2, SO2, H2O…) • Antal af recirkulationer CHEC Annual Day 2010, October 5

12. Eksperimentel opstilling – TGA • TGA = ThermogravimetricAnalyzer • Opvarmningshastighed 1000°C/min • Afkøling 300°C/min • Modstandsdygtig overfor korrosive gasser (e.g. SO2 and HCl) • Dvs., vi kan opnå realistiske forsøgsbetingelser Ref.: Jon Christensen

13. Foreløbige resultater • Kalcineringsbetingelser har stor betydning • Øget sintring ses ved • Højere temperatur • Hurtigere opvarmning • Kalcinering i CO2 • Kapacitet lavere end generelt fundet i litteraturen

14. Andre forhold • Strømningsforhold i reaktorerne – fluidisering ved høje temperaturer • Aflejring af CaO/CaCO3 partikler på overflad af reaktor og systemer – blokering af systemet • Nedslidning af CaO/CaCO3 partiklerne CHEC Annual Day 2010, October 5

15. Pilot-skala reaktor Reaktor Højde: 2,5 m Diameter: 6 cm • Temperatur: 0-850 oC • Gas: Luft (0-200 Nl/min) og • CO2 (0- 100 Nl/min) • Faststof: 0-250 g/min CHEC Annual Day 2010, October 5

16. Fremtidigt arbejde • Parameterstudier – undersøge vigtige sintringsparametre • Lavere kalcineringstemperatur og kortere tid • Karakterisering af CaO/CaCO3 (porositet, porestørrelse, overfladeareal) • Indflydelse af SO2 i røggas • Udbygge looping-reaktor systemet • Udføre kontinuerte forsøg • Studere partikelflow ved kalcinerende og karbonerende betingelser • Viden om opskalering fra pilot til fuldskala CHEC Annual Day 2010, October 5

17. Tak for opmærksomheden! Kontakt: Jytte Boll Illerup, jbi@kt.dtu.dk