2020年9月22日,习近平总书记在联合国大会上向世界宣布了中国力争于2030年前实现碳达峰和2060年前实现碳中和的愿景,随后在中央经济工作会议上将“碳达峰碳中和”列入重点任务。
据全球碳计划组织(GCP)估算,2020年我国二氧化碳总排放约为100亿吨,其中,水泥工业作为我国国民经济的重要基础产业,2020年二氧化碳总排放量约为13.9亿吨,占我国二氧化碳总排放量的13.9%。根据麦肯锡测算,要实现全球升温不超过1.5℃的情境,到2050年中国水泥行业碳减排需达70%以上。
水泥生产过程中的二氧化碳排放主要源于熟料生产过程,约占95%,其中石灰石煅烧过程碳酸钙分解所排放的二氧化碳,约占熟料生产环节二氧化碳排放的61.0%~63.2%。碳酸钙主要为熟料生产提供钙源,如果用以氢氧化钙为主要成分的电石渣作为熟料生产替代原料,将大幅度降低二氧化碳排放。研究结果表明,当生料中电石渣配比约60%时,二氧化碳排放将减少30%,如果采用全电石渣生产水泥熟料,二氧化碳排放将减少约50%。
电石渣是电石水解制取乙炔后产生的以氢氧化钙为主要成分的工业废渣。根据电石协会提供数据,我国2020年电石产量达2758万吨,产生的电石渣约为3300万吨。
电石渣作为大宗工业固体废物,为合理处置并实现资源化,2008年国家发展改革委办公厅发布《关于鼓励利用电石渣生产水泥有关问题的通知》,该通知指出利用电石渣生产水泥是电石渣资源化最成熟、最经济的方法,既可节约水泥生产所用的天然石灰石资源,降低水泥成本,又可减少二氧化碳排放和废物堆存造成的污染,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益,符合发展循环经济的要求。
近几年,全国使用电石渣生产水泥的企业越来越多。如吉林化工厂、天津化工厂、沁阳金隅水泥等。如果将电石渣均用于水泥熟料替代原料,我国电石渣水泥生产线将达60条,每年将减少二氧化碳排放约1500万吨。
但是电石渣作为水泥熟料替代原料的应用过程仍存在不少问题。(1)由于电石渣中残存一定量未反应的电石颗粒或乙炔气体,电石渣在输送、贮存与配料等应用过程中,残留电石会与水发生反应,在密闭空间里会造成乙炔富集,有可能达到爆炸极限最终发生安全事故。近年来电石渣水泥生产线因乙炔气体富集而引起闪爆或火灾事故屡见不鲜,对社会产生重大安全影响,如2018年7月12日,甘肃金昌金泥水泥二厂电石渣库发生爆炸事故,直径15米的电石渣库库顶被爆炸气流掀掉,入库提升机拦腰被折断成3截,造成4人死亡、2人受伤。(2)电石渣中存在较高的氯和硫等对水泥生产影响较大的有害元素,在电石渣水泥生产过程中,不合理的电石渣水泥生产控制工艺容易造成有害元素在水泥窑内循环富集,从而造成水泥窑系统出现结皮堵塞等问题。
为解决上述电石渣作为水泥熟料替代原料生产水泥熟料过程中存在的问题,非常有必要制定水泥熟料替代原料用电石渣应用技术规范,以提高电石渣水泥熟料生产过程的安全性和运行稳定性,对电石渣的资源化及水泥工业碳减排具有重要意义。
目前,我国还没有水泥熟料替代原料用电石渣相关应用技术规范,本项目的主要目的就是规范电石渣作为水泥熟料替代原料生产水泥熟料的技术要求,如电石渣的运输、贮存、配料、工艺控制技术要求等,为电石渣水泥生产单位提供指导,从而使电石渣能够安全、合理地作为熟料替代原料用于水泥熟料生产,实现水泥工业碳减排。