Tác giả: Andrew Baxter, Công ty Chart Industries, và Tiến sỹ Bodil Recke, FLSmidth A/S
Đăng trên Tạp chí World Cement số tháng 3/2024, Tr. 40-42
Người dịch: Nguyễn Thị Kim Lan
Trong tháng 9/2021, FLSmidth A/S đã ký kết một Biên bản ghi nhớ (MOU) với Chart để cải tiến công nghệ thu gom carbon nhằm giảm thiểu đáng kể lượng phát thải CO2 từ quá trình sản xuất xi măng.
Thỏa thuận đã chứng kiến sự khởi động của một dự án thử nghiệm tại Nhà máy Xi măng Sugar Creek, đối với công nghệ Thu gom Carbon bằng Cryo (CCC) cuối đường ống của Chart để thu gom 30 tấn phát thải CO2/ngày.
CO2 thu gom được sẽ được hóa lỏng và được sản xuất ở trạng thái sẵn sàng cho các ứng dụng chuyển đổi và tận dụng truyền thống và mới nổi, bên cạnh quá trình chelat hóa địa chất.
Dự án tại Sugar Creek sẽ chứng minh rằng việc thu gom và tinh lọc CO2 tại các nhà máy xi măng có thể thực hiện với mức chi phí thấp hơn và ít cần phải xử lý trước hơn so với các công nghệ thu gom carbon thế hệ thứ nhất như dung môi monoethanolamine (MEA).
CCC của Chart loại bỏ CO2 ra khỏi khí thải bằng cách làm nguội khí qua điểm ngưng tụ của CO2 và tách CO2 dạng rắn ra khỏi khí ô-xy và ni-tơ đã được làm sạch mà có thể xả trở lại khí quyển một cách an toàn.
Khi được tách ra, CO2 và các dòng khí đã được làm sạch được gia nhiệt để thu hồi năng lượng được đưa vào để làm nguội chúng, khiến cho quá trình này trở nên rất hiệu quả về năng lượng. Quá trình sau đốt này loại bỏ tới 95-99% lượng phát thải CO2 mà không cần sử dụng các hóa chất độc hại hoặc các công nghệ màng chắn.
Vì quá trình thu hồi nhiệt được áp dụng, hầu hết năng lượng cần thiết cho quá trình được thu hồi lại khiến cho nó cực kỳ hiệu quả. CCC cũng mang lại lợi ích thêm nữa trong việc loại bỏ SOx, NOx và các chất gây ô nhiễm chứa thủy ngân có hại ra khỏi khí thải.
Những đặc điểm nổi bật đã cho thấy CCC là một trong những quá trình hữu hiệu và hiệu quả về chi phí nhất cho thu gom carbon trong các ngành khó khử giảm, gồm cả ngành xi măng, với lợi ích tăng thêm về tính sẵn có CO2 dạng lỏng được thu gom với chất lượng phù hợp để sử dụng trực tiếp trong nhiều ứng dụng.
Các cải tiến quá trình gần đây đã thay thế các hoạt động vận hành hệ thống mà đã gây ra một số rủi ro khi mở rộng. Do đó, quá trình hiện đang được lên kế hoạch xây dựng tại Sugar Creek sẽ có khả năng mở rộng quy mô công nghiệp hoàn chỉnh mà không cần thay đổi quá nhiều nhiều.
Giảm thiểu chi phí thu gom carbon
Cả Chart và FLSmidth đều quyết tâm làm cho việc thu hồi carbon trở nên cạnh tranh hơn về mặt chi phí không chỉ cho các dự án mới, mà còn cho cả các cơ sở lắp đặt hiện có. Với gần 2275 nhà máy xi măng trên toàn cầu chiếm 7% lượng phát thải CO2 toàn cầu, thì đây là một động lực môi trường lớn để các công ty thành công.
David Leonardus Williamson, Kỹ sư Công nghệ và Chuyên gia về CCUS tại FSLmidth cho biết: “Trong khi các công nghệ thu gom cuối đường ống như CCC của Chart có thể được áp dụng trực tiếp mà không cần điều chỉnh quá trình ngược tuyến, chúng tôi thấy những cơ hội để giảm bớt chi phí thông qua các hoạt động điều chỉnh và tối ưu hóa ít rủi ro, với khoản đầu tư vừa phải trong phạm vi của nhà máy xi măng.” “Thật đáng khích lệ khi thấy rằng các điều chỉnh này đã được xác nhận là giảm chi phí thu gom từ 10-20% qua sự hợp tác của chúng tôi với Chart, và vẫn có những cơ hội hợp tác hơn nữa trong tương lai.”
Kế hoạch
Chuẩn bị cho khách hàng để thu gom carbon là một phần của quá trình. Trong khi một loạt các công nghệ đang được phát triển và khai thác, các nhà máy xi măng đang chuẩn bị đầu tư những khoản tiền đáng kể để đáp ứng nhu cầu về một quá trình sản xuất xi măng thấp CO2. Việc biết rõ nơi nào phải thực hiện đầu tư này là một vấn đề đáng quan tâm. FLSmidth hỗ trợ các nhà máy xi măng hiểu rõ những lựa chọn của họ và điều gì có khả năng phù hợp nhất cho với thực trạng của họ.
David Jayanth, Giám đốc Dự án – Thu gom Carbon tại FLSmidth, cho biết “Hệ thống thu gom carbon và quá trình sản xuất clinker cần được tích hợp với nhau, cả về thiết kế và vận hành, để mang lại những kết quả tốt nhất trên quy mô thương mại.” “Chúng tôi cũng nhận thấy những cơ hội cho phần mềm tự động hóa quá trình của chúng tôi để đóng một vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa cả chi phí lẫn hiệu suất. Trọng tâm trong những năm tới sẽ nhằm vào việc mở rộng các công nghệ thu gom từ các hệ thống thử nghiệm đến các hệ thống thương mại. ”
Mở rộng quy mô
FLSmidth và Chart đang khai thác các lựa chọn để mở rộng quy mô bằng các cấu hình thu gom được tối ưu hóa cho giảm thiểu chi phí cho từng địa điểm cụ thể và tham gia cùng một số công ty trọng điểm trong ngành để thực hiện các nghiên cứu thiết kế tiền cơ sở (FEED) nhằm giảm thiểu phát thải CO2 quy mô lớn. Từ góc độ thu gom, Chart cung cấp toàn bộ các sản phẩm cho một dự án duy nhất. Các máy nén làm lạnh, các bộ trao đổi nhiệt đa dòng, và các bộ làm mát không khí mà chiếm phần lớn gói CCC tất cả được thực hiện bởi Chart, như bể chứa chất lỏng và các xe tải lớn cần thiết cho tồn trữ và phân phối CO2 dạng lỏng tới địa điểm sử dụng.
Từ góc độ quá trình xi măng, FLSmidth điều chỉnh sơ đồ công nghệ & các thiết bị hiện có để nâng cao hiệu ứng đồng vận giữa khí thải và hệ thống thu gom thông qua kiểm tra đánh giá và mô phỏng quá trình, mang lại những khoản tiết kiệm bằng giải pháp tổng thể cho các nhà sản xuất xi măng.
