Công nghệ thu hồi và sử dụng carbon mở ra hướng tái chế bụi phát sinh từ CBS

Khi tỷ lệ sử dụng nhiên liệu thay thế tăng lên, bụi phát sinh từ CBS trở thành một trong những dòng chất thải cần được kiểm soát trong quá trình vận hành lò nung xi măng. Công nghệ CCU mở ra hướng xử lý mới, kết hợp khoáng hóa CO₂, thu hồi vật liệu giàu CaCO₃ và sản xuất KCl tinh khiết cao.

Tăng sử dụng nhiên liệu thay thế đặt ra bài toán mới cho hệ thống lò nung

Nhiên liệu thay thế đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong chiến lược giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch của các nhà máy xi măng. Tuy nhiên, việc đưa thêm các dòng chất thải vào lò nung cũng có thể làm gia tăng lượng clo và các hợp chất dễ bay hơi đi vào hệ thống.

Trong quá trình vận hành, clo có thể tham gia vào các vòng tuần hoàn bên trong lò nung và thiết bị tiền nung. Khi nồng độ các hợp chất này tăng lên, nguy cơ đóng bám và tắc nghẽn có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của dây chuyền. Đây là một trong những lý do các nhà máy cần kiểm soát và loại bỏ một phần dòng vật chất chứa clo ra khỏi hệ thống.

Hệ thống bypass clo (CBS) được sử dụng cho mục đích này. Một phần khí và bụi nóng được trích ra khỏi hệ thống để kiểm soát lượng clo tích tụ, sau đó dòng bụi được xử lý riêng. Giải pháp giúp giảm nguy cơ tuần hoàn quá mức của clo trong lò nung nhưng đồng thời tạo ra một dòng chất thải mới. Bụi phát sinh từ CBS có thể chứa hàm lượng clo cao cùng các thành phần khác cần được kiểm soát, trong đó có kim loại nặng. Khi tỷ lệ sử dụng nhiên liệu thay thế tiếp tục tăng, lượng bụi phát sinh và chi phí xử lý dòng chất thải này cũng có thể trở thành một yếu tố cần được tính đến trong chiến lược vận hành của nhà máy.

Vấn đề đặt ra là liệu bụi từ CBS có nhất thiết phải được xem như một dòng chất thải cuối cùng hay có thể thu hồi các thành phần có giá trị từ đó.

Khoáng hóa CO₂ thay đổi hướng xử lý bụi phát sinh từ CBS

Một hướng tiếp cận mới là kết hợp xử lý bụi từ CBS với công nghệ thu hồi và sử dụng carbon (CCU), thay vì chỉ tập trung vào việc loại bỏ các thành phần không mong muốn, quy trình được thiết kế để phân tách dòng bụi thành các thành phần khác nhau. Clo và kim loại nặng được xử lý, trong khi phần vật liệu giàu canxi được đưa vào quá trình khoáng hóa với CO₂.

Sơ đồ tổng quan quy trình tái chế bụi phát sinh từ hệ thống CBS bằng công nghệ CCU.

Thông qua quá trình này, CO₂ phản ứng với các thành phần chứa canxi để tạo ra sản phẩm rắn giàu canxi cacbonat. Sản phẩm này được gọi là CaCO₃ Cake trong quy trình công nghệ.

Kết quả phân tích được công bố cho thấy sản phẩm có hàm lượng CaCO₃ trên 75% và hàm lượng CaO khoảng 42 - 45%. Hàm lượng clo giảm gần như hoàn toàn so với bụi từ CBS ban đầu. Những đặc tính này tạo cơ sở để xem xét sử dụng vật liệu làm vật liệu bổ sung cho xi măng (SCM). Như vậy, CO₂ không chỉ được đưa vào quy trình để xử lý mà còn tham gia tạo ra một sản phẩm vật liệu mới. Đây là điểm khác biệt quan trọng so với cách tiếp cận chỉ tập trung vào việc xử lý và loại bỏ bụi.

Quy trình cũng được thiết kế theo hướng tận dụng nhiệt thải từ quá trình sản xuất xi măng và thu hồi, tái sử dụng nước. Việc kết hợp các dòng vật chất và năng lượng sẵn có trong nhà máy có thể giúp giảm nhu cầu sử dụng thêm tài nguyên cho hệ thống xử lý.

Một công đoạn khác tập trung vào việc loại bỏ kim loại nặng khỏi dòng vật liệu. Hiệu suất loại bỏ được công bố ở mức 99,9%, qua đó tạo điều kiện để phần vật liệu sau xử lý được xem xét tái sử dụng hoặc hoàn lưu vào quy trình tùy theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể.

Thu hồi bụi phát sinh từ CBS

Các phương pháp xử lý bụi phát sinh từ CBS truyền thống thường bao gồm trộn với nước, lọc, rửa để loại bỏ các thành phần hòa tan, sau đó xử lý kim loại nặng và tiếp tục cô đặc, kết tinh dòng dịch để thu hồi KCl.

Một thách thức của quy trình này là lượng nước lớn cần được loại bỏ. Theo dữ liệu được trình bày, khoảng 91% độ ẩm có thể phải trải qua quá trình bay hơi, kéo theo nguy cơ cáu bẩn, đóng cặn và nhiễm bẩn thiết bị, đồng thời làm tăng yêu cầu bảo trì hệ thống sấy muối.

Quy trình dựa trên CCU được phát triển theo hướng kết hợp khoáng hóa, tách nước và lọc để giảm những hạn chế này. Sau khi tạo ra sản phẩm rắn giàu CaCO₃, dòng dịch còn lại tiếp tục được xử lý để thu hồi KCl.

Quá trình khoáng hóa CO₂ tạo sản phẩm rắn giàu CaCO₃ từ bụi phát sinh từ CBS.

Kết quả phân tích cho thấy nồng độ canxi trong dịch lọc được kiểm soát dưới 10 ppm. Đây là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong quá trình kiểm soát tạp chất trước khi sản xuất KCl tinh khiết cao.

Giá trị của giải pháp vì vậy không chỉ nằm ở việc giảm lượng bụi từ CBS cần đưa đi xử lý. Từ một dòng chất thải, quy trình có thể tạo ra 2 hướng giá trị chính. Thứ nhất là sản phẩm rắn giàu CaCO₃ có khả năng được xem xét sử dụng làm vật liệu bổ sung cho xi măng hoặc hoàn lưu vào quy trình phù hợp. Thứ hai là KCl tinh khiết cao có thể được sử dụng làm nguyên liệu công nghiệp.

Cách tiếp cận này tạo ra khả năng kết nối nhiều mục tiêu trong cùng một hệ thống. Nhà máy có thể giảm lượng chất thải cần xử lý, thu hồi vật liệu, tận dụng CO₂ và tạo thêm sản phẩm có giá trị. Tuy nhiên, hiệu quả kinh tế thực tế vẫn phụ thuộc vào đặc tính bụi phát sinh từ CBS, quy mô xử lý, điều kiện tích hợp với dây chuyền hiện hữu và thị trường tiêu thụ sản phẩm thu hồi.

Về nguyên lý, đây là sự chuyển dịch từ mô hình xử lý chất thải sang mô hình thu hồi tài nguyên. Giá trị của bụi từ CBS không còn chỉ được đánh giá dựa trên chi phí để loại bỏ mà còn dựa trên khả năng thu hồi các thành phần có thể quay trở lại chu trình sản xuất.

Khả năng ứng dụng phụ thuộc vào mức độ tích hợp với nhà máy

Để một công nghệ xử lý bụi phát sinh từ CBS có thể được triển khai trong thực tế, hiệu quả của từng công đoạn riêng lẻ là chưa đủ. Hệ thống cần được đánh giá đồng thời về khả năng tiếp nhận bụi, mức độ ổn định của quy trình, tiêu thụ năng lượng, chất lượng sản phẩm thu hồi và khả năng kết nối với dây chuyền hiện hữu.

Giải pháp được phát triển theo hướng sử dụng một hệ thống thu hồi tài nguyên riêng với các thiết bị chính như silo chứa bụi, hệ thống trộn, bồn phản ứng, máy ép lọc, hệ thống lọc màng, thiết bị cô đặc, thiết bị kết tinh và máy ly tâm. Công suất thiết kế được công bố ở mức 20.000 tấn/năm.

Công nghệ đã trải qua nhiều giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm và vận hành trình diễn. Một hệ thống thử nghiệm tích hợp được vận hành trong 10 tháng tại cơ sở Hyundai Rotem Dangjin để đánh giá độ ổn định của quy trình và độ tin cậy khi vận hành. Sau đó, dự án thử nghiệm tại nhà máy Hanil Cement Danyang được vận hành trong 7 tháng nhằm đánh giá hiệu suất công nghệ, chất lượng sản phẩm rắn giàu CaCO₃ và KCl tinh khiết cao. Các sản phẩm thu hồi được kiểm tra chất lượng với sự tham gia của các bộ phận kiểm soát chất lượng và khách hàng tiềm năng.

Giải pháp do AnyTech, doanh nghiệp công nghệ của Hàn Quốc, phát triển dựa trên quá trình nghiên cứu và phát triển được hỗ trợ bởi Chính phủ Hàn Quốc. Công nghệ đã được cấp bằng sáng chế và trải qua quá trình phát triển từ nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm đến thử nghiệm tích hợp và vận hành trình diễn tại cơ sở công nghiệp.

Đối với các nhà máy xi măng đang nâng cao tỷ lệ sử dụng nhiên liệu thay thế, bụi từ CBS là một trong những vấn đề cần được xem xét song song với bài toán kiểm soát clo và ổn định lò nung. Hướng công nghệ kết hợp xử lý bụi, khoáng hóa CO₂, thu hồi vật liệu giàu CaCO₃ và sản xuất KCl cho thấy khả năng mở rộng giá trị từ một dòng chất thải phát sinh trong quá trình sản xuất.

Nếu được tích hợp phù hợp với đặc tính nguyên liệu, điều kiện vận hành và nhu cầu của từng nhà máy, các giải pháp này có thể biến xử lý bụi phát sinh từ CBS thành một phần của hệ thống thu hồi tài nguyên trong sản xuất xi măng, thay vì chỉ là một khoản chi phí.

Theo dõi Công nghệ tái chế bụi phế thải CBS và sản xuất KCl độ tinh khiết cao bằng CCU trong sản xuất xi măng - AnyTech, Hàn Quốc: