2.2. Производство цемента

2.2.1. Вопросы методологии

При производстве цемента CO₂ образуется в процессе получения клинкера – зернистого промежуточного продукта, который затем тонко измельчают вместе с небольшой пропорцией сульфата кальция [гипса (CaSO₄-2H₂O) или ангидрита (CaSO₄)] и получают гидравлический цемент (обычно портланд). В процессе производства клинкера известняк, который преимущественно состоит из карбоната (CaCO₃), нагревают (или кальцинируют) и получают известь (CaO) и побочный продукт CO₂. CaO затем взаимодействует с оксидом кремния (SiO₂), оксидом алюминия (Al₂O₃) и оксидом железа (Fe₂O₃) сырьевых материалов с образованием клинкерных минералов (главным образом, силикатов кальция). Пропорция карбонатов, отличных от CaCO₃, в составе сырья, как правило, очень мала. Другие карбонаты (если они присутствуют) являются в основном примесями известняка. Присутствие небольшого количества MgO (обычно 1-2%) в клинкерном процессе полезно, поскольку он работает как флюс, но более высокие количества могут приводить к проблемам с цементом. Цемент можно изготавливать целиком из импортного клинкера, в этом случае можно считать, что цементное предприятие даёт нулевые выбросы CO₂, связанные с процессом. Цементная пыль (ЦП) может образовываться в процессе изготовления клинкера. Оценка выбросов должна учитывать выбросы, связанные с ЦП.

При производстве кладочного цемента не происходит никаких дополнительных выбросов. Если кладочный цемент получают добавлением извести к портландцементу (или клинкеру), то выбросы, связанные с известью, должны быть учтены в графе производство извести. Добавление размолотого известняка к портландцементу или клинкеру для получения кладочного цемента не приводит к дополнительным выбросам.

2.2.1.1. Выбор метода

Если отсутствуют региональные данные о производстве клинкера, необходимо собрать данные о производстве цемента по типам, а также данные о ввозе в регион и вывозе из региона клинкера и использовать метод уровня 1 для оценки выбросов.

В методе уровня 1 оценка выбросов основана на оценке объёмов производства клинкера, которая выполняется исходя из объёмов производства цемента с коррекцией на ввоз в регион и вывоз из региона клинкера. Оценка выбросов на основании только объёмов производства цемента (т.е. применение коэффициента выбросов прямо к количеству выпущенного цемента без предварительной оценки производства клинкера) не приемлема в эффективной практике, поскольку не учитывает ввоз в регион и вывоз из региона клинкера.

В методе уровня 2 выбросы оценивают исходя из объёмов производства клинкера (но не из объёмов производства клинкера, выведенных исходя из объёмов производства цемента) и регионального, национального или принятого по умолчанию коэффициента выбросов. В Российской Федерации производство клинкера учитывается национальной статистикой. Эти данные должны учитываться региональными органами Росстата. Поэтому оценка выбросов по методу уровня 2 будет не только более точной, но и существенно менее трудоемкой.

Если данная категория является ключевой для региона, оценка выбросов должна быть выполнена с использованием методов уровня 2 или 3.

В методе уровня 3 делают расчёт на основании весов и составов всех карбонатных составляющих всех сырьевых и топливных источников, коэффициентов выбросов карбонатов и достигнутой степени кальцинирования. В методе уровня 3 используются данные для конкретных заводов.

Для уровней 2 и 3 следует также вносить поправку на ЦП. Уровень 2 включает дополнительную поправку на выбросы, связанные с ЦП, не возвращаемой в обжиговую печь.

Если на предприятии установлена и используется технология улавливания CO2, то в эффективной практике следует вычитать количество улавливаемого CO2 в расчётах выбросов более высокого уровня. По умолчанию считается, что CO2 не улавливается и не размещается на хранение. Любая методика, которая учитывает улавливание CO₂, должна принимать во внимание, что выбросы CO2 улавливаемые при производстве, могут быть связаны как со сжиганием, так и с технологическим процессом. Если необходимо проводить отдельный учёт выбросов от промышленных процессов и от сжигания (например, для производства цемента), то составители кадастра должны гарантировать, что одни и те же количества CO2 не были учтены дважды. В таких случаях общее количество улавливаемого CO2 лучше указывать в соответствующих категориях сжигания топлива и категориях источников ППИП пропорционально количествам CO2, произведённым в этих категориях источников.

Метод уровня 1: оценка производства клинкера по производству цемента

К ак было отмечено выше, расчёт выбросов CO₂ на основании объёмов производства цемента (т. е. с использованием постоянного коэффициента выбросов, привязанного к цементу) не приемлем в эффективной практике. При отсутствии данных о загрузке карбоната или региональных данных о производстве клинкера, для оценки производства клинкера можно использовать данные о производстве цемента, учитывая при этом количества и типы произведённого цемента и содержание в нём клинкера и делая поправку на ввоз и вывоз клинкера из региона. Учёт ввоза и вывоза клинкера очень важен для оценки выбросов от этого источника. Выбросы от производства клинкера, произведенного в другом регионе или стране, не должны включаться в региональную оценку выбросов, поскольку эти выбросы были произведены и учтены в другом регионе или стране. Аналогично, выбросы от клинкера, который был вывезен из региона, должны быть включены в региональную оценку выбросов того региона, где этот клинкер был произведён. Затем применяется коэффициент выбросов для производства клинкера, и выбросы CO2 рассчитывают по уравнению

где:

Выбросы СО₂ – выбросы СО₂ от производства цемента, тонны;

M_{ci –} вес (масса) произведенного цемента типа i, тонны;

C_cli – фракция клинкера в цементе типа i, дробь;

Im – ввоз в регион клинкера, тонны;

Ex – вывоз из региона клинкера, тонны;

EF_{clc –} коэффициент выбросов для клинкера, тонны СО₂/тонну клинкера.

Коэффициент выбросов, принятый по умолчанию, скорректирован на ЦП

Метод уровня 2: использование данных о производстве клинкера

Если полные и подробные данные (включая веса и составы) о карбонатах, израсходованных для производства клинкера не известны (уровень 3) или если строгий подход уровня 3 кажется неудобным по какой-либо другой причине, то для оценки выбросов по правилам эффективной практики используют групповые данные о производстве клинкера на уровне завода или региона и данные о содержании CaO в клинкере, выраженные в виде коэффициента выбросов, по следующему уравнению 2.2:

Уравнение 2.2

Уровень 2: оценка выбросов на основании данных о производстве клинкера

г де:

Выбросы CO₂ – выбросы CO₂ от производства цемента, тонны;

Mcl – вес (масса) произведённого клинкера, тонны;

EF_cl – коэффициент выбросов для клинкера, тонны СО2/тонну клинкера. Этот коэффициент выбросов для клинкера не скорректирован на ЦП;

CFckd = поправочный коэффициент выбросов для ЦП, относительные единицы (см. уравнение 2.5).

Метод уровня 2 основывается на следующих допущениях относительно производства цемента и клинкера:

Преобладающую часть гидравлического цемента составляет портланд-цемент или аналогичный цемент, для которого требуется клинкер.

Содержание CaO в составе клинкера строго ограничено, а содержание MgO очень низкое.

Заводы, как правило, могут контролировать в жёстких пределах содержание CaO в загрузке сырья и в клинкере.

Даже если для завода выпуск клинкера рассчитывают, а не измеряют напрямую, то несмотря на это, по данным аудита обычно наблюдается хорошее соответствие между этими двумя результатами.

Содержание CaO в клинкере, выпущенном на конкретном заводе, практически не меняется на протяжении многих лет.

Основным источником CaO для большинства заводов является CaCO₃, и можно легко определить количества любых некарбонатных источников СаО, по крайней мере, на уровне завода (см. раздел 2.2.1.2 далее).

При производстве клинкера достигается 100%-ное (или очень близкое к 100%) кальцинирование исходного карбонатного материала, включая (обычно в меньшей степени) материальную потерю в системе в виде ЦП, не возвращаемой в процесс.

Заводские пылесборники очень хорошо улавливают всю ЦП, однако этот материал не обязательно возвращается в обжиговую печь.

метод уровня 3: использование данных о карбонатах загрузки

Метод уровня 3 приведен в Руководящих принципах МГЭИК (Межправительственная, 2006).