以高浓度氧气替代空气作为水泥窑的助燃气体——这个看似简单的技术思路，将预热器出口烟气中的CO₂干基浓度从20-30%大幅提升至80%以上，使后续碳捕集能耗降低40%以上。青州中联水泥有限公司建成了全球首套全氧燃烧耦合低能耗碳捕集示范工程，年产20万吨高纯度CO₂，入选国家级绿色低碳先进技术示范项目。这项技术正在重新定义水泥行业碳捕集的“成本天花板”。
全氧燃烧的技术原理——从“稀释排放”到“高浓度捕集”
传统水泥窑以空气（含约21%氧气和79%氮气）作为助燃气体，燃烧过程中氮气的大量存在稀释了烟气中的CO₂浓度，使窑尾烟气中CO₂干基浓度仅约20-30%。低浓度烟气意味着后续碳捕集需要处理大量惰性气体，能耗和成本居高不下。
全氧燃烧技术的核心创新在于：以高浓度氧气（通常>95%）完全替代空气作为助燃气体。这一改变从根本上消除了氮气的稀释效应，使预热器出口烟气中的CO₂干基浓度从常规的20-30%大幅提升至80%以上。高浓度烟气为后续采用低能耗的物理吸附法（变压吸附提浓、变温吸附净化与低温精馏液化组合工艺）创造了有利条件。该技术成功攻克了全氧环境下火焰温度高、炉膛易烧损及生料高效分解等工程难题，将预热器出口烟气温度历史性降低至200℃以下。
青州中联示范工程——全球首套、规模最大
青州中联水泥有限公司是中国建材集团旗下企业，依托其6000吨/日水泥熟料生产线，建设了水泥行业国内规模最大、全球首套全氧燃烧耦合低能耗碳捕集示范工程。项目于2021年启动，被列为行业“揭榜挂帅”重大科技攻关项目，经历了2022年的技术设计及中试验证、2023年开工建设，于2024年建成投产并进入试运行，同年通过专家评定，结论为达到国际领先水平。
项目总投资约2.83亿元，凭借其技术创新性，入选国家级绿色低碳先进技术示范项目清单，获世界水泥协会（WCA）气候行动技术与工程奖。其直接生产成本较常规方法降低20%以上，初步实现了“技术可行”与“商业可持续”的平衡。捕集的CO₂被提纯至99.95%以上，产品线涵盖工业级、食品级CO₂及干冰，已成功销往化工、焊接、食品饮料等多个市场领域。
技术经济性——综合捕集能耗1.60吉焦/吨，较传统方法降低40%
全氧燃烧技术最突出的优势在于能耗的大幅降低。青州中联示范项目的综合捕集能耗约1.60吉焦/吨液态CO₂，较传统化学吸收法的3-4吉焦/吨降低40%以上。这主要得益于两个因素：一是高浓度烟气使捕集过程无需处理大量惰性气体，物理吸附法的再生能耗远低于化学吸收法的蒸汽再生能耗；二是预热器出口烟气温度的降低减少了冷却能耗。
生产成本方面，全氧燃烧的直接生产成本较常规化学吸收法降低20%以上，单位液态CO₂产品的综合能耗和成本均处于行业领先水平。未来，随着第二代全氧燃烧技术的开发（取消烟气循环、作为独立CCS装置运行），能耗和成本有望进一步降低。
挑战与未来——市场竞争与消纳瓶颈
尽管技术层面已实现突破，青州中联项目仍面临商业化挑战。山东省CO₂产能集中，市场竞争较强，价格承压。作为工业配套项目，其产能和成本在与大型煤化工副产CO₂的竞争中优势偏弱。同时，尽管规划了驱油、矿化等高端消纳路径，但当前实际市场需求增长有限且不稳定，短期内大规模、高价值消纳通道尚未完全打通，制约了项目的规模效应和盈利潜力。
未来规划较为明确：技术层面筹建研发中心，攻关CO₂矿化建材、绿色化学品合成等低成本资源化利用技术；产业层面致力于将本项目打包为“技术+装备+运维”的一站式解决方案；生态层面推动构建“CCUS产业联盟”，联合上下游探索驱油、固碳等规模化消纳路径，并积极推动相关技术纳入国家碳市场方法学。
