Способ получения цементного клинкера в установке и установка для производства цементного клинкера

Группа изобретений относится к способу и установке для получения клинкерного цемента. Способ включает этапы, на которых предварительно нагревают первую (4) и вторую (6) части сырья, основным компонентом которого является карбонат кальция, соответственно в первом (5) и во втором (7) циклонных подогревателях. Первую (41) и вторую (61) подогретые части сырья предварительно обжигают при использовании газа (9), обеспечивающего горение топлива, в реакторе (1) с псевдоожиженным слоем (13). Поток дымов (8), производимых реактором (1), без возврата в реактор (1) направляют во второй циклонный подогреватель(7). Обжигают прокаленное сырье с получением клинкера во вращающейся печи (2). Дымы (18), производимые вращающейся печью (2), направляют в первый циклонный подогреватель (5). Охлаждают полученный клинкер в охладителе (3) нагнетанием охлаждающего газа через клинкер на уровне выхода из вращающейся печи (2). В качестве газа псевдоожижения используют газ (9), в котором содержание кислорода составляет от 90% до 100% и скорость которого менее 2 м/с. Изобретение облегчает комплексообразование основной части получаемого диоксида углерода. 2 н. и 13 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Группа изобретений относится к способу получения цементного клинкера в установке, а также к самой установке для производства цементного клинкера.

В большинстве случаев в производстве клинкера используют обожженное сырье или клинкер, который получают из минералов, основным составным элементом которых является карбонат кальция.

Получение клинкера содержит операцию обжига, во время которой выделяются большие количества диоксида углерода как в результате разложения карбоната кальция, так и при сгорании топлива, необходимого для осуществления операции.

Например, производство одной тонны портландцемента сопровождается выделением примерно 530 кг CO₂ из обрабатываемого сырья и 250-300 кг CO₂ при сгорании топлива. Этот диоксид углерода выделяется в дымах с концентрацией менее 30%, при этом основным компонентом дымов является азот. В этих условиях трудно изолировать, в частности, осуществить комплексообразование диоксида углерода.

При производстве цементного клинкера чаще всего применяют способ обжига, называемый сухим обжигом, в котором сырье, предварительно измельченное до состояния муки, обжигают во вращающейся печи. Чтобы снизить энергоемкость операции, на входе и на выходе вращающейся печи добавляют теплообменники, которые напрямую отбирают тепло, присутствующее в сырье и в дымах, выходящих из печи.

На входе устанавливают циклонный подогреватель, в котором сырье подогревают во взвешенном состоянии и в котором происходит его частичная декарбонизация. На выходе устанавливают охладитель клинкера, в котором обожженное сырье охлаждают посредством нагнетания холодного воздуха.

Большинство установок, работающих по принципу сухого обжига, содержат реактор горения снизу от подогревателя, называемый реактором предварительного обжига, в который подают большую часть топлива, потребляемого установкой, и в котором карбонат кальция, содержащийся в сырье во взвешенном состоянии, реализует основную часть реакции декарбонизации.

Метод, предназначенный для увеличения концентрации CO₂ в дымовых газах, состоит в том, чтобы избегать разбавления газа для обеспечения горения азотом за счет использования потока газа с высоким содержанием кислорода для питания реактора предварительного обжига. Таким образом, объем получаемого дыма уменьшается по сравнению с традиционным воздушным питанием, однако поток газа в реакторе предварительного обжига становится недостаточным для нормальной аэравлической работы реактора предварительного обжига. Чтобы решить эту проблему, часть дымов из подогревателя и даже из реактора предварительного обжига повторно направляют в реактор предварительного обжига, в результате чего повышается теплоемкость. Так, из документа EP 1923367 известен такой способ, в котором в реактор предварительного обжига подают, с одной стороны, газ с высоким содержанием кислорода и, с другой стороны, повторно направляют часть дымов, производимых реактором предварительного обжига.

Некоторые установки содержат два подогревателя, в один из которых направляют дымы из печи и часть предназначенного для обработки сырья, прежде чем направить указанное сырье в реактор предварительного обжига, а в другой направляют дымы из реактора предварительного обжига и другую часть предназначенного для обработки сырья. Поскольку в реактор предварительного обжига поступает основная часть топлива установки и поскольку основная часть декарбонизации происходит в реакторе предварительного обжига, в дымах второго подогревателя содержится более 75% диоксида углерода.

Задача изобретения состоит в значительном повышении концентрации диоксида углерода в дымах второго подогревателя, связанного с реактором предварительного обжига, в установке вышеуказанного типа, то есть в установке с двумя подогревателями, а также в облегчении комплексообразования основной части диоксида углерода, получаемого в установке.

В частности, задача изобретения состоит в создании установки, которая позволяет концентрировать CO₂ без увеличения своей теплоемкости.

Другая задача изобретения состоит в том, чтобы не изменять в значительной степени способ, обычно применяемый для производства цементного клинкера.

Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы не изменять в значительной степени тепловое потребление установки, что позволяет избежать сопровождения комплексообразования диоксида углерода повышением производства диоксида углерода вследствие повышения теплового потребления.

Первым объектом изобретения является способ получения клинкерного цемента в установке, содержащей:

- первый циклонный подогреватель и второй циклонный подогреватель, предназначенные для предварительного нагрева соответственно первой части и второй части сырья,

- реактор предварительного обжига, использующий газ для обеспечения горения для сжигания топлива, при этом дымы, производимые указанным реактором предварительного обжига, направляют в указанный второй циклонный подогреватель,

- вращающуюся печь, оборудованную горелкой, в которую подают топливо, при этом дымы, производимые вращающейся печью, направляют в первый циклонный подогреватель,

- охладитель клинкера с нагнетанием охлаждающего газа через клинкер на уровне выхода из указанной вращающейся печи,

при этом в способе:

- предварительно нагревают первую часть сырья в первом циклонном подогревателе,

- предварительно нагревают вторую часть сырья во втором циклонном подогревателе,

- первую подогретую часть сырья и вторую подогретую часть подвергают предварительному обжигу в реакторе предварительного обжига перед обжигом прокаленного сырья во вращающейся печи и перед охлаждением обожженного сырья с клинкерном охладителе.

Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением:

- газ для обеспечения горения реактора предварительного обжига содержит от 90% до 100% по объему кислорода,

- реактор предварительного обжига представляет собой псевдоожиженный слой, при этом газом псевдоожижения является указанный газ для обеспечения горения,

- сырье предварительно обжигают в реакторе предварительного обжига без возврата дымов в указанный реактор предварительного обжига.

Согласно дополнительным признакам, взятым отдельно или в комбинации:

- топливо, предназначенное для реактора предварительного обжига, смешивают с подогретым сырьем перед подачей указанного подогретого сырья в указанный реактор предварительного обжига;

- скорость газа псевдоожижения меньше 2 м/с;

- время выдержки сырья в реакторе предварительного обжига превышает 1 минуту и меньше 20 минут;

- гранулометрический размер всего или части топлива превышает или равен 1 мм;

- диоксид углерода дымов улавливают на выходе из второго циклонного подогревателя;

- часть дымов второго циклонного подогревателя используют в качестве текучей среды для пневматической транспортировки твердого топлива и/или в качестве текучей среды для распыления жидкого топлива, или в качестве текучей среды для продувки в указанном втором подогревателе.

Объектом изобретения является также установка для производства клинкерного цемента, содержащая:

- первый циклонный подогреватель и второй циклонный подогреватель, предназначенные для подогрева соответственно первой части и второй части сырья,

- реактор предварительного обжига, при этом дымы, производимые указанным реактором предварительного обжига, направляют в указанный второй циклонный подогреватель, при этом реактор предварительного обжига содержит вход для сырья, подогретого в указанном первом циклонном подогревателе, и вход для сырья, подогретого в указанном втором циклонном подогревателе,

- вращающуюся печь, оборудованную горелкой, в которую подают топливо, при этом дымы, производимые вращающейся печью, направляют в первый циклонный подогреватель, при этом указанная вращающаяся печь содержит вход для сырья, прокаленного в указанном реакторе предварительного обжига,

- охладитель клинкера с нагнетанием охлаждающего газа на уровне выхода из указанной вращающейся печи.

Установка в соответствии с настоящим изобретением содержит средства для питания указанного реактора предварительного обжига газом для обеспечения горения, содержащим от 90% до 100% по объему кислорода, при этом реактор предварительного обжига представляет собой псевдоожиженный слой, при этом указанный газ для обеспечения горения является газом псевдоожижения.

Согласно варианту осуществления, установка содержит на входе в указанный реактор предварительного обжига средства смешивания подогретого сырья с топливом.

Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания варианта осуществления изобретения со ссылками на единственную фигуру.

Изобретение относится к способу получения цементного клинкера в установке, содержащей:

- первый циклонный подогреватель 5 и второй циклонный подогреватель 7, предназначенные для предварительного нагрева соответственно первой 4 и второй 6 частей сырья,

- реактор 1 предварительного обжига, использующий газ 9 для обеспечения горения для сжигания топлива, при этом дымы 8, производимые указанным реактором 1 предварительного обжига, направляют во второй циклонный подогреватель 7,

- вращающуюся печь 2, оборудованную горелкой для сжигания топлива, при этом дымы 18, производимые вращающейся печью, направляют в первый циклонный подогреватель 5,

- охладитель 3 клинкера посредством нагнетания охлаждающего газа на уровне выхода из указанной вращающейся печи 2.

Согласно способу:

- первую часть 4 сырья подогревают в указанном первом циклонном подогревателе 5,

- вторую часть 6 сырья подогревают в указанном втором циклонном подогревателе 7,

- первую подогретую часть 41 сырья и вторую подогретую часть 61 сырья подвергают предварительному обжигу в реакторе 1 предварительного обжига перед обжигом прокаленного сырья во вращающейся печи и охлаждением обожженного сырья в указанном клинкерном охладителе.

Согласно изобретению, газ 9 для обеспечения горения в реакторе 1 предварительного обжига содержит кислород в количестве от 90% до 100%.

Предпочтительно реактор 1 предварительного обжига представляет собой псевдоожиженный слой 13, при этом газом псевдоожижения является указанный газ для обеспечения горения. Скорость газа псевдоожижения может быть ниже 2 м/с.

Таким образом, низкие скорости газа в псевдоожиженном слое, более низкие, чем в известных реакторах предварительного обжига, называемых реакторами с принудительным потоком, позволяют осуществлять предварительный обжиг без рециркуляции дымов в реактор предварительного обжига, которую, как правило, применяют в установках, в которых ставится задача концентрации CO₂ с целью его комплексообразования (см., например, EP 1923367). Время выдержки сырья в реакторе предварительного обжига может превышать 1 минуту и быть меньше 20 минут. Это время выдержки намного больше времени выдержки сырья в указанных известных реакторах предварительного обжига с принудительным потоком. Это длительное время выдержки позволяет, в частности, использовать топливо с гранулометрическим размером, превышающим или равным 1 мм, которое является более дешевым по сравнению с топливом меньшего гранулометрического размера, используемым в реакторах предварительного обжига с принудительным потоком известных установок.

Это топливо 10, предназначенное для реактора 1 предварительного обжига, можно смешивать с предварительно нагретым сырьем. В частности, согласно примеру, представленному на фиг. 1, топливо 10 смешивают со второй частью 61 подогретого сырья перед введением указанного подогретого сырья 61 в реактор 1 предварительного обжига. Таким образом, топливо 10 смешивают с сырьем перед введением в псевдоожиженный слой.

За счет этого сжигание происходит равномерно, и тепло, производимое при сжигании, используют в печи по мере его выделения при реакции декарбонизации сырья таким образом, чтобы температура оставалась в интервале, определяемом реакцией декарбонизации, то есть в значении ниже 950°C.

Количество второй части 6 сырья (муки), вводимое во второй подогреватель 7, адаптируют к количеству дыма таким образом, чтобы обеспечить нормальную аэравлическую работу указанного второго подогревателя 7. Например, но не ограничительно первая часть 4 сырья составляет примерно 60-70% от необработанного сырья, и вторая часть 6 сырья составляет от 30 до 40% от необработанного сырья. Чтобы добиться нормальной аэравлической работы первого циклонного подогревателя 5, часть воздуха, нагреваемого обожженным сырьем в указанном клинкерном охладителе 3, можно направлять в первый циклонный подогреватель 5, в частности, через трубопровод 12.

Диоксид углерода дымов 11 улавливают на выходе из второго циклонного подогревателя 7. Концентрация диоксида углерода намного превышает 75% (по объему).

Часть дымов 11 из второго циклонного подогревателя 7 можно использовать в качестве текучей среды для пневматической транспортировки твердого топлива и/или в качестве текучей среды для распыления жидкого топлива, или в качестве текучей среды для продувки указанного второго подогревателя 7.

Объектом изобретения является также установка для производства цементного клинкера, в которой можно применять способ.

Эта установка содержит:

- первый циклонный подогреватель 5 и второй циклонный подогреватель 7, предназначенные для предварительного нагрева соответственно первой 4 и второй 6 частей сырья,

- реактор 1 предварительного обжига, при этом дымы 8, производимые указанным реактором 1 предварительного обжига, направляют во второй циклонный подогреватель 7, при этом указанный реактор 1 предварительного обжига содержит вход 20 для сырья, подогретого в указанном первом циклонном подогревателе 5, и вход 30 для сырья, подогретого в указанном втором циклонном подогревателе 7,

- вращающуюся печь 2, оборудованную горелкой для сжигания топлива, при этом дымы 18, производимые вращающейся печью, направляют в первый циклонный подогреватель 5, при этом указанная вращающаяся печь 2 содержит вход 40 для сырья, прокаленного в указанном реакторе 1 предварительного обжига,

- охладитель 3 клинкера с нагнетанием охлаждающего газа на уровне выхода из указанной вращающейся печи 2.

Согласно изобретению, установка содержит средства 90 для питания реактора 1 предварительного обжига газом 9 для обеспечения горения, содержащим от 90% до 100% по объему кислорода.

Реактор 1 предварительного обжига представляет собой псевдоожиженный слой 13, при этом газом псевдоожижения является газ 9 для обеспечения горения. На входе в реактор 1 предварительного обжига установка может содержать средства 100 смешивания подогретого сырья с топливом.

Согласно примеру, представленному на фиг.1, трубопровод 12 может обеспечивать подачу части воздуха, нагретого обожженным сырьем в указанном клинкерном охладителе 3, в первый циклонный подогреватель 5 для поддержания достаточного потока в указанном первом подогревателе 5.

Далее следует более детальное описание примера установки в соответствии с настоящим изобретением на конкретных цифрах.

Рассматриваемая установка для производства клинкера является установкой для получения клинкера среднего размера, характерного для большого числа существующих установок, которая производит 4000 тонн клинкера в сутки при расходе необработанного сырья 270 тонн в час.

Согласно предпочтительному варианту применения этого примера, работу установки можно представить следующим образом.

Установка расходует 3200 кДж/кг клинкера, что является обычным значением энергопотребления. Топливом является нефтяной кокс.

В печи расходуют 35,2% топлива, которое сжигают с 59670 нм³/ч воздуха, называемого вторичным воздухом, получаемым в указанном клинкерном охладителе, при 1180°С.

Получаемые дымы направляют в подогреватель (первый подогреватель 5) с пятью ступенями циклонов, в который подают 63,7% муки, то есть 172 т/ч. В первый подогреватель 5 направляют также поток горячего воздуха с расходом 76830 нм³/ч при 400°С, поступающего из охладителя, через трубопровод 12. Весь газ, циркулирующий в первом подогревателе 5, позволяет обеспечить массовое соотношение между сырьем и газом в 0,8 кг/кг и добиться нормальной аэравлической работы. Дымы выходят из подогревателя при температуре 280°С.

Декарбонизация сырья происходит в реакторе 1 предварительного обжига, который работает в режиме псевдоожиженного слоя и получает 64,8% топлива. Сжигание происходит в присутствии кислорода со степенью чистоты 98%, который обеспечивает одновременно функцию газа псевдоожижения для псевдоожиженного слоя. Расход кислорода составляет 22000 нм³/ч.

Поток дымов, получаемых при сжигании топлива и при декарбонизации сырья, то есть 64000 нм³/ч, направляют в циклонный подогреватель (второй циклонный подогреватель 7), в который поступает 36,3% муки, то есть 98 т/ч. Массовое соотношение между сырьем и дымами составляет 0,8 кг/кг, что обеспечивает нормальную аэравлическую работу и оптимальный теплообмен. Дымы выходят из второго подогревателя 7 при температуре 300°C. Дымы, производимые вторым подогревателем 7, имеют следующий состав (по объему):

- CO₂: 86,5%,

- N₂: 1,0%

- O₂: 2,9%

- Н₂O: 9,6%.

Эти дымы содержат 0,651 кг CO₂ на кг клинкера, то есть 75,1% от общего количества, получаемого в обжиговой установке, что составляет выход в 108500 кг/ч CO₂ в концентрированном виде. Содержание CO₂ после конденсации воды достигает 95,7%.

Естественно, специалист может предусмотреть и другие варианты осуществления изобретения, не выходя при этом за рамки изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.

1. Способ получения цементного клинкера, включающий этапы, на которых:
- предварительно нагревают первую часть (4) сырья, основным компонентом которого является карбонат кальция, в первом циклонном подогревателе (5),
- предварительно нагревают вторую часть (6) сырья, основным компонентом которого является карбонат кальция, во втором циклонном подогревателе (7),
- первую подогретую часть (41) сырья и вторую подогретую часть (61) сырья подвергают предварительному обжигу при использовании газа (9), обеспечивающего горение топлива, в реакторе (1) предварительного обжига, при этом поток дымовых газов (8), производимых реактором (1) предварительного обжига без возврата в указанный реактор (1), направляют в указанный второй циклонный подогреватель (7),
- обжиг прокаленного сырья с получением клинкера во вращающейся печи (2), оборудованной горелкой для сжигания топлива, при этом дымовые газы (18), производимые вращающейся печью (2), направляют в первый циклонный подогреватель (5),
- и охлаждение полученного клинкера в охладителе (3) клинкера путем нагнетания охлаждающего газа через клинкер на уровне выхода из указанной вращающейся печи (2),
отличающийся тем, что предварительный обжиг осуществляют в реакторе (1), который представляет собой реактор с псевдоожиженным слоем (13), при этом в качестве газа псевдоожижения используют указанный газ (9) для обеспечения горения топлива в реакторе (1) предварительного обжига, в котором содержание кислорода составляет от 90% до 100% и скорость которого менее 2 м/с.

2. Способ по п.1, в котором топливо (10), предназначенное для реактора (1) предварительного обжига, смешивают с подогретым сырьем (61) перед подачей указанного подогретого сырья (61) в указанный реактор (1) предварительного обжига.

3. Способ по п.1 или 2, в котором время выдержки сырья в реакторе (1) предварительного обжига превышает 1 минуту и меньше 20 минут.

4. Способ по п.3, в котором гранулометрический размер всего или части топлива превышает или равен 1 мм.

5. Способ по любому из пп.1, 2, 4, в котором диоксид углерода дымовых газов (11) улавливают на выходе из второго циклонного подогревателя (7).

6. Способ по п.3, в котором диоксид углерода дымовых газов (11) улавливают на выходе из второго циклонного подогревателя (7).

7. Способ по любому из пп.1, 2, 4, 6, в котором часть воздуха, нагретого обожженным сырьем в указанном клинкерном охладителе (3), направляют в указанный первый циклонный подогреватель (5).

8. Способ по п.3, в котором часть воздуха, нагретого обожженным сырьем в указанном клинкерном охладителе (3), направляют в указанный первый циклонный подогреватель (5).

9. Способ по п.5, в котором часть воздуха, нагретого обожженным сырьем в указанном клинкерном охладителе (3), направляют в указанный первый циклонный подогреватель (5).

10. Способ по любому из пп.1, 2, 4, 6, 8, 9, в котором часть дымовых газов (11) из указанного второго циклонного подогревателя (7) используют в качестве текучей среды для пневматической транспортировки твердого топлива и/или в качестве текучей среды для распыления жидкого топлива, или в качестве текучей среды для продувки в указанном втором подогревателе (7).

11. Способ по п.3, в котором часть дымовых газов (11) из указанного второго циклонного подогревателя (7) используют в качестве текучей среды для пневматической транспортировки твердого топлива и/или в качестве текучей среды для распыления жидкого топлива, или в качестве текучей среды для продувки в указанном втором подогревателе (7).

12. Способ по п.5, в котором часть дымовых газов (11) из указанного второго циклонного подогревателя (7) используют в качестве текучей среды для пневматической транспортировки твердого топлива и/или в качестве текучей среды для распыления жидкого топлива, или в качестве текучей среды для продувки в указанном втором подогревателе (7).

13. Способ по п.7, в котором часть дымовых газов (11) из указанного второго циклонного подогревателя (7) используют в качестве текучей среды для пневматической транспортировки твердого топлива и/или в качестве текучей среды для распыления жидкого топлива, или в качестве текучей среды для продувки в указанном втором подогревателе (7).

14. Установка для производства цементного клинкера, содержащая:
- первый циклонный подогреватель (5) и второй циклонный подогреватель (7), выполненные с возможностью подогрева соответственно первой части (4) и второй части (6) сырья, основным компонентом которого является карбонат кальция,
- реактор (1) предварительного обжига, содержащий вход (20) для первой части сырья, подогретого в указанном первом циклонном подогревателе (5), и вход (30) для второй части сырья, подогретого в указанном втором циклонном подогревателе (7), и выполненный с возможностью направления потока дымовых газов (8), производимых указанным реактором (1) предварительного обжига, в указанный второй циклонный подогреватель (7),
- вращающуюся печь (2) для обжига прокаленного сырья с получением клинкера, оборудованную горелкой для сжигания топлива, содержащую вход (40) для сырья, прокаленного в указанном реакторе (1) предварительного обжига, и выполненную с возможностью направления дымовых газов (18), производимых вращающейся печью (2), в первый циклонный подогреватель (5),
- охладитель (3) клинкера с нагнетанием охлаждающего газа на уровне выхода из указанной вращающейся печи (2),
отличающаяся тем, что она содержит средства (90) для питания указанного реактора (1) предварительного обжига газом (9) для обеспечения горения, при этом реактор (1) предварительного обжига представляет собой реактор с псевдоожтженным слоем (13), в котором газом псевжоожижения является указанный газ (9) для обеспечения горения, в котором содержание кислорода составляет от 90% до 100% и скорость которого менее 2 м/с.

15. Установка по п.14, содержащая на входе в указанный реактор (1) предварительного обжига средства (100) смешивания подогретого сырья с топливом (10).