BR112019009875B1

BR112019009875B1 - PROCESS AND PLANT FOR CALCINATION OF A MINERAL

Info

Publication number: BR112019009875B1
Application number: BR112019009875-5A
Authority: BR
Inventors: Christian Binder; Edgar Gasafi; Jochen Grünig; Maciej Wrobel
Original assignee: Metso Outotec Finland Oy
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2023-05-23

Abstract

A presente invenção se refere a um processo para calcinação de um mineral compreendendo as seguintes etapas: alimentação de um mineral para um reator de leito fluidizado (i); injeção de biogás como combustível para o reator de leito fluidizado (ii); queima do biogás para geração de calor para calcinar o mineral (iii); extração de mineral calcinado a partir do leito fluidizado no reator (iv); e extração de uma mistura de gás e de partículas de sólidos a partir de uma posição acima do leito fluidizado (v).The present invention relates to a process for calcining a mineral comprising the following steps: feeding a mineral to a fluidized bed reactor (i); injection of biogas as fuel for the fluidized bed reactor (ii); burning of biogas to generate heat to calcine the mineral (iii); extraction of calcined mineral from the fluidized bed in the reactor (iv); and extracting a mixture of gas and solid particles from a position above the fluidized bed (v).

Description

[0001] A presente invenção se refere a um processo e o tratamento relacionado em um reator de leito fluidizado focalizando sobre a utilização de biomassa, que infecta o sistema de alimentação e bem como o tratamento de efluente gasoso.[0001] The present invention relates to a process and the related treatment in a fluidized bed reactor focusing on the use of biomass, which infects the feed system and as well as the treatment of gaseous effluent.

[0002] Tratamentos térmicos, especialmente calcinação de minerais, são processos bem conhecidos, o que é devido para o fato de que os produtos destes processos são amplamente utilizados. Um bom exemplo para um tal produto é Caulinita como o que é mostrado no pedido de patente internacional número WO 2005/019349.[0002] Heat treatments, especially calcination of minerals, are well known processes, which is due to the fact that the products of these processes are widely used. A good example for such a product is Kaolinite as shown in international patent application number WO 2005/019349.

[0003] Caulinita é um mineral natural industrialmente utilizado com várias aplicações (por exemplo, pigmento, papel, polímero, cimento, indústrias cosméticas, agricultura, e construção). Sua calcinação é um processo bem estabelecido que é fundamentado sobre o tratamento térmico de minerais de silicato de alumínio tipicamente processados em um forno ou em fornalhas de lareira. Na medida em que o processo de calcinação aperfeiçoa a brancura e a dureza de materiais e suas propriedades elétricas dependendo de um determinado tempo de exposição em uma determinada temperatura, é crucial se ter capacidade para controlar bem a temperatura e o tempo de residência durante o processo de calcinação.[0003] Kaolinite is an industrially used natural mineral with various applications (eg pigment, paper, polymer, cement, cosmetic industries, agriculture, and construction). Calcination is a well-established process that is based on the heat treatment of aluminum silicate minerals typically processed in a kiln or hearth furnace. As the calcination process improves the whiteness and hardness of materials and their electrical properties depending on a given exposure time at a given temperature, it is crucial to be able to control the temperature and residence time well during the process. of calcination.

[0004] A utilização de um leito fluidizado é conhecida por princípio a partir do documento de patente europeu número EP 0 747 452 A2 que ensina um método de produção de um pigmento branco de meta-caulim que envolve tratamento térmico de caulinita hidratada em um reator de leito fluidizado, suprido com combustível, gás contendo oxigênio e caulinita granular de tamanho de partícula de d80 entre 0,1 mm até 8 mm, em 1.000 0C até 1.100 0C para obter, como produto extraído, pigmento branco de meta- caulinita com um máximo de 2% em peso de água de cristalização.[0004] The use of a fluidized bed is known in principle from European patent document number EP 0 747 452 A2 which teaches a method of producing a white meta-kaolin pigment involving heat treatment of hydrated kaolinite in a reactor of fluidized bed, supplied with fuel, gas containing oxygen and granular kaolinite of particle size of d80 between 0.1 mm to 8 mm, at 1,000 0C to 1,100 0C to obtain, as an extracted product, white metakaolinite pigment with a maximum of 2% by weight of water of crystallization.

[0005] Outros métodos conhecidos são, por exemplo, a pirólise rápida, que são comumente utilizados para materiais finamente granulados.[0005] Other known methods are, for example, fast pyrolysis, which are commonly used for finely granulated materials.

[0006] Entretanto, a qualidade do caulim calcinado é uma mistura de material com propriedades muito boas com um material de propriedades inferiores em uma proporção que possibilita para alcance da qualidade mínima requisitada. Frequentemente, os tempos de residência necessitam ser especialmente longos para grandes quantidades de material de maneira tal a assegurar uma alta qualidade. Isto vem com uma adicional penalidade energética, aumentando a energia específica necessitada no processo de calcinação.[0006] However, the quality of calcined kaolin is a mixture of material with very good properties with a material of inferior properties in a proportion that makes it possible to reach the minimum required quality. Often, residence times need to be especially long for large amounts of material in order to ensure high quality. This comes with an additional energy penalty, increasing the specific energy needed in the calcination process.

[0007] Consequentemente, a utilização de uma assim chamada fonte de energia verde é de importância particular para aumentar os padrões ecológicos de tais processos de calcinação. Para assegurar controle de temperatura e de tempo de residência durante o processo de calcinação como um requerimento para alta qualidade de produto, a utilização de biomassa como uma das fontes de energia não foi possível até agora.[0007] Consequently, the use of a so-called green energy source is of particular importance for raising the ecological standards of such calcination processes. To ensure temperature and residence time control during the calcination process as a requirement for high product quality, the use of biomass as one of the energy sources has not been possible until now.

[0008] É, consequentemente, a tarefa subjacente da presente invenção a de proporcionar um processo e a planta relacionada para calcinação de minerais para um produto com alta e constante qualidade utilizando biogás como um combustível.[0008] It is therefore the underlying task of the present invention to provide a process and related plant for calcining minerals to a consistently high quality product using biogas as a fuel.

[0009] É também um objetivo da presente invenção o de proporcionar um processo cobrindo todas as etapas necessárias para avaliação de desempenho ambiental de calcinação de minerais.[0009] It is also an object of the present invention to provide a process covering all the necessary steps for evaluating the environmental performance of calcination of minerals.

[0010] Em um tal processo, biogás é utilizado como uma fonte de energia que aperfeiçoa o desempenho de processo com respeito para o equilíbrio ambiental. Consequentemente, um mineral é introduzido para um reator de leito fluidizado na forma de partículas, que podem ser fluidizadas. Adicionalmente, o biogás é injetado como combustível para o reator de leito fluidizado onde este biogás é queimado para geração de calor para calcinar o mineral. Depois disso, o mineral calcinado é extraído a partir do leito fluidizado no reator e uma mistura de gás e de partículas de sólidos é extraída a partir de uma posição acima do leito fluidizado.[0010] In such a process, biogas is used as an energy source which optimizes the process performance with respect for the environmental balance. Consequently, a mineral is introduced to a fluidized bed reactor in the form of particles, which can be fluidized. Additionally, biogas is injected as fuel into the fluidized bed reactor where this biogas is burned to generate heat to calcine the mineral. Thereafter, the calcined mineral is extracted from the fluidized bed in the reactor and a mixture of gas and solid particles is extracted from a position above the fluidized bed.

[0011] A etapa de calcinação é o núcleo do processo. Caulim é alimentado para o reator. O biogás é queimado com ar na fornalha de maneira tal a produzir calor para elevar a temperatura de partícula de mineral até o nível desejado. Os sólidos entranhados são separados a partir do gás em um separador de gás-sólidos (por exemplo, um ciclone), que possui um sobrefluxo e um subfluxo. O subfluxo contém as partículas, as quais formam o produto calcinado quente.[0011] The calcination step is the core of the process. Kaolin is fed into the reactor. The biogas is combusted with air in the furnace in such a way as to produce heat to raise the mineral particle temperature to the desired level. The entrained solids are separated from the gas in a gas-solids separator (eg a cyclone), which has an overflow and an underflow. The underflow contains the particles, which form the hot calcined product.

[0012] Como um resultado, o calor necessitado para a calcinação é proporcionado, por exemplo, por um gás combustível de queima derivado a partir de um processo de gaseificação, ou de combustão de combustível. Esta opção possibilita para a utilização de combustíveis alternativos para a energia de processo requerida através da gaseificação de recursos que minimizam a impressão ambiental. A presente invenção está atacando o problema de controle de tempo de residência e de temperatura ocorrendo para o uso de biogás por utilização de uma tecnologia de leito fluidizado com recuperação de energia. Por intermédio disso, o tempo de residência e a temperatura podem ser controlados em uma janela de operação muito estreita e como tal a eficiência global do processo.[0012] As a result, the heat required for calcination is provided, for example, by a burning fuel gas derived from a gasification process, or from fuel combustion. This option makes it possible to use alternative fuels for the required process energy through gasification of resources that minimize the environmental footprint. The present invention is tackling the problem of residence time and temperature control occurring for the use of biogas by using a fluidized bed technology with energy recovery. Through this, the residence time and temperature can be controlled within a very narrow operating window and as such the overall efficiency of the process.

[0013] É preferido operar este processo como um processo contínuo. O mais preferido é um estado estável no reator.[0013] It is preferred to operate this process as a continuous process. Most preferred is a steady state in the reactor.

[0014] De maneira tal a reforçar fluidizabilidade para o leito fluidizado, é preferido que o mineral viesse a ser granulado antes que venha a ser alimentado para o reator de leito fluidizado, por exemplo, com adição de água. Em alguns casos, a umidade disponível na reserva natural poderia ser suficiente para um bom resultado de granulação.[0014] In order to enhance fluidizability for the fluidized bed, it is preferred that the mineral is granulated before it is fed to the fluidized bed reactor, for example, with the addition of water. In some cases, the moisture available in the nature reserve could be sufficient for a good granulation result.

[0015] Entretanto, frequentemente é preferido secar os sólidos granulados para um conteúdo de água abaixo de 10% em peso, ainda mesmo mais preferido abaixo de 5% em peso para melhor estabilidade. Para a subseqüente secagem, baixo calor calorífico a partir do processo pode ser utilizado.[0015] However, it is often preferred to dry the granulated solids to a water content below 10% by weight, even more preferred below 5% by weight for better stability. For subsequent drying, low calorific heat from the process can be used.

[0016] Para condições de operação preferidas, a temperatura de reação permanece entre 800 0C e 1.300 0C. Preferivelmente, caulim é calcinado em uma temperatura entre 1.050 0C +/- 50 0C.[0016] For preferred operating conditions, the reaction temperature remains between 800 0C and 1,300 0C. Preferably, kaolin is calcined at a temperature between 1050°C +/- 50°C.

[0017] Comparado com um forno rotativo ou com uma fornalha de lareira, o leito fluidizado possui uma excelente transferência de calor e de massa rendendo uma operação estável com uma temperatura de operação bem definida e homogênea. Em contraste com sistemas requerendo queimadores para provisão de calor, o combustível pode ser injetado através de lanças e queimado sem formação de chama no leito fluidizado.[0017] Compared with a rotary kiln or a hearth furnace, the fluidized bed has excellent heat and mass transfer, yielding stable operation with a well-defined and homogeneous operating temperature. In contrast to systems requiring burners to provide heat, fuel can be injected through lances and burned without smoldering in the fluidized bed.

[0018] Isto resulta em uma temperatura de calcinação máxima mais baixa minimizando o consumo de combustível, em conseqüência disso, mantendo a qualidade de produto em um alto nível uniforme. Durante calcinação, água cristalina é removida.[0018] This results in a lower maximum calcination temperature minimizing fuel consumption, as a result of this maintaining product quality at a uniformly high level. During calcination, crystalline water is removed.

[0019] Considerando o caulim como um eduto, sua brancura é aumentada. Devido para o fato das mudanças de fase mineral sobre aquecimento acima de aproximadamente 1.100 0C, a estrutura se torna mais densa e a dureza aumenta, rendendo um produto com qualidade aperfeiçoada que é adequado para a indústria de pigmentos. Se o processo de leito fluidizado é bem projetado, a eficiência de energia pode ser significativamente aumentada por recuperação de grandes frações de calor sensível a partir do efluente gasoso e produto sólido por aplicação de estágios de pré- aquecimento e de resfriamento, respectivamente.[0019] Considering kaolin as an educt, its whiteness is increased. Due to the fact that the mineral phase changes upon heating above approximately 1100°C, the structure becomes denser and the hardness increases, yielding an improved product quality that is suitable for the pigment industry. If the fluidized bed process is well designed, the energy efficiency can be significantly increased by recovering large fractions of sensible heat from the off-gas and solid product by applying preheating and cooling stages, respectively.

[0020] Em uma concretização preferida da presente invenção, o leito fluidizado é um leito fluidizado de circulação que mostra especialmente boas taxas de transferência de calor e de massa.[0020] In a preferred embodiment of the present invention, the fluidized bed is a circulating fluidized bed that shows especially good heat and mass transfer rates.

[0021] É de particular importância que venha a ser possível alimentar partículas de sólidos frescas para o leito fluidizado. Em consequência disso, um leito fluidizado mais estável é obtido.[0021] It is of particular importance that it becomes possible to feed fresh solids particles into the fluidized bed. As a result, a more stable fluidized bed is obtained.

[0022] Além do mais, a fração de gás que se ganha a partir da mistura de gás-sólidos pode ser tratada de maneira tal que gases sulfúricos no gás de combustão venham a ser removidos.[0022] Furthermore, the gas fraction gained from the gas-solids mixture can be treated in such a way that sulfuric gases in the flue gas are removed.

[0023] Preferivelmente, o mineral contém caulim, terra de diatomáceas e/ou perlita. É especialmente preferido que o eduto utilizado venha a mostrar pelo menos um dos três minerais nomeados com um conteúdo de pelo menos 50% em peso, ainda mesmo mais preferido de mais do que 80% em peso.[0023] Preferably, the mineral contains kaolin, diatomaceous earth and/or pearlite. It is especially preferred that the educt used should show at least one of the three named minerals with a content of at least 50% by weight, even more preferred of more than 80% by weight.

[0024] Grânulos de caulim foram calcinados a 1.050 0C +/- 100 0C sem encontrar grandes problemas durante testes de calcinação. Especialmente, um processo lidando com processo de caulim vem a ser promissor.[0024] Kaolin granules were calcined at 1050 0C +/- 100 0C without encountering major problems during calcination tests. Especially, a process dealing with kaolin processing turns out to be promising.

[0025] Para terra de diatomáceas, a produção de grânulos requereu uma quantidade de água muito alta aumentando o consumo de combustível para calcinação e reduzindo a eficiência de energia do processo de calcinação considerado. Entretanto, SO2 no combustível e gás de combustão é parcialmente fixado pelo cálcio contido na terra de diatomáceas.[0025] For diatomaceous earth, the production of granules required a very high amount of water, increasing fuel consumption for calcination and reducing the energy efficiency of the calcination process considered. However, SO2 in fuel and flue gas is partially fixed by calcium contained in diatomaceous earth.

[0026] Para perlita, o tempo de retenção no leito fluidizado de circulação deve ser muito curto em comparação com outros minerais.[0026] For pearlite, the retention time in the circulating fluidized bed should be very short compared to other minerals.

[0027] Adicionalmente, calor pode ser recuperado por pré-aquecimento da alimentação pelo pré-aquecimento da alimentação para o reator e/ou por aplicação de um resfriador de fluido-leito para resfriamento do produto calcinado quente.[0027] Additionally, heat can be recovered by preheating the feed by preheating the feed to the reactor and/or by applying a fluid-bed cooler to cool the hot calcined product.

[0028] Recuperação de calor através de pré- aquecimento é conseguida por contato do efluente gasoso quente a partir do reator em um modo de contracorrente com a alimentação de mineral bruto frio. Em adição para esta/s etapa/as, o calor remanescente na corrente de gás é utilizado para secagem do material de alimentação. De maneira tal a maximizar o tempo de contato para uma melhor troca de calor, até três estágios de pré-aquecimento podem ser previstos.[0028] Heat recovery through preheating is achieved by contacting the hot off-gas from the reactor in a countercurrent mode with the cold raw mineral feed. In addition to this/these step/s, the remaining heat in the gas stream is used for drying the feed material. In order to maximize contact time for better heat exchange, up to three preheating stages can be provided.

[0029] O pré-aquecimento de dois estágios se inicia com uma alimentação úmida, a qual é transportada para o pré-aquecedor do primeiro estágio de pré- aquecimento. Por misturação dos sólidos com o efluente gasoso de combustão vindo a partir do segundo estágio de pré-aquecimento, a umidade é evaporada e a temperatura de sólidos é elevada. Os gases deixando o pré-aquecedor adentram o ciclone para separação dos sólidos entranhados. O efluente gasoso é adicionalmente limpo em um precipitador eletrostático antes que venha a ser ventilado através da pilha.[0029] The two-stage preheating starts with a wet feed, which is transported to the preheater of the first preheating stage. By mixing the solids with the flue gaseous effluent coming from the second preheating stage, the moisture is evaporated and the solids temperature is raised. The gases leaving the preheater enter the cyclone to separate the entrained solids. The gaseous effluent is additionally cleaned in an electrostatic precipitator before it is vented through the stack.

[0030] No segundo estágio de pré-aquecimento, os sólidos secos são aquecidos para uma temperatura acima de 500 0C adicionalmente reduzindo consumo de combustível na etapa de calcinação. O segundo estágio de pré-aquecimento aplica o mesmo fluxo de contracorrente de gás e de sólidos com resfriamento dos gases por pré-aquecimento dos sólidos. Um vaso de transferência de calor possibilita para a troca de calor, enquanto o ciclone separa os sólidos a partir do gás.[0030] In the second preheating stage, the dry solids are heated to a temperature above 500 0C additionally reducing fuel consumption in the calcination step. The second preheating stage applies the same countercurrent flow of gas and solids with gas cooling by preheating the solids. A heat transfer vessel makes it possible to exchange heat, while the cyclone separates the solids from the gas.

[0031] Uma terceira etapa de pré-aquecimento pode ser aplicada se a umidade não é excessivamente alta. Por esta maneira, até mesmo eficiência mais alta pode ser conseguida por se fazer uso do calor sensível contido nos sólidos e no gás.[0031] A third preheating step can be applied if the humidity is not excessively high. In this way, even higher efficiency can be achieved by making use of the sensible heat contained in the solids and gas.

[0032] O primeiro resfriamento do mineral calcinado é desempenhado em ciclones múltiplos à jusante da fornalha (descarga de produto de leito) possibilitando para pré-aquecimento de ar vindo a partir do assim chamado resfriador de leito fluido. No resfriador de leito fluido consistindo de leitos fluidizados consecutivos, os sólidos quentes obtidos como um produto diretamente e indiretamente pré-aquecem o ar requerido para fluidização e estabelecimento de condições de processo possibilitando para combustão completa do combustível no reator.[0032] The first cooling of the calcined mineral is performed in multiple cyclones downstream of the furnace (bed product discharge) allowing for preheating of air coming from the so-called fluid bed cooler. In the fluidized bed cooler consisting of consecutive fluidized beds, the hot solids obtained as a product directly and indirectly preheat the air required for fluidization and establish process conditions enabling complete combustion of the fuel in the reactor.

[0033] O resfriamento final do produto é completado por resfriamento de água (por exemplo, por aquecimento de água a partir de 35 0C até 55 0C) possibilitando para ajustamento de uma temperatura de sólidos abaixo de 90 0C.[0033] The final cooling of the product is completed by water cooling (for example, by heating water from 35 0C to 55 0C) making it possible to adjust a temperature of solids below 90 0C.

[0034] É uma parte da presente invenção o fato de que os inventores descobriram que isto requer uma temperatura muito constante e similar para cada partícula alimentada para o leito fluidizado.[0034] It is a part of the present invention that the inventors have discovered that this requires a very constant and similar temperature for each particle fed into the fluidized bed.

[0035] Como um resultado, é também um objetivo da presente invenção o de proporcionar um processo e a planta relacionada que assegura uma alimentação constante pré- aquecida para o reator, o qual foi definido como um reator de leito fluidizado devido para o fato da muito boa transferência de calor e de massa.[0035] As a result, it is also an object of the present invention to provide a process and related plant that ensures a constant preheated feed to the reactor, which has been defined as a fluidized bed reactor due to the fact that very good heat and mass transfer.

[0036] Em condições de reação típicas, por exemplo, pressão entre 0 bar e 20 bar e/ou temperatura entre 700 0C e 1.500 0C, os sólidos são tratados em um leito fluidizado por um tempo de residência definido como um tratamento térmico. Preferivelmente, referido tratamento térmico é uma calcinação.[0036] Under typical reaction conditions, for example, pressure between 0 bar and 20 bar and/or temperature between 700 0C and 1,500 0C, the solids are treated in a fluidized bed for a defined residence time as a heat treatment. Preferably, said heat treatment is a calcination.

[0037] Depois de um tempo de residência (médio) definido, as partículas de sólidos são extraídas a partir do leito fluidizado no reator através de um conduíte de extração que é disposto de maneira tal que durante operação o mesmo está na área do leito fluidizado estabelecido.[0037] After a defined (average) residence time, the solid particles are extracted from the fluidized bed in the reactor through an extraction conduit that is arranged in such a way that during operation it is in the area of the fluidized bed established.

[0038] Adicionalmente, uma mistura de gás e de partículas de sólidos é extraída a partir de uma posição acima do leito fluidizado freqüentemente assim chamada borda livre. O gás normalmente contém o gás de fluidização, que freqüentemente contém oxigênio. Na maior parte dos processos, o gás de fluidização é o ar. Partículas em uma tal mistura freqüentemente mostram um diâmetro abaixo do diâmetro médio das partículas no leito fluidizado, de maneira tal que as mesmas são transportadas mais altas do que estas partículas maiores.[0038] Additionally, a mixture of gas and particulate solids is extracted from a position above the fluidized bed often called the freeboard. The gas normally contains the fluidizing gas, which often contains oxygen. In most processes, the fluidizing gas is air. Particles in such a mixture often show a diameter below the average diameter of the particles in the fluidized bed, such that they are transported higher than these larger particles.

[0039] Para separar uma fração de gás a partir de uma fração de sólidos a mistura de gás-sólidos é passada através de pelo menos um ciclone. Em conseqüência disso, uma fração de sólidos (preferivelmente contendo pelo menos 70% em peso das partículas de sólidos da mistura de gás- sólidos extraída a partir do reator) é obtida e pelo menos parcialmente no reator de leito fluidizado.[0039] To separate a gas fraction from a solids fraction the gas-solids mixture is passed through at least one cyclone. As a result, a solids fraction (preferably containing at least 70% by weight of the solids particles from the gas-solids mixture extracted from the reactor) is obtained, and at least partially in the fluidized bed reactor.

[0040] É a idéia essencial subjacente para esta parte do processo que pelo menos partes das partículas de sólidos frescas venham a ser alimentadas para pelo menos um ciclone. Em consequência disso, as mesmas são misturadas com a mistura de sólido-gás a partir da borda livre, e juntamente com os sólidos separados as mesmas são alimentadas de volta para o reator. Em consequência disso, é possível alimentar em partículas com somente um conduíte ao invés de dois conduítes (alimentação fresca e alimentação de recirculação). Assim, o leito fluidizado estabelecido é menos perturbado e, consequentemente, as condições de operação são mais estáveis. Isto possibilita voltas para cima e voltas para baixo sobre outras posições de processo e assim torna possível utilizar biogás como uma fonte de energia.[0040] It is the essential idea underlying this part of the process that at least parts of the fresh solids particles will be fed to at least one cyclone. As a result, they are mixed with the solid-gas mixture from the freeboard, and together with the separated solids they are fed back to the reactor. As a result, it is possible to feed particulates with only one conduit instead of two conduits (fresh feed and recirculation feed). Thus, the established fluidized bed is less disturbed and, consequently, the operating conditions are more stable. This makes it possible to turn up and down over other process positions and thus makes it possible to use biogas as an energy source.

[0041] Adicionalmente, este projeto de processo é muito mais fácil e, consequentemente, reduz custos de investimento e de operação.[0041] Additionally, this process design is much easier and, consequently, reduces investment and operating costs.

[0042] É preferido operar este processo como um processo contínuo. O mais preferido é um estado estável no reator.[0042] It is preferred to operate this process as a continuous process. Most preferred is a steady state in the reactor.

[0043] Em uma concretização preferida desta idéia da presente invenção, pelo menos dois ciclones são dispostos em série o que assegura uma melhor separação das partículas de sólidos a partir da mistura de gás-sólidos.[0043] In a preferred embodiment of this idea of the present invention, at least two cyclones are arranged in series which ensures a better separation of solids particles from the gas-solids mixture.

[0044] A utilização de um número de ciclones conectados em série, é preferida para introduzir as partículas de sólidos frescas para um pré-aquecedor de suspensão em frente do último ciclone da linha, por exemplo, o segundo ciclone. Em consequência disso, a introdução dos sólidos frescos não contamina a etapa de separação excessivamente.[0044] The use of a number of cyclones connected in series is preferred to introduce the fresh solids particles to a suspension preheater in front of the last cyclone in the line, for example the second cyclone. As a result, the introduction of fresh solids does not contaminate the separation step excessively.

[0045] É também preferido que as partículas de sólidos frescas são pré-aquecidas pela fração de gás obtida em um dos ciclones. Em conseqüência disso, as partículas vêm em contato direto ou indireto com a fração de gás obtida em pelo menos um ciclone. Em conseqüência disso, a eficiência de energia do processo pode ser aumentada na medida em que as partículas frescas mostram uma temperatura de entrada mais alta adentrando o reator.[0045] It is also preferred that the fresh solids particles are preheated by the gas fraction obtained in one of the cyclones. As a result, the particles come into direct or indirect contact with the gas fraction obtained in at least one cyclone. As a result, the energy efficiency of the process can be increased as fresh particles show a higher inlet temperature entering the reactor.

[0046] Um tal pré-aquecimento é o mais eficiente se o pré-aquecimento é desempenhado em contracorrentes.[0046] Such a preheating is most efficient if the preheating is performed in countercurrents.

[0047] Adicionalmente uma segunda alimentação para alimentação de partículas de sólidos frescas diretamente para o reator pode ser prevista. Uma tal segunda posição para introdução de partículas é especialmente útil em casos de iniciação do processo ou para condições de operação estabilizadas.[0047] Additionally a second feed for feeding fresh solids particles directly to the reactor can be provided. Such a second position for introducing particles is especially useful in cases of process initiation or for stabilized operating conditions.

[0048] Em uma concretização preferida da presente invenção, referida segunda alimentação é pré-aquecida.[0048] In a preferred embodiment of the present invention, said second feed is preheated.

[0049] Um outro problema é o de que a utilização de biomassa como uma fonte de energia verde irá conduzir para alto/s conteúdo/os de SO2 e/ou de SO3 no efluente gasoso devido para o fato do conteúdo de enxofre em biomassa. A utilização de um reator de leito fluidizado, esta questão é de particular importância, na medida em que as correntes de efluente gasoso são muito grandes devido para o fato de que a corrente de gás extraída do reator contém efluente gasoso e gás de fluidização.[0049] Another problem is that the use of biomass as a source of green energy will lead to high content/s of SO2 and/or SO3 in the gaseous effluent due to the fact of the sulfur content in biomass. When using a fluidized bed reactor, this issue is of particular importance, as the off-gas streams are very large due to the fact that the gas stream extracted from the reactor contains off-gas and fluidizing gas.

[0050] Consequentemente, uma idéia de como superar o problema de SO2 e/ou de SO3 no gás de combustão do reator é proporcionada.[0050] Consequently, an idea of how to overcome the problem of SO2 and/or SO3 in the reactor flue gas is provided.

[0051] Em um tal processo para tratamento térmico de partículas de sólidos em um reator caracterizando um leito fluidizado, uma mistura de gás-sólidos é extraída a partir do reator, preferivelmente a partir de uma posição acima do leito fluidizado, no exterior do reator. Tal mistura de gás-sólidos é passada para pelo menos um dispositivo para separar a fração de gás a partir de uma fração de sólidos que compreende pelo menos 60% em peso das partículas de sólidos contidas na mistura de gás-sólidos.[0051] In such a process for thermally treating particles of solids in a reactor featuring a fluidized bed, a gas-solids mixture is drawn from the reactor, preferably from a position above the fluidized bed, outside the reactor . Such a gas-solids mixture is passed to at least one device for separating the gas fraction from a solids fraction comprising at least 60% by weight of the solids particles contained in the gas-solids mixture.

[0052] A fração de gás obtida contendo SO2 e/ou SO3 é passada para um leito empacotado para absorção de SO2 e/ou de SO3 e para extração da solução com o SO2 absorvido e/ou com o SO3 absorvido.[0052] The gas fraction obtained containing SO2 and/or SO3 is passed to a packed bed for absorption of SO2 and/or SO3 and for extracting the solution with the absorbed SO2 and/or with the absorbed SO3.

[0053] Em consequência disso, resíduos sulfúricos podem ser removidos a partir da corrente de gás para um valor abaixo dos limites legais.[0053] As a result, sulfuric residues can be removed from the gas stream to an amount below legal limits.

[0054] Entretanto, referida corrente de gás freqüentemente também contém impurezas adicionais, o que é devido para o fato de que é preferido limpar a mesma em pelo menos uma etapa de tratamento adicional. Preferivelmente, pelo menos uma etapa de tratamento é situada à jusante da etapa de absorção.[0054] However, said gas stream often also contains additional impurities, which is due to the fact that it is preferred to clean the same in at least one additional treatment step. Preferably, at least one treatment step is located downstream of the absorption step.

[0055] Em uma concretização da presente invenção, pelo menos uma etapa do tratamento adicional é um precipitador eletrostático [electrostatic precipitator (ESP)]. Assim, é possível reduzir o conteúdo de poeira da corrente de gás para um mínimo.[0055] In one embodiment of the present invention, at least one additional treatment step is an electrostatic precipitator (ESP). Thus, it is possible to reduce the dust content of the gas stream to a minimum.

[0056] Em uma outra concretização da presente invenção, a mistura de gás-sólidos é separada em um ciclone. Em conseqüência disso, boas taxas de separação são conseguidas. Adicionalmente, é possível utilizar este ciclone para o sistema de alimentação para o reator.[0056] In another embodiment of the present invention, the gas-solid mixture is separated in a cyclone. As a result, good separation rates are achieved. Additionally, it is possible to use this cyclone for the feed system for the reactor.

[0057] É também preferido que a fração de gás venha a ser passada para uma pós-combustão antes do leito empacotado. Assim, H2S contido é oxidado para SO2 e/ou para SO3 que é absorvido no leito empacotado. Em conseqüência disso, é também possível remover H2S presente no biogás inicial.[0057] It is also preferred that the gas fraction is passed to an afterburner before the packed bed. Thus, contained H2S is oxidized to SO2 and/or to SO3 which is absorbed in the packed bed. As a result, it is also possible to remove H2S present in the initial biogas.

[0058] É preferido operar este processo como um processo contínuo. O mais preferido é um estado estável no reator.[0058] It is preferred to operate this process as a continuous process. Most preferred is a steady state in the reactor.

[0059] Além do mais, a idéia também cobre uma planta com as características da reivindicação de patente independente 14 acompanhante. Especialmente, é possível operar um processo com característica de quaisquer das reivindicações 1 até 13 acompanhantes em referida planta.[0059] Furthermore, the idea also covers a plant with the characteristics of the accompanying independent patent claim 14. Especially, it is possible to operate a process with the characteristic of any of the accompanying claims 1 to 13 in said plant.

[0060] Uma tal planta compreende um reator em que sob condições de operação um leito fluidizado é estabelecido. Adicionalmente, esta planta caracteriza um conduíte de alimentação para alimentação de pelo menos um mineral para o reator, um conduíte para injeção de biogás como combustível para o reator de leito fluidizado, um conduíte para extração de mineral calcinado a partir do leio fluidizado no reator e um conduíte para extração de uma mistura de gás e de partículas de sólidos a partir de uma posição acima do leito fluidizado.[0060] Such a plant comprises a reactor in which under operating conditions a fluidized bed is established. Additionally, this plant features a feed conduit for feeding at least one mineral to the reactor, a conduit for injecting biogas as fuel into the fluidized bed reactor, a conduit for extracting calcined mineral from the fluidized bed in the reactor and a conduit for extracting a mixture of gas and particulate solids from a position above the fluidized bed.

[0061] Assim, biogás pode ser utilizado em um processo de calcinação sem contaminação de qualidade de produto.[0061] Thus, biogas can be used in a calcination process without contamination of product quality.

[0062] uma tal planta compreende um reator caracterizando sob condições de operação um leito fluidizado. Tal planta adicionalmente compreende dois conduítes, pelo menos um ciclone e uma linha de recirculação.[0062] Such a plant comprises a reactor characterizing under operating conditions a fluidized bed. Such a plant additionally comprises two conduits, at least one cyclone and a recirculation line.

[0063] O primeiro conduíte tem capacidade para extrair partículas a partir do leito fluidizado na medida em que o mesmo é posicionado de maneira tal que durante operação normal o mesmo está na área do leito fluidizado. O segundo conduíte tem capacidade para extrair uma mistura de gás e de partículas sólidas a partir de uma posição acima do leito fluidizado e para alimentar a mistura para pelo menos um ciclone através do qual a mistura de gás-sólidos é guiada para separar uma fração de gás e uma fração de sólidos que compreende pelo menos 60% em peso das partículas de sólidos contidas na mistura de gás-sólidos extraída. Por intermédio da linha de recirculação, partículas de sólidos a partir do ciclone podem ser realimentadas para o reator, especialmente em uma posição onde o leito fluidizado é estabelecido sob condições de operação.[0063] The first conduit has the capacity to extract particles from the fluidized bed as long as it is positioned in such a way that during normal operation it is in the area of the fluidized bed. The second conduit has the capacity to extract a mixture of gas and solid particles from a position above the fluidized bed and to feed the mixture to at least one cyclone through which the gas-solids mixture is guided to separate a fraction of gas and a solids fraction comprising at least 60% by weight of the solids particles contained in the extracted gas-solids mixture. Through the recirculation line, solids particles from the cyclone can be fed back to the reactor, especially in a position where the fluidized bed is established under operating conditions.

[0064] Como o núcleo desta idéia da presente invenção, um conduíte é previsto que conduz partículas de sólidos frescas para o pelo menos um ciclone. Em conseqüência disso, o número de conduítes conduzindo para o reator pode ser reduzido, o que estabiliza as condições de reator. Além do mais, custos de investimento e de operação são reduzidos.[0064] As the core of this idea of the present invention, a conduit is provided which conducts fresh solids particles to the at least one cyclone. As a result, the number of conduits leading to the reactor can be reduced, which stabilizes reactor conditions. Furthermore, investment and operating costs are reduced.

[0065] Preferivelmente, a planta para tratamento térmico de partículas de sólidos compreende um reator caracterizando sob condições de operação um leito fluidizado. Adicionalmente, referida planta mostra pelo menos um dispositivo para separar a fração de gás a partir de uma fração de sólidos por intermédio do que a fração de sólidos compreende pelo menos 60% em peso das partículas de sólidos contidas na mistura de gás-sólidos. Além do mais, a planta caracteriza um leito empacotado, em que a fração de gás contendo SO2 e/ou SO3 é passada para absorver SO2 e/ou SO3 e um conduíte está extraindo a solução com o SO2 absorvido e/ou com o SO3 absorvido.[0065] Preferably, the plant for thermal treatment of solid particles comprises a reactor featuring under operating conditions a fluidized bed. Additionally, said plant shows at least one device for separating the gas fraction from a solids fraction whereby the solids fraction comprises at least 60% by weight of the solids particles contained in the gas-solids mixture. Furthermore, the plant features a packed bed, in which the gas fraction containing SO2 and/or SO3 is passed to absorb SO2 and/or SO3 and a conduit is extracting the solution with the absorbed SO2 and/or with the absorbed SO3 .

[0066] Como um resultado, é possível utilizar biogás como uma fonte de energia verde sem quaisquer problemas se referenciando para o conteúdo de enxofre no efluente gasoso do processo.[0066] As a result, it is possible to use biogas as a source of green energy without any problems if referencing to the sulfur content in the off-gas from the process.

[0067] Desenvolvimentos e vantagens em possibilidades de aplicação da presente invenção também emergem a partir da descrição a seguir do processo. Todas as características descritas e/ou ilustradas no Desenho da Figura acompanhante formam a matéria da presente invenção são de per se ou em qualquer combinação independentes de sua inclusão nas reivindicações de patente acompanhantes ou suas referências anteriores.[0067] Developments and advantages in application possibilities of the present invention also emerge from the following description of the process. All features described and/or illustrated in the accompanying Drawing of Figure form the subject of the present invention are per se or in any combination independent of their inclusion in the accompanying patent claims or references thereto.

[0068] No Desenho: A Figura 1 mostra o princípio da presente invenção para calcinação de um mineral.[0068] In the Drawing: Figure 1 shows the principle of the present invention for calcining a mineral.

[0069] A Figura 1 mostra um processo para calcinação de um mineral utilizando combustível como um biogás e bem como o novo sistema de injeção. Gás de composição desejada está adentrando por intermédio do conduíte (11) através da grade de bocal (12) e fluidiza o material no reator (10). Antes de adentrar a grade de bocal (12), o ar pode ser aquecido por um sistema de pré- aquecimento elétrico (13) para a temperatura desejada. A temperatura é mensurada em várias localizações e os dados são logados.[0069] Figure 1 shows a process for calcining a mineral using fuel as a biogas and the new injection system. Gas of the desired composition is entering through the conduit (11) through the nozzle grid (12) and fluidizes the material in the reactor (10). Before entering the nozzle grid (12), the air can be heated by an electric preheating system (13) to the desired temperature. The temperature is measured at various locations and the data is logged.

[0070] Por intermédio de lança (13), biogás é injetado como um combustível para o reator (10). No mesmo, combustível é queimado por intermédio do que as partículas de sólidos no leito fluidizado (10) são termicamente tratadas.[0070] Through the lance (13), biogas is injected as a fuel into the reactor (10). In it, fuel is burned whereby the solid particles in the fluidized bed (10) are thermally treated.

[0071] Sólidos entranhados com o efluente gasoso do reator em uma mistura de gás-sólidos são recirculados para o leito fluidizado (10a) pelo conduíte (31) e pelo ciclone (20). A fração de sólidos separada contendo pelo menos 60% em peso dos sólidos contidos na mistura de gás- sólidos extraída é recirculada para o reator (10) por intermédio do conduite (26). O gás carregado de poeira deixando o ciclone (20) passa por intermédio do conduite (22) através de um pré-aquecedor (23) que pode ser aplicado para pré-secagem e pré-aquecimento do material de alimentação que é alimentado para o reator (10) por intermédio do conduíte (24).[0071] Solids entrained with the gaseous effluent from the reactor in a gas-solid mixture are recirculated to the fluidized bed (10a) through the conduit (31) and the cyclone (20). The separated solids fraction containing at least 60% by weight of the solids contained in the extracted gas-solids mixture is recirculated to the reactor (10) via the conduit (26). The dust-laden gas leaving the cyclone (20) passes through the conduit (22) through a pre-heater (23) which may be applied for pre-drying and pre-heating the feed material which is fed into the reactor. (10) through the conduit (24).

[0072] O efluente gasoso é, então, passado por intermédio do conduíte (25) em um ciclone secundário (30) para adicional separação de poeira. Adicionais partes separadas são recicladas por intermédio do conduíte (38) para o reator (10).[0072] The off-gas is then passed through the conduit (25) into a secondary cyclone (30) for further dust separation. Additional spare parts are recycled through the conduit (38) to the reactor (10).

[0073] Retirada de poeira final do efluente gasoso é completada por passagem do gás por intermédio do conduíte (31) em um filtro de vela (32) a partir de onde partículas de sólidos são extraídas por intermédio do conduíte (33). Se for requerido, por exemplo, se H2S ou CO estão no efluente gasoso, o gás é contornado através de uma ou pode ser tratado em uma câmara de pós-combustão (36) antes de adentrar o leito empacotado operado como um depurador de SO2 (40). Depois de depuração e de passagem em um subseqüente precipitador eletrostático de umidade (42) para remoção de gotículas de líquido depuradas e SO3, o gás deixa o sistema por intermédio de uma pilha (45). A pressão absoluta no interior do reator é próxima para a pressão atmosférica.[0073] Final dust removal from the gaseous effluent is completed by passing the gas through the conduit (31) into a candle filter (32) from where solid particles are extracted through the conduit (33). If required, for example if H2S or CO are in the off-gas, the gas is bypassed through an or may be treated in an after-combustion chamber (36) before entering the packed bed operated as an SO2 scrubber ( 40). After scrubbing and passing through a subsequent electrostatic moisture precipitator (42) to remove scrubbed liquid droplets and SO3, the gas leaves the system via a stack (45). The absolute pressure inside the reactor is close to atmospheric pressure.

[0074] Um parafuso de resfriamento (50) continuamente descarrega material por intermédio dos conduítes (51, 52) a partir do leito de reator proporcionando o produto calcinado efetivo.[0074] A cooling screw (50) continuously discharges material through the conduits (51, 52) from the reactor bed providing the effective calcined product.

[0075] Por intermédio do conduíte (60), é possível adicionar sólidos frescos adicionais para o reator (10). Também, vapor pode ser introduzido por intermédio do conduíte (61) e do sistema de pré-aquecimento elétrico (62). NÚMEROS DE REFERÊNCIA 10 reator 10a leito fluidizado 11 conduíte 12 grade de bocal 13 sistema de pré-aquecimento elétrico 14 lança 20 ciclone 21, 22 conduítes 23 pré-aquecedor 26 conduítes ciclone conduíte filtro de vela 34 conduítes soprador câmara de pós-combustão conduíte leito empacotado conduíte precipitador eletrostático conduíte soprador pilha conduíte parafuso de resfriamento 52 conduítes 62 conduítes precipitador eletrostático[0075] Through the conduit (60), it is possible to add additional fresh solids to the reactor (10). Also, steam can be introduced through the conduit (61) and the electrical preheating system (62). REFERENCE NUMBERS 10 reactor 10a fluidized bed 11 conduit 12 nozzle grid 13 electric preheating system 14 lance 20 cyclone 21, 22 conduit 23 preheater 26 conduit cyclone conduit spark plug filter 34 conduit blower aftercombustion chamber conduit bed packaged conduit electrostatic precipitator conduit blower stack conduit cooling screw 52 conduits 62 conduits electrostatic precipitator

Claims

1. Process for calcining a mineral containing kaolin, diatomaceous earth and/or perlite, comprising the following steps: (i) feeding the mineral into a fluidized bed reactor (10) (10a); (ii) injecting biogas as fuel into the fluidized bed reactor (10) (10a); (iii) burning biogas to generate heat to calcine the mineral so that the reaction temperature is between 800 ºC and 1300 ºC; (iv) extracting calcined mineral from the fluidized bed (10a) in the reactor (10); and: (v) extracting a mixture of gas and particulate solids from a position above the fluidized bed (10a); characterized in that at least parts of fresh solid particles are fed into at least one cyclone (20, 30) which is also used to separate a gas fraction from a gas-solid mixture outside the reactor (10) and fed into the reactor (10) with at least parts of the separated solids fraction, the gas-solid mixture is passed out of the reactor (10) through the at least one cyclone (20, 30) to separate the gas fraction from a fraction of solids comprising at least 60% by weight of the solids particles contained in the gas-solid mixture, and that the gas fraction containing SO2 and/or SO3 is passed to a packed bed (40) to absorb SO2 and/or SO3 from the which a solution with absorbed SO2 and/or absorbed SO3 is withdrawn, and that the gas stream from the packed bed (40) is cleaned in an additional treatment (42) and/or that before passing through the packed bed (40), the solid-gas stream passes through an afterburner (36) to convert H2S to SO2 and/or SO3.

2. Process according to claim 1, characterized in that the mineral is granulated before being fed into the fluidized bed reactor (10a).

3. Process according to claim 1 or 2, characterized in that the granulated solids are dried to a water content below 10% by weight.

4. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the fluidized bed (10a) is a circulating fluidized bed.

5. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the gas-solid mixture is passed through at least one cyclone (20, 30) to separate the gas fraction from a solid fraction comprising at least at least 60% by weight of the solids particles contained in the gas-solid mixture, and that at least parts of the solids fraction are recirculated in the fluidized bed reactor (10a) and that at least parts of the mineral are fed to o at least one cyclone (20, 30).

6. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that two cyclones (20, 30) are arranged in series and the mineral is fed through a suspension pre-heater to a second cyclone.

7. Process according to claim 5 or 6, characterized by the fact that the mineral is preheated by the gas fraction obtained in one of the cyclones (20, 30).

8. Process, according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that preheating is performed in countercurrents and/or a second feed line is feeding the mineral directly into the reactor (10).

9. Process according to claim 8, characterized in that the second feed is preheated.

10. Plant for calcining a mineral comprising a reactor (10) by a process as defined in claim 1, wherein under operating conditions a fluidized bed (10a) is established, in which a feed conduit (26, 38, 60 ) for feeding a mineral to the reactor (10), a device (13) for injecting biogas as fuel into the reactor (10), a conduit (51) for extracting calcined mineral from the fluidized bed (10a) into the reactor (10) and a conduit (21) for extracting a mixture of gas and solid particles from a position above the fluidized bed (10a), characterized in that it comprises at least one separation device (20, 30, 32) for separating the gas fraction of a solids fraction comprising at least 60% by weight of the solids particles contained in the gas-solid mixture, a packed bed (40) in which the gas fraction containing SO2 and/or SO3 is passed to absorb SO2 and/or SO3 and a conduit (46) for extracting the solution with the absorbed SO2 and/or the absorbed SO3 from the packed bed (40), and an electrostatic precipitator (42) and/or a post-combustion chamber ( 36) to convert H2S into SO2 and/or SO3.

11. Plant according to claim 10, characterized in that it comprises at least one cyclone (20, 30) through which the gas-solid mixture is guided to separate a fraction of gas and a fraction of solids comprising at least at least 60% by weight of the solids particles contained in the gas-solid mixture, a recirculation line (26, 38) for recirculating solids particles from the cyclone (20, 30) to the reactor (10) and a feed conduit (24) to drive the mineral into the at least one cyclone (20, 30).