CN102307809B - 用于从矿石生产气体的方法 - Google Patents

Abstract

用于从一种矿石、并且特别是从天然碱矿中生产一种气体的方法，所述气体具有以干气体表示的、大于25体积百分比的二氧化碳浓度，以及一个挥发性有机化合物的量，这个量对于每千克所产生二氧化碳是小于700mg。该方法包括以下步骤：将该天然碱矿压碎，将压碎的天然碱引入到伴有间接加热的一个旋转煅烧滚筒中，在该煅烧装置中将压碎的天然碱进行煅烧，从该煅烧装置中收集煅烧的天然碱并且从煅烧装置中收集通过天然碱矿煅烧所产生的气体，从而组成生产的气体。

Description

用于从矿石生产气体的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年2月9日提交的欧洲专利申请号09152392.8的权益。

技术领域

本发明涉及了一种用于从矿物矿石、特别是从天然碱矿生产气体的方法。它还涉及了所生产的气体、以及这种气体的用途。

背景技术

天然碱矿是包含了约80％-95％的碳酸氢三钠(Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O)的一种矿物。在靠近绿河的怀俄明州西南部发现了大量的矿物天然碱的沉积物。这种沉积物包括天然碱和混合的天然碱以及石盐(岩盐或NaCl)的床层，它覆盖约2600km²。主要天然碱床层的尺寸范围从少于428km²到至少1870km²。据保守的估计，这些主要的天然碱床层包括约750亿公吨的矿石。这些不同的床层彼此交叠，并且是通过页岩层、以及油页岩层被分隔开的。该天然碱的品质取决于它在岩层中的具体位置而变化。

对在绿河开采的天然碱矿的典型分析如下：

对在绿河开采的天然碱矿的典型分析如下：

表1

在天然碱矿中发现的碳酸氢三钠是一种在水中可溶的络盐。将该天然碱矿进行处理以去除不可溶的物质、有机物质以及其他多种杂质，以便回收天然碱中包含的有价值的碱。

从天然碱生产的最有价值的碱是碳酸钠。碳酸钠是在美国制造的最大量的碱类商品的其中一种。在2007年，来自怀俄明州的基于天然碱的碳酸钠占据了整个美国苏打灰产量的约90％。碳酸钠的主要用途是在玻璃制造工业中并且用于生产小苏打、洗涤剂、纸制品。

从天然碱矿生产碳酸钠的一种常见的方法被称为“一水碱法”。

在该方法中，将粉碎的天然碱矿煅烧(即，加热)成粗碳酸钠，然后将其溶解在水中。将生成的水溶液纯化并且送入一台结晶器中，在该结晶器中纯的一水碳酸钠晶体发生结晶。

在煅烧过程中，存在于天然碱矿中的该碳酸氢三钠分子分解成固体碳酸钠、以及气态二氧化碳和水蒸汽。存在于天然矿石中的有机物被部分降解了。部分的有机物残留在该煅烧的碱矿中，部分的有机物被释放在生成的煅烧的气体或蒸汽中。

对于天然碱煅烧炉的一个典型设计是直接烧制的回转式煅烧炉(NaturalSodaAsh，D.E.Garett，EdVanNostrandReinholdeditor，NewYork，1992，Chapter8Productionpp270-275)。直接烧制是通过空气和天然气或磨碎的煤来操作的：将热的燃烧气体注入回转式煅烧炉中。该热的直接烧制的气体包含过量的空气以便能使天然气或煤适当燃烧，加上来自燃烧空气的未反应的氮气(N₂)，加上通过火焰燃烧而形成的一些常见的气态污染物如氮氧化物、以及氧硫物。在天然碱煅烧的过程中，通过热的直接烧制的气体将产生的水蒸汽、二氧化碳气体、以及挥发性有机化合物进行稀释。存在于煅烧炉中并且由煅烧炉排放的所生成的气体包含烧制的气体加上通过天然碱煅烧所产生的气体。出于此原因，将它们在二氧化碳(基于干气体从10至15体积百分比)中被稀释。可以将这种稀释的气体除尘并且洗涤以去除煅烧的天然碱颗粒并且然后释放到大气中。

碳酸钠的一个另外的用途是生产碳酸氢钠(小苏打)。碳酸氢钠是一种具有宽范围的吸引人的特性以及宽范围的应用的产品，从用于制药行业的高纯度到人类食品和动物饲料、并且到用于化学行业的工业级的用途。

目前碳酸氢钠的生产几乎完全通过碳酸钠的碳酸化作用来进行。

在美国，碳酸化作用通常在多个单独的工厂中进行，这些工厂独立地购买苏打灰和CO₂并将它们结合。

二氧化碳生产传统地是从其他过程回收的并且最通常地作为液态二氧化碳进行分布。从天然发生的地下来源回收了大量的二氧化碳。这种地下二氧化碳可以是几乎100％纯的，具有小百分比的混合气体流。这样的二氧化碳通常用于饮料或制药行业中。

液态二氧化碳还作为以下工业操作的气态副产物来回收，这些工业操作如：通过天然气的蒸汽转化用于氨的氢生产、环氧乙烷生产、或通过发酵的乙醇生产。将这种气态二氧化碳进行压缩并且以管输送到附近的工厂中或将它液化作为商业产品用于出售，因为液态二氧化碳可以比气态的更经济地进行运输。

由于通过天然碱煅烧的现有生产线所产生的二氧化碳被若干气态污染物稀释并污染了，所以它的用于制造其他纯的化学品如食物和药物的用途是不相关的。

已经描述了一些尝试以通过使用流化床技术来改进一水合物工艺的煅烧步骤。US6479025描述了一种用于煅烧的装置，其中煅烧室包含多个间接加热的元件、位于这些加热元件之下的一个床板、以及用于引入硫化气体的多个孔。提到在煅烧的天然碱中产生的可溶有机物的量是低的。

这些设备具有的缺点是需要选择性压碎以达到矿物矿石的窄的粒度分布范围：较粗颗粒将落到板上(如果它们的重量太重从而不能被流化)，而这将需要更长的去除时间以从煅烧炉中被去除，并且轻的较细的颗粒将被流化的气体带走并且将从煅烧室中去除大量的材料。此外，这种流体床煅烧技术需要大量的压缩的流化气体，典型地每吨矿物矿石从0.5至1.0吨气体。这种集尘的气体将需要通过昂贵的设备来沉降或过滤。在一个低温流化床中，油页岩颗粒(具有比一种煅烧的天然碱的颗粒更高的密度)比煅烧的、或局部煅烧的天然碱颗粒更少被流化。由于更少被流化，它们在煅烧炉中比煅烧的矿石保持了更长的时间。这个更长的停留时间对于通过天然碱煅烧所产生的气体的挥发性有机化合物成分是有害的：存在于油页岩中的挥发性有机物将在该气体中以更大的量来游离。

由于已知的煅烧技术的以上这些缺陷，对于用于煅烧天然碱并且生产含二氧化碳的、用于进一步使用的、经济上良好品质的气体的一种改进的方法存在需要。

附图说明

图1是一个引入装置的本发明的一个实施方案的图解，该引入装置用于将压碎的天然碱矿引入一个间接加热的煅烧炉中。通过固体引入口(3)进入由旋转螺杆(4)来形成的一个引入装置，而将装备有多个加热管(2)的一个旋转滚筒(1)中填充有压碎的天然碱，从而将压碎的天然碱递送到该旋转滚筒的加热组段内部的在螺杆出口(5)处。一种干气体可以任选地通过一个气体入口(6)来注入以避免蒸汽向压碎的天然碱固体引入(3)逆流。该引入装置在该螺杆周围的外表面装备有一个可以用热流体加热的两面掩护式支架(7)以便加热该引入装置。

发明内容

本发明涉及用于从一种矿物矿石、并且特别是从天然碱矿中生产一种气体的方法，所述气体具有以干气体表示的、大于25体积百分比的二氧化碳浓度，以及一个挥发性有机化合物的减小的量，这个量对于每千克所产生的二氧化碳是以碳的mg表示的是小于700mg/kg，该方法包括以下步骤：

a)将该天然碱矿压碎

b)将压碎的天然碱引入到一个煅烧装置中

c)在该煅烧装置中将压碎的天然碱进行煅烧

d)从该煅烧装置中收集煅烧的天然碱

e)从煅烧装置中收集通过天然碱矿煅烧所产生的气体，从而组成生产的气体

其中所述煅烧装置是一个伴有间接加热的旋转滚筒。

在本发明的一个第一实施方案中，其中步骤c)是在旋转滚筒中的一种环境气体的存在下进行的并且进入煅烧装置中的空气是有限的，这样使得该旋转滚筒中的环境气体中的氧浓度是小于或等于6体积百分比、优选小于或等于4体积百分比。

在本发明的一个第二实施方案中，将压碎的天然碱进行煅烧的步骤c)是在低于200℃的温度下进行的。

在本发明的一个第三实施方案中，步骤c)是在该旋转滚筒中的一种环境气体的存在下进行的，该环境气体含有至少50体积百分比的浓度的水蒸汽。

那些不同的实施方案可以将一个与另一个进行组合或者所有的进行组合。

这样获得的气体的增加的纯度使其现在能够用在多种其他应用中。

此外，与其他所引用的天然碱矿煅烧方法相比，根据本发明的方法能够使能量消耗显著下降达30％。

在一个优选实施方案中，将该矿石以低于1.3cm(0.5英寸)或更优选地0.7cm(0.25英寸)的尺寸进行压碎。这种尺寸减小可以用一个辊、一个锤子、或一个冲击式粉碎机来操作。这种粉碎装置可以与一个粒度测量分级器或一个筛选步骤联合以避免非常粗的颗粒被引入到该回旋式间接煅烧炉中。

矿石可以通过选自：磁力分离、静电分离法、浮选法、密度分离法或它们的组合的标准采矿技术来富集化。这种富集化可以在压碎操作的过程中或在将该压碎的矿石引入该煅烧炉之前完成。如果碳酸氢三钠浓度是低的，或如果必须将一种杂质去除以便在所生产的气体或所生产的煅烧的天然碱中产生更低浓度的这种杂质，那么就可以进行这种矿石的富集化或纯化。

然后将这种压碎的矿石引入到一个回转式间接加热煅烧炉中。优选地，该回转式间接加热煅烧炉包括一个装备有间接加热元件的旋转滚筒。

此类间接加热旋转滚筒(针对Solvay法，被频繁使用于苏打灰工业中)针对矿石煅烧不用在天然苏打灰工业中。压碎的天然碱矿比典型的精炼的轻苏打灰或一水合碳酸钠颗粒更粗，导致了更长的停留时间用于煅烧粗粒。矿石入口填塞以及在蒸汽管之间的矿石填塞是一个重要的问题，因为它减少了操作时间。诸多发明已经尝试解决在产品入口处或加热管之间的填塞问题，如US2851792或GB799251，其中干燥的或部分干燥的颗粒固体的部分被再循环到滚筒的输入中。

在本发明中，矿石引入可以是一个简单的入口导槽。在本发明的一个优选实施方案中，压碎的天然碱进料是用一个装置来操作的，该装置限制了空气进入该煅烧炉。

本发明的间接加热的旋转滚筒通常是在部分真空下进行操作的，以便避免灰尘通过该煅烧装置的固体或气体入口或出口并且还通过该旋转滚筒的静止零件与旋转零件之间的边缘散布到该旋转滚筒的环境中。旋转滚筒中的部分真空通常是通过将一个风扇放在所收集的产生的气体回路下游来进行的。相对于周围压力的部分真空总体上是小于1000帕斯卡、优选小于500帕斯卡、并且最优选小于100帕斯卡。部分真空越大，进入该煅烧装置中的空气越多。

在本发明中，被引入到该煅烧装置中的空气的量是为使得所生产的煅烧的天然碱气体具有的二氧化碳浓度是以干气体表示的、大于25体积％。被引入到该煅烧装置中的空气的量可以被进一步限制，从而获得以下的二氧化碳浓度(以干燥气体表示)：大于40体积％、优选大于60体积％、并且最优选大于80体积％。

我们已经出人意料地发现，当限制最大的煅烧温度、使用一个间接加热旋转滚筒煅烧装置、并且伴随地限制煅烧装置中的空气引入时，与已知的技术相比，挥发性有机化合物的量被减小了。这使得回收所产生的CO₂以及它的后续使用，能够例如用于生产具有良好纯度的碳酸氢钠，如药品级的以及食品级的。

在本发明的变体实施方案中，被引入到该煅烧装置中的空气的量是受限的使得所生产的煅烧的天然碱气体在湿气体中具有的水蒸汽浓度为大于50体积％、优选大于60体积％并且最优选大于70体积％。

限制了空气进入煅烧炉中的该压碎的天然碱进料装置可以是一个旋转阀或一个螺杆，或者那两种装置的联合。

在一个优选的实施方案中，该压碎的天然碱进料装置是一个螺杆并且该螺杆的压碎的天然碱出口是位于该回转式煅烧装置的加热组段中。以此方式，冷却的压碎的天然碱落到一种已经加热的产品上。如果这种压碎的天然碱落到该旋转滚筒的一个组段(其中间接加热元件是存在的)与已经加热的压碎的天然碱上，那么这可以进行。图1展示了这种构型之一。

该引入装置可以有利地装备有一个局部加热系统，该系统能够升高与煅烧气体气氛相接触的设备外壁的温度。具体地，该设备外壁的温度被加热到该煅烧炉气氛的露点温度以上。这避免了该引入装置被引起结硬皮的冷凝物覆盖，并且避免了该压碎的天然碱出口的填塞。有利地是，该设备外壁的温度是高于约70℃，并且优选高于约80℃。这种设备外壁的温度总体上是低于约100℃、优选低于约95℃。

在本发明的一个实施方案中，该压碎的天然碱可以在它引入到该煅烧装置中之前被预先加热。这种预先加热还使该压碎的天然碱的温度升高到该煅烧炉气氛的露点温度以上。在这种情况下，被加热的天然碱的温度是高于约70℃，或优选高于约80℃。被加热的天然碱的温度总体上是低于约100℃、优选低于约95℃。

可以用已经是热的压碎的天然碱的一个再循环回路来实现该压碎的天然碱的预先加热；它还可以通过一个预先加热设备使用红外、微波、或热气体注入在压碎的天然碱导槽之内或压碎的天然碱引入装置之内来完成，例如在图1中提到的干气体入口中。

该煅烧炉装置的间接加热可以由滚筒的外壁带来(如果它是外部加热的话)。该煅烧炉装置的这种间接加热还可以由内部加热元件带来，如由一个热流体加热的钢管。该热流体可以是一种热的液体如油、或一种热的气体如水蒸汽。

在一个优选实施方案中，这种间接加热是用一种热流体来进行的，该热流体处于的温度是低于或等于260℃、更优选低于或等于250℃、并且最优选低于240℃。这种间接加热优选是用一种热流体来进行的，该热流体处于的温度是至少等于150℃、更优选至少等于180℃、并且最优选至少等于210℃。

在那个优选的实施方案中，这些加热元件可以是由加压的水蒸汽加热的钢管。这些钢管可以是平滑的管或在外部成形有一个外壁，该外壁增加了外表面，如带鳍的管、带沟槽的管或以其他方式机器加工的管。当使用带鳍的管时，焊接的螺旋条纹是足够厚的以带来机械阻力，并且将该螺旋状条纹的节距离选择为较粗的天然碱粒度的至少三倍，从而避免产品在条纹中的填塞。

这些管可以安排在管束中。在该滚筒的内壁与这些管的外壁之间的最小距离将是较粗的天然碱粒度的三倍从而避免粗粒的填塞。同样在两个相邻的管的管表面的外壁或最外点之间的最小距离将是较粗的天然碱粒度的三倍以避免粗颗粒被填塞在两个管之间。

当通过放置在旋转滚筒中的蒸汽管来提供加热时，该蒸汽管限定了该旋转滚筒的蒸汽管段，这种压碎的天然碱矿被有利地引入到该旋转滚筒的蒸汽管段的内部。这使得能够快速加热该矿石并且避免了滚筒的入口处的黏性固体堵塞。的确，在本发明中已观察到，当压碎的天然碱处于15℃与40℃之间的温度并且被直接引入到蒸汽管段之前的旋转滚筒之内时，这些压碎的天然碱颗粒形成像一种糊剂的黏性颗粒堵塞，这种糊剂在几个小时之内塞住了该旋转滚筒的相应组段。例如对于图1中所示的这样一个引入螺杆而言，当该压碎的天然碱矿被引入到该旋转滚筒的蒸汽管段内部时，这个问题就解决了并且该旋转滚筒可以操作大于500小时而没有任何观察到的问题。

在本发明的优选实施方案的另一个有利模式中，这些蒸汽管是通过用一个电和蒸汽联产动力设备所生产的蒸汽来加热的。

该旋转滚筒可以使它的轴轻微倾斜到水平，例如具有0.10％至4.0％数量级的斜率。使该滚筒经历缓慢旋转，该缓慢旋转将滚筒中的粒度分布均匀化，并且恢复了与加热元件的颗粒接触。这些天然碱矿颗粒达到了其的一个温度，这个温度稍微高于倍半碳酸盐转化成碳酸钠的温度，例如从2℃至40℃更高的温度。这种旋转运动允许了煅烧的天然碱颗粒渐进地到达该滚筒的端部，在这里它们被去除。

该旋转滚筒的内表面可以在滚筒的这些组段的一部分中装备有多个上升的螺齿以便改进颗粒混合以及固体颗粒下游的运动。

如果在煅烧的产品中希望最小量的碳酸氢三钠含量，那么就必须调节适合的加热元件的表面以及加热流体的温度从而达到煅烧的天然碱的最低的终点温度。例如为了具有小于1重量％的未煅烧的碳酸氢三钠，必须将固体的适合的结束温度调节到130℃与180℃之间、更有利地在150℃与170℃之间。

为了确保该滚筒内颗粒的必要的停留时间，该旋转滚筒的下游端部可以在其出口处装备有一个与滚筒轴线同心的隔膜盘，它确保了一定水平的颗粒在旋转滚筒之内。

通过已知的技术将天然碱颗粒的产生的气体从煅烧炉中去除，例如通过在轻微真空下泵送该气体。该滚筒气体出口通常装备了一个倾析室或一个除尘旋流器装置从而使得大部分的颗粒能够被回收在煅烧的天然碱出口内。与湿的天然碱煅烧气体接触的管和装置被维持在高于露点温度的温度下，从而避免水蒸汽凝结在管或设备的壁上。这可以用管和设备隔离来实现。或者如果这些设备被暴露于冷却器的温度中，那么它们就可以在多个管的外壁与隔离层之间装备有已知的加热跟踪装置。

与所产生的气体中氧的低浓度相关联的挥发性有机化合物的特别低的含量使更加确保电气装置在纯化、输送以及使用该气体中的用途。

通过该方法的以上提到的步骤与该煅烧装置的以上特征的联合，已发现该煅烧的天然碱气体具有比用已经存在的设备生产的天然碱气体特别更高品质的组成。

虽然不希望受到理论解释的约束，诸位发明人相信，煅烧气氛的低氧含量、煅烧的温和温度、加热元件的相对低温、以及煅烧滚筒中的油页岩的受控制的停留时间的联合使能够达到低的挥发性有机化合物的浓度。

优选地，被引入到如本方法所述的煅烧装置中的空气的量是为使得所生产的煅烧的天然碱气体具有以干气体表示的、大于25体积％的二氧化碳浓度，以及一个挥发性有机化合物的量，这个量对于每千克从天然碱矿产生的二氧化碳是小于650mg。在煅烧装置中的空气的量可以被进一步降低，从而使得所生产的煅烧的天然碱气体具有以干气体表示的、大于40体积％的二氧化碳浓度，以及一个挥发性有机化合物的量，这个量对于每千克所产生的二氧化碳是小于550mg。优选地，在煅烧装置中空气的量被降低，从而使得所生产的煅烧的天然碱气体具有以干气体表示的、大于60体积％的二氧化碳浓度，以及一个挥发性有机化合物的量，这个量对于每千克所产生的二氧化碳是小于450mg。并且最优选地，在煅烧装置中空气的量被降低，从而使得所生产的煅烧的天然碱气体具有以干气体表示的、大于80体积％的二氧化碳浓度，以及一个挥发性有机化合物的量，这个量对于每千克天然碱矿是小于350mg。

在本发明的一个最优选的实施方案中，生产了一种气体，这种气体具有以干气体表示的、大于80体积百分比的二氧化碳浓度，以及一个挥发性有机化合物的量，这个量对于每千克所产生的二氧化碳是以碳的mg来表示的是小于350mg/kg，该方法包括以下步骤：

a)将包含大于约90％碳酸氢三钠的天然碱矿以低于0.7cm(0.25英寸)的尺寸来压碎。

b)将压碎的天然碱引入到装备有多个间接加热管的一个旋转滚筒中，这些间接加热管被进料有20巴与33巴之间的加压的水蒸汽，

c)将压碎的天然碱在煅烧装置中进行煅烧，设置该回转式煅烧炉的进料速率这样使得从该煅烧炉中取回的煅烧的天然碱具有的最终温度在150℃与170℃之间，并且在该旋转滚筒中设置部分真空这样使得在煅烧的过程中存在于旋转滚筒中的湿气体中的氧浓度是小于4体积％，

d)从该煅烧装置中收集煅烧的天然碱，

e)从旋转滚筒中收集通过天然碱矿煅烧所产生的气体，从而组成所生产的气体。

在一个变体实施方案中，在步骤e)收集的气体通过以下步骤进一步处理：

f)将固体颗粒部分去除

g)将在步骤e)或f)中收集的气体的水蒸汽部分去除。

固体颗粒的去除部分可以例如用静电除尘器或用袋式过滤器来进行。这些设备的表面温度被维持在高于气体的露点温度的值下。然后可以将该煅烧的气体用已知的技术进行冷却，如气体洗涤器或板式蒸汽冷凝器，从而去除含水的气体部分的并且能够压缩和运输该气体。

在另一个变体实施方案中，将选自干燥、浓缩、纯化、气味去除、二氧化碳液化及其组合中的一个或多个步骤来进一步处理从步骤g)提取的气体。

将气体进行干燥的已知技术的实例是：将其冷却一个低温、或使它通过一种活性氧化铝、铁矾土、或硅胶干燥剂(它们通过加热而再生)、或将它洗涤到浓缩的硫酸中，如Reich方法。将该气体进行浓缩的已知技术的实例是胺浓缩技术，如Girbotol法回收装置。气味去除纯化的实例是活性炭过滤如Backus方法，或洗涤气体到铬酸钾或高锰酸钾中以去除痕量的有机物和硫化氢。

然后可以将纯化的二氧化碳进一步冷却并压缩以获得液态的或固化的二氧化碳(如果希望的话)。

在本发明的那最后两个的变体实施方案的一种有利模式中，将所得到的气体用于碳酸氢钠生产。

因此，本发明还涉及了使用所生产的气体用于碳酸氢钠的生产。

本发明还涉及了通过本发明的方法可得到的气体。

呈现了以下实例来进一步说明本发明的方法。

实例1

间接加热用油加热的回转式煅烧炉。

氧化气氛对挥发性有机化合物的影响。

将一个0.5升体积的实验室硼硅玻璃烧瓶装在一个旋转斧上。将它引入到在200℃下加热的一个热油浴中，从而覆盖该玻璃烧瓶表面的一半。

使用一个旋转引擎以便当引入被压碎的天然碱时在该玻璃烧瓶的内部获得滚动质量的固体。

将一种气体载体注入到该玻璃烧瓶之内并且然后将其泵出以便分析流路中所产生的挥发性有机化合物的量。使用在180℃下的一个热踪迹线到达一个校准的火焰电离分析仪(FlameIonizationAnalyzer)中，用于测量流路上的挥发性有机化合物(VOC)的量，通过连续的监测。根据EN13526标准来完成测量方案。在产品的整个煅烧过程中将VOC量整合以给出在煅烧的过程中所产生的总的VOC。它们被表示为碳的量并且被报告到被引入烧瓶中的初始天然碱的量中。

将400克0.3mm尺寸切片以下的压碎的天然碱样品划分为每个样品200克。200克被划分的压碎的天然碱被用于每个试验。将这些样品在煅烧之后进行化学分析以便检查煅烧。

试验1.a：以250升/小时的速率注入的载体气体是氮气(N₂)：非氧化气体，相应于小于1％vol的氧浓度。

试验1.b：以250升/小时的速率注入的载体气体是空气，它相应于煅烧的过程中14+/-4％(基于湿气体)的氧浓度。

表2

试验1.b(用空气)在旋转的玻璃烧瓶中重复了更长的停留时间，为70分钟而不是33分钟。在试验操作中产生的总的VOC量是24mgC/kg天然碱，接近于以前得到的25mgC/kg天然碱的VOC值。

实例2

间接加热回转式煅烧炉。

在这个实例中，使用了一个回转式煅烧炉装置。它的主要特征是：0.4米直径，3.2米长，由不锈钢制成，内部装备有十二个2.8长的光滑蒸汽管并且每个直径是48mm；蒸汽管进料有处于20巴、33巴或40巴的加压的蒸汽以加热该煅烧炉。将该煅烧炉用小于0.7mm(1/4英寸)的压碎的天然碱连续地进料，从而确立一个永久的方案并且在周的挤出上连续运转。监测这种压碎的天然碱流速进料该回转式煅烧炉。针对各个操作条件来调整压碎的天然碱的进料速率以便在该煅烧炉出口处具有小于1重量％的未煅烧的倍半碳酸盐。限制空气进入以便获得大于25体积％(基于干气体计)的二氧化碳浓度、以及小于5.9体积％的氧浓度(基于湿气体)。在所产生的气体中的相应的水蒸汽浓度是61+/-3体积％。将回转式煅烧炉中产生的气体泵出，并且由一个校准的质量流速计连续监测，同时还有气体压力和气体温度的监测。使用一个加热的等速采样组列(高于150℃)来连续地对通过天然碱煅烧所产生的气体进行采样。根据EN13526标准，在一个小时内在一个校准的火焰电离分析仪上对所采样的气体的VOC(＝总的烃化合物)浓度连续进行监测。在一个小时内总的烃的平均值被认为是所产生的VOC的量，这个量被乘以该回转式煅烧炉所产生的总的气体流速。对于在同一时间内正在进入的压碎的天然碱的质量流动、并且对于等效产生的二氧化碳报告这个量。

表3给出了对于各个运行试验在若干操作条件下通过天然碱煅烧释放出的VOC。

表3

在试验条件下，被报告到天然碱中的释放出的总的VOC是在3mgC/kg与28mgC/kg天然碱之间，对应于33mgC/kgCO₂至310mgC/kg的CO₂。

在三个月的工作之后，将这些加热管进行清洗并且在它们的表面没有发现硬皮。

实例3(相反的实例)

工业的直接烧制的回转式煅烧炉。

在此实例中，使用如在NaturalSodaAsh，D.E.Garett，EdVanNostrandReinholdeditor，NewYork，1992，Chapter8Productionpp272-273中描述的直接烧制的回转式煅烧炉并且通过用煤生火或天然气生火(通过外部的生火箱)进行操作。将这些煅烧炉并行操作：将热的气体引入到与天然碱压碎的矿石引入的同一端部。对操作条件进行选择以便在煅烧的天然碱中获得小于1％的残留的碳酸氢三钠。

将一个取样组列用于如在怀俄明州许可N°CT-1347中定义的煅烧炉烟道测试位置中。使用环保局(EnvironmentProtectionAgency)方法25A来确定通过校准的火焰电离分析仪测量的总的烃类(VOC)的浓度。VOC浓度到质量流速、体积气体流速的转化是在该来源下确定的。对于贯穿固定源的样品和速度，确定烟道气速度、以及体积流速类型SPitot管、用于确定分子量的气体分析、确定烟道气体中的湿气含量、使用火焰电离分析仪确定总的气态有机物浓度，使用了如在40CFRPart60、AppendixA和40CFRPart51、AppendixM中描述的方法(方法1、2、3、4、25A)。进行了三次60分钟的测试运行并且取得了平均值以计算报告到煅烧炉进料速率中的排放的VOC。三次测量的标准偏差是低于平均测量的+/-17％。

实例3.a：直接用煤生火加热的煅烧炉，14.5英尺直径，110英尺长，每小时以120t的小于0.7mm(1/4英寸)的压碎的天然碱进行进料。

气体中所产生的VOC：210mgC/kg天然碱，相应于2320mgC/kg从天然碱矿所产生的CO₂。

实例3.b：用天然气生火加热的煅烧炉，18.5英尺直径，120英尺长，每小时以230t的小于0.7mm(1/4英寸)的压碎的天然碱进行进料。

二氧化碳浓度是12.4体积％(基于干气体)，氧浓度是7体积％(基于湿气体)，并且水蒸汽是32体积％。

气体中产生的VOC是85mgC/kg天然碱，相应于940mgC/kg所产生的CO₂。

与实例3的现存的直接烧制的煅烧炉的值(940mgC/kg至2320mgC/kg天然碱)相比，根据所描述的本发明在实例1和2中产生的有机物的值(33mgC/kg至310mgC/kg的所产生的CO₂)展示了使用本发明的降低挥发性有机化合物的效率。

Claims (16)

1.一种用于从天然碱矿中生产气体的方法，所述气体具有以干气体表示的、大于25体积百分比的二氧化碳浓度，以及量值小于700mg/千克所生产的二氧化碳的挥发性有机化合物，所述方法包括以下步骤：

a)将所述天然碱矿压碎，

b)将压碎的天然碱矿引入到煅烧装置中，

c)在所述煅烧装置中将所述压碎的天然碱矿进行煅烧，

d)从所述煅烧装置中收集所述煅烧的天然碱矿，

e)从煅烧装置中收集通过所述天然碱矿煅烧所产生的气体，从而构成所述生产的气体，

其中所述煅烧装置是伴有间接加热的旋转滚筒，并且将所述压碎的天然碱矿进行煅烧的步骤c)是在低于200℃的温度下进行的，其中步骤c)是在所述旋转滚筒中的环境气体的存在下进行的，并且其中限制进入煅烧装置中的空气，使得所述旋转滚筒中的所述环境气体中氧浓度小于或等于6体积百分比；以及其中加热是由设置在所述旋转滚筒中的蒸汽管来提供的，所述蒸汽管限定所述旋转滚筒的蒸汽管段，并且其中所述压碎的天然碱矿被引入到所述旋转滚筒的蒸汽管段的内部。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生产的气体具有以干气体表示的大于40体积百分比的二氧化碳浓度，以及量值小于550mg/千克所生产的二氧化碳的挥发性有机化合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述生产的气体具有以干气体表示的大于60体积百分比的二氧化碳浓度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述生产的气体具有以干气体表示的大于80体积百分比的二氧化碳浓度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述生产的气体具有量值小于450mg/千克所生产的二氧化碳的挥发性有机化合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述生产的气体具有量值小于350mg/千克所生产的二氧化碳的挥发性有机化合物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在步骤c)中，使得所述旋转滚筒中的所述环境气体中氧浓度小于或等于4体积百分比。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中步骤c)是在所述旋转滚筒中的含有至少50体积百分比浓度的水蒸汽的环境气体的存在下进行的。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述间接加热是用温度为至少等于150℃并且低于或等于260℃的流体来进行的。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述压碎的天然碱矿在被引入到所述煅烧装置中之前在高于70℃的温度下预热。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中利用装置将该压碎的天然碱矿引入到所述旋转滚筒中，所述装置的外表面被加热到高于70℃。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，另外包括以下步骤：

f)去除从步骤e)中收集的气体的固体颗粒部分，

g)去除从步骤e)或f)中收集的气体的水蒸汽部分，

h)任选地用选自纯化、浓缩、二氧化碳液化及其组合中的一个或多个步骤来进一步加工从步骤g)提取的气体。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述收集的气体用于碳酸氢钠的生产。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中步骤d)的煅烧后的天然碱矿进一步加工成碳酸钠。

15.根据权利要求1所述的方法，其中通过利用电与蒸汽联产发电设备所生产的蒸汽来加热蒸汽管。

16.通过根据权利要求1至15中任一项所述的方法获得的气体用于碳酸氢钠生产的用途。