CN103232178A - 一种高浓度回收水泥生产过程中co2气体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，所述方法利用O2/水蒸汽/CO2混合气或O2/CO2混合气替代空气，作为燃烧助剂从水泥窑炉尾部通入水泥窑炉，该混合气不仅冷却了在水泥窑炉内煅烧出来的熟料，而且混合气在经过热分解器燃烧及多级换热器后，形成主要成分为CO2和水蒸汽的高温烟气，从而方便回收获得高浓度CO2。本发明所述的高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，工作效率高，环境污染小，回收的CO2气体浓度可以达到95%，具有良好的节能减排效果。

Description

一种高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法
技术领域
本发明涉及水泥生产技术领域，特别是一种用于高浓度地回收水泥制造过程中燃料燃烧产生的CO2气体和水泥原料热解煅烧时产生的CO2气体的方法。
背景技术
CO2被认为是造成地球温暖化的主要气体之一。在我国，电力、钢铁、石油、化工和建材是能源和污染物排放最多的工业部门，而在建材产业中，水泥生产所造成的CO2排放就占全国CO2排放总量的18-22％。因此，水泥生产过程CO2减排具有重要的意义。水泥生产过程CO2排放仍然以原料分解、燃料燃烧和电力消耗为主排放源，三者的总排放量约占水泥生产排放量的75％。水泥窑尾气成分复杂且CO2浓度偏低，通常为10-15%，其它组分有N2、O2、SO2、NOx等，其中绝大多数是来自燃烧空气中的N2。可采取的减少水泥生产过程CO2向大气排放的措施，一方面优化生产工艺过程，使用替代燃料，但更重要的一方面是回收水泥生产过程产生的CO2。中国专利200610092071.4公开了一种利用水泥窑尾气制备食品级液体二氧化碳的方法，利用钾碱复合活化溶液吸收水泥窑尾气中的10-15%浓度的CO2，再升温解吸、分离出高浓度CO2，但由于尾气中的CO2浓度太低，回收成本很高。日本三菱综合材料株式会社在中国申请的PCT专利200980116294.1公开了一种水泥制造设备中的CO2气体的回收方法及回收设备， 采取的方法包括下述几种：（1）将煅烧前的水泥原料在过热炉中过热至煅烧温度以上后，在混合煅烧炉中与新的煅烧前的水泥原料进行混合；（2）将煅烧前的水泥原料与从水泥窑排出的高温的水泥熟料的一部分在混合煅烧炉中进行混合；以及（3）使用外热式煅烧炉。这是从改进水泥生产工艺角度来有效地活用水泥制造设备中的热源来达到高浓度地回收CO2的目的。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，解决了如何在尾气排放末端直接回收高浓度CO2气体的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，包含如下步骤：将O2/水蒸汽/CO2混合气或O2/CO2混合气从水泥窑炉尾部通入水泥窑炉，并使水泥窑炉内的燃料燃烧; 将水泥窑炉内的水泥原料煅烧生成熟料，煅烧温度为1400-1800℃；将所述熟料向所述水泥窑炉尾部移动，使其与通入的混合气接触，预热所述混合气，同时使所述熟料冷却后从水泥窑炉尾部或底部排出；将预热后的混合气部分通入热分解器，并加入燃料燃烧，使经多级换热器后进入热分解器的生料进行热分解，形成含CO2的高温烟气和水泥原料；所述水泥原料进入水泥窑炉煅烧生成熟料；将高温烟气向上流动通过多级换热器；将生料通过多级换热器向下流动，使生料被高温烟气预热；将经过多级换热器的高温烟气通过冷却器，使高温烟气中的水蒸气形成液态水而被分离，回收获得高浓度CO2气体。
进一步的，所述O2/水蒸汽/CO2混合气中的水蒸汽体积百分比为20～60%。
进一步的，所述水泥窑炉为卧式或立式窑炉。
进一步的，所述高温烟气中水蒸汽体积百分比为20-60%。
进一步的，所述多级换热器为四级换热器。
进一步的，所述多级换热器和所述冷却器之间设置有高温引风机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
通过将从水泥窑炉尾部通入水泥窑炉的气体改用O2/水蒸汽/CO2混合气或O2/CO2混合气，不仅有效冷却了在水泥窑炉内煅烧出来的熟料，而且该混合气在经过热分解器燃烧及多级换热器后，形成主要成分为CO2和水蒸汽高温烟气，从而方便回收获得高浓度CO2。本发明所述的高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，工作效率高，环境污染小，回收的CO2气体浓度可以达到95%，具有良好的节能减排效果。
附图说明
图1为本发明具体实施例回收方法流程示意图。
图2为本发明具体实施例工艺流程图。
图3为本发明具体实施例的换热器工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
结合图1和图2所示，一种高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，包含如下步骤：步骤S11：将O2/水蒸汽/CO2混合气或O2/CO2混合气G从水泥窑炉R1尾部通入水泥窑炉R1，使水泥窑炉R1内的燃料在高CO2浓度下的富氧燃烧。该气氛下，燃烧产生的烟气组分基本上为二氧化碳和水蒸汽，不含有N2气。
步骤S12：将水泥窑炉R1内的水泥原料煅烧生成熟料。水泥窑炉R1内燃烧产生的高温1400-1800℃，在此高温环境下，水泥窑炉R1内的水泥原料被煅烧成熟料。
步骤S13：将所述熟料向所述水泥窑炉R1尾部移动，使其与通入的O2/水蒸汽/CO2混合气或O2/CO2混合气G接触。利用熟料所带的热量与混合气G进行热量交换，使得在冷却熟料的同时预热了混合气G。熟料在冷却后，从水泥窑炉R1尾部或底部的排出口2排出。所述水泥窑炉R1为回转式卧式或立式窑炉，当为卧式时采取头高尾低放置，使得其旋转过程中，内部的熟料慢慢向尾部移动，最终从尾部或底部的排出口2排出。由于混合气G采用逆向通入水泥窑炉R1内，使得熟料在排出水泥窑炉R1时，不会带出废气，具有良好的环保效果。
步骤S14：预热后的混合气G除了通入水泥窑炉R1外，还一部分通入热分解器R2。同时向热分解器R2中加入燃料（也就是热分解器R2设有燃料添加口5，通过燃料添加口5可以向其加入燃料），使燃料在高CO2浓度下进行富氧燃烧。燃烧产生的高温将热分解器R2内的生料进行热分解，形成含CO2的高温烟气和水泥原料。所述生料是经过多级换热器（本实施例中采用四级，即C1-C4）换热、分散后进入热分解器R2的。所述高温烟气中水蒸汽体积百分比为20-60%。
步骤S15：所述水泥原料进入水泥窑炉R1煅烧生成熟料，然后排出；同时，所述高温烟气向上流动通过多级换热器C4至C1，与至上而下的生料1进行换热，并将其分散。也即，将生料1分散、预热。所述生料1部分经换热器C4进入水泥窑炉R1中。
步骤S16：将从最后一级换热器C1出来的高温烟气直接通入冷却器R4，在冷却器R4内进行冷却，使高温烟气中的水蒸气形成液态水，从冷却器R4底部出口4流出而分离；高温烟气中的CO2则从冷却器顶部出口3被回收，从而获得高浓度CO2气体。在换热器C1与冷却器R4之间装有高温引风机R3，用于将混合气G向上抽引，最后进入冷却器R4再排出。
上述所述的生料1包括石灰质、粘土、铁（铝）等用于制作水泥的原材料经过一定配比，并粉磨、均化得到的配料。其中，石灰质是石灰石、泥灰岩、白垩或工业废渣（如电石渣、白泥等）中的至少一种；粘土则是黄土、页岩、粉砂岩、河泥、粉煤灰、煤矸石等中的至少一种。
 
图3为换热器的工作示意图。如图3所示，所述换热器包括下一级上升管道31、上一级下料管道32、旋风筒36、下料管道34、上升管道35，当物料W（也即生料）从上一级下料管道32落下，与从下一级上升管道31上来的气体Q（也即高温烟气）相遇，并被上升气体Q吹入旋风筒36；在气体Q与物料W相遇至进入旋风筒36前，物料W被气体Q分散，并与气体Q进行热交换。由于气体Q的作用，当物料W进入旋风筒36后，物料W在旋风筒36内旋转并分离，通过下料管道34落入下一级换热器中；而气体Q则从旋风筒36顶部的上升管道35流出，进入上一级上升管道。物料W在每一级换热器中换热后，由于温度的升高，会逐渐发生热分解及热反应，使其最后进入水泥窑炉进行煅烧时，节省了煅烧时间，能够快速煅烧形成熟料，有效提高了熟料的制备效率。
本发明实施例所述的一种高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，通过将从水泥窑炉尾部通入水泥窑炉的气体改用O2/水蒸汽/CO2混合气或O2/CO2混合气，不仅有效冷却了在水泥窑炉内煅烧出来的熟料，而且该混合气在经过热分解器燃烧及多级换热器后，形成主要成分为CO2和水蒸汽高温烟气，从而方便回收获得高浓度CO2。本发明所述的高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，工作效率高，环境污染小，回收的CO2气体浓度可以达到95%，具有良好的节能减排效果。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种高浓度回收水泥生产过程中CO2气体的方法，其特征在于，包含如下步骤：
将O2/水蒸汽/CO2混合气或O2/CO2混合气从水泥窑炉尾部通入水泥窑炉，并使水泥窑炉内的燃料燃烧; 
将水泥窑炉内的水泥原料煅烧生成熟料，煅烧温度为1400-1800℃；
将所述熟料向所述水泥窑炉尾部移动，使其与通入的混合气接触，预热所述混合气，同时使所述熟料冷却后从水泥窑炉尾部或底部排出；
将预热后的混合气部分通入热分解器，并加入燃料燃烧，使经多级换热器后进入热分解器的生料进行热分解，形成含CO2的高温烟气和水泥原料；
所述水泥原料进入水泥窑炉；所述高温烟气向上流动通过多级换热器，使其对至上向下流动的生料进行预热、分散；
将经过多级换热器的高温烟气通入冷却器，使高温烟气中的水蒸气形成液态水而被分离，回收获得高浓度CO2气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述O2/水蒸汽/CO2混合气中的水蒸汽体积百分比为20～60%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水泥窑炉为卧式或立式窑炉。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温烟气中水蒸汽体积百分比为20-60%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多级换热器为四级换热器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多级换热器和所述冷却器之间设置有高温引风机。
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