CN114853369A - 用于生产煅烧产品的煅烧化合物的制备方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于由原料生产高度煅烧且煅烧均匀的产品的方法。该方法包括以下步骤：将所述原料研磨成粉末；对所述粉末进行预热；在反应器设备中煅烧所述粉末，所述反应器设备包括多个反应器区段，其中，在每个顺序的反应器区段中使用快速煅烧器以通过在每个区段中升高温度来使所述粉末逐渐反应。最后区段是高温反应器，所述高温反应器具有受控的停留时间和温度，所述受控的停留时间和温度能够使煅烧过程受控完成，以获得所需的煅烧和烧结程度的产品；以及对所述产品进行冷却。
Description
本申请是2015年11月11日递交的申请号为201580062367.9，发明名称为“用于生产煅烧产品的煅烧化合物的制备方法和装置”的分案申请。
技术领域
本发明广泛地涉及一种用于制备煅烧矿物的方法、系统和装置。本发明可具有制备或生产用于镁生产的煅烧白云石的特定应用，其适用于促进碳捕获；以及具有由煅烧过程来普遍生产材料的特定应用，该煅烧过程需要高规格程度的煅烧程度和/或烧结程度。
背景技术
镁金属生产可通过电解方法由氯化镁(该氯化镁被电解形成镁金属)来生成，或者利用硅热还原方法以由煅烧白云石还原镁。电解方法由于电力消耗而是操作成本高昂的，并且已经被硅热方法所替代。
硅热方法具有三个阶段。在煅烧阶段中，将白云石矿物(MgCO3)x.(CaCO3)y.(Mg(OH)2)z煅烧成煅烧白云石(MgO)x+z(CaO)y。矿物是水镁石Mg((OH)2、菱镁矿和白云石MgCO3.CaCO3的复合物，并且可包含诸如二氧化硅和铁氧化物的杂质。可通过将矿物共混来优化该过程中输入流的组成。该过程产生大量的不可避免的二氧化碳CO2以及蒸汽H2O。在硅热阶段中，研磨煅烧白云石并且将其与还原剂(通常是铁硅合金)相混合以形成块状物(briquette)，以使煅烧白云石颗粒和铁硅合金相接触，并且该在高温和低压下在反应器中处理该块状物以产生镁金属蒸气以及硅酸钙和铁的矿渣。使镁金属蒸气在反应器中冷凝成固体，并且进行冷却以在该反应器中形成固体金属。打开该反应器，取出镁包壳，并且对该镁包壳进行处理以在第三阶段中形成锭块。
对于硅热阶段，存在四种工业过程，即PidgeonTM过程、BalzanoTM过程、MagnathermTM过程以及MintekTM过程。
MintekTM过程是连续过程，其中，将进料分别引入到熔炉中；而其它过程则是间歇过程，其中，研磨过的进料是通过压制粉末形成的块状物。PidgeonTM过程和BalzanoTM过程是基于在约1100℃至1200℃下的固态反应，而MagnathermTM过程和MintekTM过程是在1550℃至1750℃下的液相反应，并且为了实现熔融，这些过程包括铝氧化物或铝的加入。PidgeonTM过程使用不锈钢蒸馏罐(retort)，其可通过电力或燃烧来加热，而其它过程利用电加热。在固态反应中，块状化过程对于固态处理是必需的。该过程使煅烧白云石和铁硅合金的反应物进行紧密的物理接触以能够发生反应，其中，煅烧白云石和铁硅合金各自处于小于100微米直径的粉末形式。在块状物中使用添加剂(诸如氯化钙)以促进熔炉中固体的熔化。镁冷凝成固体发生在熔炉的冷却区段，其通常在真空下进行以降低操作温度。这些过程的变形是在超音速膨胀中使用镁蒸气的快速淬火，以产生固体粉末。
这些硅热过程使用煅烧白云石作为输入物，并且对所有煅烧白云石输入物的要求是相似的，主要是高煅烧程度。本领域技术人员将知晓的是，由于硅热过程通常是低压过程，所以来自该硅热过程的任何气态排放物将是有害的。具体地，在该过程中，煅烧白云石中任何残余碳将被煅烧为CO2，并且CO2可被铁硅合金还原成碳或一氧化碳。该过程消耗铁硅合金，并且碳可随镁一起冷凝。高度可取的是，煅烧白云石的碳含量尽可能少，通常小于0.1％。
对于煅烧阶段，目前的技术是在窑炉中由破碎的岩石来生产煅烧白云石。在窑炉中，来自碳酸盐煅烧的CO2与来自燃烧的热气体混合，从而来自该过程的CO2的总量将因混合有来自燃烧的CO2而增多。通常，在燃煤最佳实践的窑炉中，排放的二氧化碳中有60％来自碳酸盐煅烧。本发明公开了一种生产煅烧白云石的方法，其中，显著降低了碳酸盐排放物。
所有镁生产工艺的共同特征是它们的能量强度以及相关的高二氧化碳排放。例如，目前世界上大多数的镁是利用Pidgeon工艺来生产的，其中，由煤气化来产生用于煅烧白云石熔炉以及硅热处理的热量。据报道，镁的全球变暖潜势(GWP)为43.3千克二氧化碳/每千克镁金属，而铝锭的平均GWP为12.7千克二氧化碳/每千克铝。根据镁金属的较低重量和较高强度，用镁代替铝是可取的。这就需要将镁生产中的二氧化碳排放尽可能地降低到与铝生产中的二氧化碳排放一样低，或优选低于铝生产中的二氧化碳排放，以使产品具有相当或更低的碳排放量。
通过在煅烧阶段中使用天然气，并且通过使用水力发电来电加热用于硅热处理的熔炉，能够大幅度降低二氧化碳排放。据报道，利用这些替代能源，能够将GWP降低至9.1千克二氧化碳/每千克镁。如果用生物燃料(诸如来自天然产品的木炭)替代天然气，可进一步降低化石燃料的排放。然而，在所有这些过程中，来自白云石煅烧的过程排放物被释放到大气中，并促进温室变暖。
US 4555388公开了利用悬浮煅烧器进行热处理。
GB 2076308公开了对颗粒状浆料的煅烧。
US 4128392公开了在流化床和快速煅烧炉的组合下煅烧白云石或石灰石。
据报道，对在汽车中使用的镁金属生命周期进行分析。该模型基于在标准汽车中使用154kg的镁金属替代318kg的铁、钢和铝。较低的重量意味着来自汽油消耗的二氧化碳排放量的减少。生命周期分析既考虑金属生产中的二氧化碳排放量又考虑来自汽油燃烧的排放量。结果以公里数来表示，该公里数为必须驱动汽车达到源自于重量减少所带来的较低的汽油消耗所产生的排放量减少与和镁所替代的金属相比，镁生产中所导致的排放量增加之间的平衡点。利用煤作为燃料的Pidgeon工艺的平衡距离为约275600 km，而使用天然气和水力发电使该平衡距离减少到约69,500 km1。因此，对过程排放物进行捕获将使得该平衡减少到约12500 km。这是汽车在其生命周期中的总行程的一小部分，所以如果可以防止过程中CO2的排放，则环保效益将是显著的。这就需要减少镁制备中的CO2排放量，以制造实现净减排的轻质金属车辆。
本发明主要涉及降低硅热镁生产工艺的第一阶段，即在煅烧过程中由白云石生产煅烧白云石期间的排放量。如果将水力发电用于该硅热过程，且生物质用作煅烧燃料，则能够在接近零排放下来生产镁金属。此外，如果将水力发电还用于煅烧过程，则可在零排放或基本零排放下来生产镁金属。
在一个实施方式中，本发明公开了这样的方式：通过燃烧燃料，使二氧化碳与白云石矿物煅烧直接分离，使得二氧化碳不会与任何燃烧烟道气和/或空气混合，并且不必进行分离。该流可被压缩且被封存以避免排放。烟道气捕获过程的避免降低了配置这种燃烧后捕获过程的能量和费用。在另一实施方式中，电力也可用于在CO2和/或蒸汽中煅烧白云石。所公开的主要发明是这样的方式：捕获来自将白云石处理成氧化物的CO2气体，同时保持硅热处理所需的白云石的高煅烧程度。
优选的要求是应该处理该煅烧白云石，以产生残余量的结合的CO2，其在镁金属生产中优选小于0.1％，并且其本身是能量有效的，从而使燃料的消耗最小化。
更通常地说，在窑炉中，由破碎的岩石或颗粒来生产高度煅烧的产物由于岩石从外向内发生煅烧的事实上，而导致粉末煅烧程度的宽泛变化。为了实现高度煅烧，在窑炉中的停留时间非常长，在这种情况下，颗粒具有宽的表面积分布，因此由于颗粒的烧结发生在反应区之后，所以反应性发展到岩石或颗粒内。难以实现对烧结和煅烧的控制。原则上，研磨粉末并在快速煅烧器中处理能够解决这些问题。然而，将颗粒注入热燃烧气体的快速煅烧器通常因为每个颗粒经受不同的环境而导致宽泛的煅烧和烧结。使用间接加热的逆流反应器生产均匀处理的材料，从而能够控制表面积和煅烧程度。然而，有限的停留时间使得不能实现高的煅烧程度。本发明旨在提供一种煅烧方法，在该煅烧方法中，能够控制煅烧和烧结的程度。
存在煅烧过程需要特定气态环境的许多方法，例如反应的氧化还原电势需要特定控制气体组成。在这种情况下，不能将固体与热气体混合。需要一种煅烧方法，在该煅烧方法中，能够控制煅烧和烧结的程度以及气体环境。
发明内容
本发明的第一方面可包括适用于生产用于镁金属生产的煅烧白云石的方法、系统、工艺或装置。
优选地，本发明具体旨在提供对镁金属制造的工艺和装置的改进，其可克服常规方法的一些或所有上述缺陷，该改进包括但不限于促进从白云石煅烧阶段捕获二氧化碳，以及生产碳酸盐残余量小的煅烧白云石，适合用于以高的热效率生产镁。
本发明的第一方面可包括：从白云石生产煅烧白云石的方法，该方法包括以下步骤：将白云石粉碎并研磨成粉末，所述粉末具有组成(MgCO3)x.(CaCO3)y.(Mg(OH)2)z；在一系列的煅烧阶段中煅烧该粉末，该一系列的煅烧阶段基本上捕获CO2以产生具有低残留碳含量w的煅烧白云石(MgO)x+z.(CaO)y-w.(CaCO3)w，其满足镁生产的规格。该系列具有：低温下的第一煅烧阶段，其中来自MgCO3的CO2和来自Mg(OH)2的H2O释放到H2O和CO2的气流中，以得到固体半煅烧白云石(MgO)x+z.(CaCO3)y；中等温度下的第二煅烧阶段，其中来自CaCO3的CO2基本释放到CO2的气流中，以得到部分煅烧的煅烧白云石(MgO)x+z.(CaO)y-w(CaCO3)w；和高温下的第三阶段，以生产煅烧白云石(MgO)x+z.(CaO)y-v(CaCO3)v，其中CaCO3中残留的碳v被还原成镁生产所要求的规格。优选地，第一煅烧阶段和第二煅烧阶段中的至少一个阶段是被间接加热的，并且更优选地，第一煅烧阶段和第二煅烧阶段都是被间接加热的。
就碳捕获而言，通过使少量的CO2(w-v)释放能够简化第三捕获反应器的复杂性。在这种情况下，所捕获的碳酸盐碳的相对量为x+y-w，并且在该过程中最终排出的量不大于w。优选的是，w/(x+y)小于5％，从而在该方面中的过程CO2排放减少至少95％。
在使用燃烧气体用于煅烧器加热的另一实施方式中，也可优选的是，抽取所述煅烧白云石、CO2流、炉渣和烟道气流中的热量，并且将其用于对用于燃烧系统的煅烧白云石和空气进行预热。这种热量回收措施可降低燃料消耗，且因此使这种燃料的CO2排放最小化，从而极大地降低了镁金属生产中的整体碳排放量。对于使用电力用于煅烧器能量的实施方式，也可以优选的是，抽取煅烧白云石、CO2和炉渣流中的热量，并且用于对煅烧白云石进行预热。这种热量回收措施可降低燃料消耗，其因此使这种燃料的CO2排放最小化，从而可显著地降低镁金属生产中的整体碳排放量。在用于镁生产的MintekTM液体过程的情况下，可将热的煅烧白云石粉末直接引入反应器，并且可从硅热阶段回收热量，以提高镁生产的整个过程中的热效率。
优选地，可对含二氧化碳的最终过程气流进行冷却和压缩，并且可进行封存，或使用其它方式来避免或减少排放。任选地，可储存该经冷却和压缩的CO2。
在本发明的第二方面中，来自第三煅烧步骤的CO2可以作为纯气体流捕获，使得排放不大于v/(x+y)。
在本发明的第三方面中，第一方面或第二方面的前两个阶段可组合成单个阶段。当应用至第一方面或第二方面时，这一方面对排放没有影响。
在第四方面中，第二方面的所有三个阶段可组合成单个阶段。当应用至第二方面时，这一方面对排放没有影响。
在不同温度下以独立阶段的形式进行处理，存在与过程控制以及可用于构造阶段中的成本和材料性能相关的益处。
虽然镁金属是本发明的一个实例，但还有其它工业过程可受益于顺序处理和烟道气与过程气体流的分离，其它工业方法例如为由氢氧化物、碳酸盐和其它挥发性材料生产催化剂基质、耐火材料。其它这样的过程包括在惰性气氛或还原气氛中处理矿物。在许多这种情况下，最终的高温过程是可能需要相当长的时间来完成的烧结过程或固体反应。本发明第一方面的第三阶段可用于高温过程，并且主要优点是过程的控制，该过程的控制源自于与大气体排放量相关的起始处理步骤与需要颗粒间紧密接触的固体反应的分离。本发明用于这些过程。
优选地，来自烟道气的化石燃料碳排放最优选地通过使用非化石燃料(这种燃料来自于生物质和废弃物)、氢气；或者使用具有低碳排放量的天然气来降低。此外，也可使用碳捕获方法如氧燃料、预燃烧或后燃烧捕获来用于降低来自燃料的碳排放。
本发明的另一方面提供了如权利要求1中所限定的从原料生产高度煅烧且煅烧均匀的产品的方法。
优选地，最后的反应器区段是循环流化床反应器。通过热气体来直接加热优选的循环流化床，并且对废气进行独立于在先前的反应器区段中间接加热的反应器区段的废气的处理。
反应器区段可被构建、形成或安装成塔状形式，在该塔状形式中，反应从顶部进行至底部。
优选地，反应器区段是间接加热的反应器，其配置成使得当材料通过反应器时，可升高反应器中的材料的温度。
优选地，使用惰性气体、还原性气体或任何特定气体来在所述反应器中夹带固体，而不与烟道气混合。
粉末可具有等于或小于100微米的平均直径。
优选的煅烧过程可能导致气体的变化，并且这些气体在每个反应器区段的末端处的导出有助于反应在后续区段中的进行。
优选地，向上导出并且合并气流，从而该气流通过向下流动的反应物而逐渐被冷却。
碳酸盐可为菱镁矿、白云石或石灰石矿物或者它们的混合物，并且还可为合成的碳酸盐化合物。
本发明的另一方面包括如权利要求12所限定的适用于从粉末状原料来生产高度煅烧且煅烧均匀的产品的装置的用途。
碳酸盐可为菱镁矿、白云石或石灰石矿物或者它们的混合物，并且还可为合成的碳酸盐化合物。
本领域技术人员将理解的是，本发明的基础是能够在多个阶段中处理固体而不会使过程气体与热气体混合的煅烧方法。
根据说明书和附图以及权利要求书，将更加清楚本发明的其它形式。
附图说明
根据以下仅以实例方式的书面描述并结合附图，本领域普通技术人员将更好地理解且更加清楚本发明的实施方式，其中：
图1示出了根据第一实施方式，由两个反应器生产煅烧白云石和相对纯的CO2流的方法的示意图。
图2示出了图1示意图的快速煅烧器111的实施方式。
具体实施方式
本发明的第一优选实施方式用于描述利用燃烧过程的间接加热，由白云石生产用于镁生产的煅烧白云石的特定应用。该煅烧产品必须具有：在熔炉(蒸发镁)中所允许的最大碳含量的规格，以及所需的要求，该要求是产品具有尽可能高的表面积以优化熔炉中煅烧白云石与硅铁合金之间的固态反应。这是煅烧产品必须满足反应性和煅烧两者要求的通用方法的具体实例或实施方式。
可借鉴图1的过程流程图来描述煅烧白云石的生产过程。在该实施方式中，碳酸盐是具有适当的镁/钙比的白云石，以硅铁合金优化镁金属的生产。这样的原料可以包括水镁石Mg(OH)2和纯的白云石MgCO3.CaCO3和菱镁矿MgCO3的混合物，以达到所需的比例。所描述的过程可适用于获得相同或相似的产出或结果的装置、方法或系统。
如Dr Mark Sceats在公开的PCT专利申请WO 2012/145802所述，合适的预热器和快速煅烧反应器为可适用于使用燃烧来提供煅烧能量的实施方式的类型。在这样的反应器中，热气体与煅烧过程气体的分离使用热气体的间接加热来实现。这可使用两个流之间的金属壁或陶瓷壁来实现。热气体和过程流是逆向流，从而能量效率高，与具有高能量效率的逆流热交换器具有相同的方式。固体在重力作用下掉落并被过程气体蒸汽夹带，同时热气体升高。由于矿物的停留时间短，产品具有高的表面积，以实现优选的逆流。
通过气体中夹带的固体来确定图2的反应器中的停留时间，并且在反应器中产生的大量CO2使得在该反应器中停留时间不能容易地增加。实际上，在该反应器中的短的停留时间使得煅烧产品中的CO2残留量在2％至5％的范围内。该产品不符合用于生产镁的规格。
在该第一优选实施方式中，反应器包括三个反应器区段，其中低温区段和中间温度区段是基于间接逆流处理，高温“精制(polishing)”反应器是常规的快速煅烧器为典型的常规直接混合反应器。使用两个间接逆流反应器来增加固体的停留时间，这是因为在两个独立的过程中释放CO2。低温过程是在菱镁矿或白云石中煅烧氢氧化镁和碳酸镁，其在750℃以下的范围内进行；而中等温度过程是煅烧碳酸钙，其在800℃至900℃的范围内进行。如果没有除去来自煅烧镁的CO2，那么二氧化碳的分压足够高，使得直到加热的固体的温度达到超过CO2的压力的平衡分压时，即约900℃，才能发生钙位点的反应。然后，迅速发生CO2的释放，并且该过程变得难以控制。最重要的是，使气体夹带固体的两个CO2气流的合并导致固体的停留时间较低。
在该实施方式中，用于生产用于镁生产的煅烧白云石的设备包括：适于将原料研磨成粉末的破碎和研磨设备100；煅烧塔102和CO2处理设备103。煅烧塔是包括以下的结构：预热反应器区段110，在预热反应器区段中，粉末被预热，并且水镁石Mg(OH)2被煅烧成MgO；低温快速煅烧器111，该低温快速煅烧器使用在第一燃烧器112中产生的热气体进行间接加热，在第一燃烧器中，作为菱镁矿MgCO3和白云石MgCO3.CaCO3的矿物组分的碳酸镁被煅烧成氧化镁MgO；第一固气分离器113，在第一固气分离器中，使部分处理的粉末与CO2和蒸汽分离；中等温度快速煅烧器114，该中等温度快速煅烧器使用来自第二燃烧器115的间接加热，在第二燃烧器中，对粉末进行处理以使得来自碳酸镁的任何残余碳酸盐被煅烧，并且使来自白云石的碳酸钙的煅烧基本完全；第二固气分离器116，其中使基本煅烧的粉末与CO2基本分离；高温快速煅烧器117，该高温快速煅烧器使用来自第三燃烧器118的直接加热，在第三燃烧器中，粉末的煅烧程度降低到控制温度和停留时间所要求的规格；以及固体冷却器119，其中对产品进行冷却以用于储存且用于块状体生产。
在破碎和研磨设备100中，对原始白云石岩石200进行破碎和研磨。在该设备100中，使用来自煅烧塔102的烟道气流246和烟道气流247除去水分(图1中未示出)。来自该设备100的废气248被供给到过滤器(未示出)中以除去细粒并排入烟囱或塔102中。将白云石研磨成优选地小于100微米直径、更优选地小于50微米直径的颗粒。将经研磨且基本上干燥的白云石201运送到煅烧塔102，在该煅烧塔中，将白云石201处理成煅烧白云石。
在该过程中，在预热器区段110中，将白云石201加热到约600℃的温度，这标志着煅烧反应的开始，该煅烧反应从矿物粉末中除去碳酸镁MgCO3位点的CO2。在预热期间，矿物粉末中来自水镁石Mg(OH)2的任意过量水分释放出蒸汽。在预热器110，蒸汽夹带有粉末。流202包括蒸汽和部分处理的矿物202(MgCO3)x.(CaCO3)y.(MgO)z。下文描述了预热区段110的细节。将中等加热的流202注入到快速煅烧器区段111中。该快速煅烧器111使用间接加热来确保在煅烧过程中释放的二氧化碳不与用于提供反应能量的热气体混合。合适的快速煅烧器是由Sceats例如在公开的PCT专利申请WO 2012/145802中所描述的类型。在本文的图2中示出了示例性快速煅烧反应器的示意图。当202中的粉末和气体落入反应器111时，它们通过外部施加的加热气流242和244被加热到650℃至750℃的范围内。在该温度下，发生镁的脱碳反应，以产生包含中度处理的粉末半煅烧白云石(MgO)x+z.(CaCO3)y以及CO2气体和蒸汽的废气流203。镁的煅烧基本完全。流203进入第一固气分离器113，其中固体204被分离并流入中等温度快速煅烧器114。将气流排入中心管(图1中未示出)并且在预热器110中进行冷却，其中，中心管将气体作为流213输送到反应器顶部的排气装置。如下所述，该流还包含来自中等温度快速煅烧器114的CO2流211。将来自预热器110的经冷却的CO2流214供给到CO2处理设备103中，在CO2处理设备中，对其进行脱水(产生水流211)，并进行压缩或液化为215以用于封存。在中等快速煅烧器114中，通过外部提供的加热气流241使部分热的半煅烧白云石流203基本上完全煅烧。过程蒸汽205包含煅烧粉末和CO2，并且在第二固气分离器中使该流和那些流分离，以得到基本上煅烧的煅烧白云石流206和CO2流210。将CO2流排入到中心管中，并且以流211的形式排出。粉末206是(MgO)x+z.(CaO)y-v.(CaCO3)v，其中v<<y，并且将该粉末计量到高温快速煅烧器117中，该高温快速煅烧器由来自第三燃烧器118的热气体240来直接加热。在该反应器117中，将过量的碳酸盐从v降低到w，得到(MgO)x+z.(CaO)y-w.(CaCO3)w，其中w足够低以使产品207达到规格。将v-w CO2与热气体混合成流243，并在预热器对其进行冷却，以得到用于对经研磨的白云石进行干燥的流244。该反应器117的设计是在其中产物和废气的温度可超过1200℃的流化床。对停留时间和温度进行控制，以获得所需程度的残余碳酸盐w。由于煅烧残余CaCO3所需的能量小，所以热气体240的质量流量与来自其它燃烧器的气体相比，相对较小。该流可为来自其它燃烧器的滑流。在固体冷却器中，对热的经煅烧的产品207进行冷却，并将该产品提供给压块设备中。压块必须在惰性气体中进行，以防止由大气中的CO2导致的再次碳酸化。
燃烧器112、115、118使用冷的亚化学计量的主空气流224、225和226将燃料230、231和232输送到燃烧器中，在燃烧器中，燃料与来自预热器110和固体冷却器区段(未示出)的预热过的空气流燃烧。预热器加热空气流227，并且经加热的空气被分流为228和229到达第一燃烧器和第二燃烧器。固体冷却器(未示出)向空气流220提供热量，以为用于第三燃烧器和第二燃烧器的流221和流222中提供加热的空气。
预热器110和固体冷却器的优选设计基于以下原理。首先，主要是粉末的流被限制于垂直管，该垂直管具有足够宽以防止堵塞的直径(即约100mm或更大)，且该流是向下的。存在这种管的阵列以对这些流进行调控，并且该流为使得粉末被夹带在稀相流(diluteflow)的气体中。在适当情况下，蒸汽用于改进这些流。在该实施方式中，在预热器中，固体流是进料201，并且在固体冷却器中，固体流是产物207。其次，含有少量过程流固体的气流也通过管导出，并且在该实施方式中，这种流是向上的并被气流加强。在该实施方式中，在预热器中，含有一些粉末的流是流243和流213。优选地，这些流携带尽可能小的固体，并且在实际情况下，可为包括同轴旋风分离器的旋风分离器(未示出)，其除去大部分固体，并且将该流引导回固体流中。第三，以交叉流的方式引导诸如空气或热气体之类的纯气体流通过水平管道，该水平管道所选择的管道宽度用于产生足够高的气体速度，以实现将有效的热量传递到管壁或从管壁进行有效的热量传递。气流通过通风管道从一个水平管道移动到另一个水平管道。在固体冷却器中，管道气流是空气220，在预热器中，管道气体是空气227和热气体245。第四，热流为使得管道气流注入到各区段中，使得垂直流是固体流的逆流。因此，在预热器中，预热器110的顶部比底部冷，因此作为输入或输出的冷流位于顶部，并且所有的热流都在底部。因此，227(进)，201(进)，214(出)和247(出)位于顶部，并且比底部处相应的流228(出)，202(出)，213(进)和243(进)要冷。在固体冷却器中，热流207(进)，221(出)，222(出)和223(出)位于顶部，而冷流208(出)和220(进)位于底部。使用这些原理，这些区段可具有高的热效率，并且是紧凑的。
快速煅烧器111和快速煅烧器114的优选设计是使得来自相应气固分离器的CO2流通过反应器导回到中心管中。该方面是Sceats专利中的优选实施方式，并且能够使反应器紧凑。该中心管中的流动优选是由预热器中的管的形状和取向以及进入气固分离器的流203和流205的偏转板所引起的涡流运动。这种运动使颗粒偏转到中心管的壁上，并且颗粒沿着壁流下进入气固分离器。实际上，该管是气体颗粒分离器设计的一部分。图2所示的中心管的壁由来自反应器管壁和CO2气流的辐射加热，这有利于反应器环路中煅烧过程的效率。
三个反应器的顺序使得产品能够满足产品煅烧程度的期望规格。在第一反应器中捕获的CO2的量占总碳输入的约50％，在第二反应器中捕获的CO2的量占约45％，而排放到烟道气中的CO2的量占约5％。在这种情况下，系统的捕获效率为95％。在第三反应器中，对停留时间和温度进行控制是重要的，这是因为煅烧的颗粒在高温下快速烧结，并且随之而来的表面积的减小使得颗粒的反应性降低。在镁生产的情况下，一方面烧结程度在加热的块状物中降低了与硅铁合金的反应速率；另一方面烧结时间越长，煅烧程度越大，则越少的碳被引入镁反应器中。本领域技术人员应当知晓的是，由于白云石岩石的内部煅烧远慢于其外部的煅烧，所以难以控制白云石岩石的煅烧。通常，当研磨时，产品的煅烧程度分布广泛。为了达到煅烧白云石的规格，来自岩石外部的大部分颗粒已经被“过度烘烤”并且被高度烧结，是非反应性的。这种过度烘烤导致更长的停留时间，并造成能量损耗。在硅铁合金工艺中，煅烧白云石的反应性的广泛范围也导致更长的处理时间和低效性。本发明优化了生产过程的效率以及捕获CO2。
另一个实施方式可使用电力来加热熔炉以提供用于煅烧的能量。用于煅烧的能量可通过例如电阻加热来产生。在该实施方式中，对熔炉布线进行分段以提供对产品的热传递的控制，使得向下穿过煅烧器的固体的温度分布是其中优选地温度单调增加的分布。否则，该过程如第一实施方式中所述。
虽然已经描述了本发明的特定实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的基本特征的情况下，本发明可以以其它具体形式来实施。因此，在所有情况下，应当认为实施方式和实例是说明性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是前述说明书来表示，并且其要求涵盖落入权利要求的含义内的所有变化。还应当理解的是，除非出现相反的说明，否则本文用于已知现有技术的任何参考文献都不构成这样的承认：这些现有技术是涉及本发明的本领域技术人员普遍知晓的。
Claims (12)
1.一种用于由原料生产高度煅烧且煅烧均匀的产品的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将所述原料研磨成粉末；
b.对所述粉末进行预热；
c.在反应器设备中煅烧所述粉末，所述反应器设备包括顺序的反应器区段，其中，在每个顺序的反应器区段中使用快速煅烧器以通过在每个区段中升高温度来使所述粉末逐渐反应；
d.最后区段是高温反应器，所述高温反应器具有受控的停留时间和温度，能够使煅烧过程受控完成，以获得所需的煅烧和烧结程度的产品；以及
e.对所述产品进行冷却；
其中，所述原料为
碳酸盐，或碳酸盐和水合矿物，从而使得在间接加热的反应器区段中释放的二氧化碳不与烟道气混合，从而能够捕获碳；或者
白云石菱镁矿的组合物，包括水合化合物，适用于生产镁金属；或者
白云石菱镁矿的组合物，包括水合化合物，适用于生产耐火材料；所述粉末具有小于或等于100微米的直径。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，最后的反应器区段是循环流化床反应器，并且优选地所述循环流化床反应器通过热气体来直接加热，并且对废气进行独立于在先前的反应器区段中间接加热的反应器区段的废气的处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应器区段是利用源自燃烧过程的气流来外部加热的中间反应器区段。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应器区段是电动的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应器区段是间接加热的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述反应器区段定位到塔状配置中，在所述塔状配置中，反应从顶部进行至底部。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用惰性气体、还原性气体或任何特定气体来在所述反应器中夹带固体，而不与烟道气混合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉末具有小于或等于100微米的直径。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述煅烧过程导致气体的变化，并且这些气体在每个反应器区段的末端处的导出有助于反应在后续区段中的进行。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳酸盐为菱镁矿、白云石或石灰石矿物或者它们的混合物，或者为合成的碳酸盐化合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述原料具有通过煅烧挥发物适用于生产多孔催化剂基质的组合物，所述挥发物可包括水合水、二氧化碳、氨和有机材料，其中，可取的是通过受控烧结来控制所述产品的孔径分布。
12.适用于由粉末状原料生产高度煅烧且煅烧均匀的产品的装置的用途，其中，所述装置包括具有第一反应器区段和最后反应器区段的反应器区段链，其中，每个反应器区段形成快速煅烧器，并且其中，每个反应器区段适用于在高于前一反应器区段的温度下运行；并且
所述最后反应器区段适用于包括：用于处理原料的预定停留时间；以及预定温度，所述预定温度适用于使煅烧过程受控完成，以获得所需的煅烧和烧结程度的产品；
其中所述装置的用途包括：
a.对所述粉末进行预热；
b.在反应器设备中煅烧所述粉末，所述反应器设备包括顺序的反应器区段，其中，在每个顺序的反应器区段中使用快速煅烧器以通过在每个区段中升高温度来使所述粉末逐渐反应；
c.最后区段是高温反应器，所述高温反应器具有受控的停留时间和温度，所述受控的停留时间和温度能够使煅烧过程受控完成，以获得所需的煅烧和烧结程度的产品；以及
d.对所述产品进行冷却；
其中，所述原料为
碳酸盐，或碳酸盐和水合矿物，从而使得在间接加热的反应器区段中释放的二氧化碳不与烟道气混合，从而能够捕获碳；或者
白云石菱镁矿的组合物，包括水合化合物，适用于生产镁金属；或者
白云石菱镁矿的组合物，包括水合化合物，适用于生产耐火材料，所述粉末具有小于或等于100微米的直径。
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