EA018753B1 - Способ получения цемента или заменителей цемента - Google Patents

Abstract

Данное изобретение относится к способу получения цемента или заменителей цемента на основе углеродсодержащих соединений с содержанием углерода более 10 мас.%, в котором углеродсодержащие соединения сжигают в печи при температуре от 600 до 900°С, причем кроме углеродсодержащих соединений в печь вводят и обжигают по меньшей мере один дополнительный инертный и/или обладающий низкой теплотворной способностью материал, который уже до термической обработки или после нее обладает свойствами цемента.

Description

Данное изобретение относится к способу получения цемента или заменителей цемента на основе углеродсодержащих соединений с содержанием углерода более 10 мас.%, в котором углеродсодержащие соединения сжигают в печи при температуре от 750 до 900°С.

Для получения цемента или заменителей цемента используют углеродсодержащие соединения. В качестве такого сырья часто используют горючие сланцы, что является обобщенным термином, обозначающим те глинистые породы, которые содержат битум или сверхтяжелые нефти. В зависимости от месторождения содержание органического материала, так называемого керогена, находится в пределах от 10 до 30 мас.%.

При получении цемента из горючего сланца нефть сначала извлекают из горючего сланца посредством пиролиза, как это описано в ΌΕ 385624. Затем оставшийся в горючем сланце уголь сжигают и получают цементную массу, не содержащую углерода, которую превращают путем размола в готовый к использованию цемент.

Кроме того, из СВ 951211 известно, что перед низкотемпературной карбонизацией и гранулированием к горючему сланцу примешивают минеральные вещества, такие как известь или глина, а затем обжигают эту смесь при температуре 400°С, чтобы удалить органические составляющие.

В связи с нарастающим сокращением ископаемых видов сырья получение энергии путем сжигания горючего сланца приобретает все большее значение. Как описано в ΌΕ 3822999 С1, сжигание, например, осуществляют посредством сжигания в псевдоожиженном слое. Это обеспечивает очень хороший тепловой обмен и, таким образом, очень однородный профиль температуры по всему псевдоожиженному слою.

Сжигание горючего сланца в печи приводит к получению продукта, который содержит фазы клинкера. Эти фазы состоят в основном из дикальцийсиликата и монокальцийалюмината, но кроме свободного оксида кальция и сульфата кальция там обнаруживают также значительное количество дающих пуццолановую реакцию оксидов, таких как оксид кремния. Таким образом, полученный продукт реагирует с водой и известью с получением не растворимого в воде соединения, что позволяет использовать его в качестве цемента или заменителя цемента.

Как известно, например, из ЕР 0727398 В2, для дальнейшего усовершенствования свойств материала в получаемый при сжигании продукт вводят добавки. Помимо прочего, такие полезные добавки включают сульфат кальция или сульфоалюминат кальция, но можно использовать и оксид алюминия, производные фосфиновой кислоты и ряд полимеров. Полученный таким образом конечный продукт часто проявляет привлекательные свойства с точки зрения строительной химии, особенно в отношении его возможностей в качестве комбинированного цемента с малыми временами схватывания.

Однако при сжигании горючего сланца для получения цемента вызывает проблемы высокий выход энергии в печи, получаемой из горючего сланца, поскольку для получения продукта высокого качества требуются температуры ниже 900°С, чтобы гарантировать пуццолановые и гидравлические свойства для последующего использования в производстве бетона.

Таким образом, различными способами пытались снизить температуру в печи. Регулирование температуры часто проводят путем отвода энергии из печи с помощью мембранных стенок или погружных поверхностей нагревательного устройства, как это описано в ΌΕ 3447186 А1. Погружные поверхности нагревательного устройства погружают в псевдоожиженный слой печи или в отдельный охладитель с псевдоожиженным слоем и отводят от них энергию путем испарения конденсата. Полученный пар можно использовать в другом месте для получения энергии. Кроме недостатка повышенных капиталовложений из-за увеличения количества компонентов, прежде всего, проблемы возникают из-за контакта этих рассеивающих тепло компонентов с горячими твердыми веществами, что приводит к быстрому износу охлаждающих элементов. Кроме того, псевдоожиженный слой охлаждается локально, что может привести к менее однородному продукту.

Подобные же проблемы неоднородного регулирования температуры возникают и при охлаждении охлаждающей водой, что впоследствии требует дополнительных устройств для выпуска полученного пара в больших количествах.

Снижения температуры печи можно также достичь путем увеличения количества используемого при сжигании воздуха и, таким образом, путем уменьшения локальной плотности псевдоожиженного слоя или же путем рециркуляции топочного газа. Однако в этом случае недостатком является более низкий пространственно-временной выход и существенное увеличение размеров установки.

Таким образом, целью данного изобретения является обеспечение однородного снижения температуры в печи без дополнительных технических затрат при получении цемента или заменителей цемента из сырья с высокой теплотворной способностью.

Эту задачу решают в рамках данного изобретения таким образом, что кроме материала, который следует сжечь, в печь вводят и подвергают совместному сжиганию по меньшей мере одну добавку, которая уже обладает свойствами цемента, до или после термической обработки.

Все дополнительные материалы обладают такими физическими свойствами, что они являются инертными или обладают низкой теплотворной способностью и, таким образом, снижают температуру,

- 1 018753 полученную в печи при сжигании высокоуглеродистого сырья, посредством разбавления твердой фазы. Таким образом, пространственно-временной выход снижают с точки зрения выхода энергии, но чистый выход энергии в расчете на получаемый продукт остается постоянным. Поскольку все добавки остаются в продукте после операции сжигания, потенциальное сырье также обладает цементными свойствами уже до термической обработки или после нее, так что это не снижает качества полученного продукта. Цементные свойства в тексте данного описания связаны с тем фактом, что материал является затвердевающим в воде вяжущим веществом, в частности для строительного раствора и бетона, которое при добавлении воды затвердевает, стабильно по объему и содержанию воды, посредством гидратации. Из-за примеси этих дополнительных материалов выход продукта увеличивается по отношению к количеству используемого высокоуглеродистого сырья. Кроме того, материальные свойства полученного продукта можно селективно изменять.

В наиболее предпочтительном аспекте данного изобретения углеродсодержащий материал представляет собой горючий сланец, который обладает высокой теплотворной способностью. Однако также возможно использовать остаточные продукты сгорания, такие как зола и сажа, особенно остаточные продукты сгорания работающих на угле электростанций, которые имеют сравнительно высокое содержание углерода. Содержание углерода составляет более 10 мас.%, предпочтительно более 15 мас.%, а особенно предпочтительно более 20 мас.%.

Бурый уголь в качестве низкосортного угля с высоким содержанием влаги (как правило, более 50 мас.%) также пригоден для использования в соответствии с данным изобретением в качестве материала, который можно подвергнуть обжигу при получении цемента или заменителей цемента.

Чтобы упростить переработку и конструкцию оборудования, в соответствии с предпочтительным аспектом данного изобретения дополнительные материалы смешивают с материалом, который должен быть обожжен, перед его введением в печь. В результате в печь вводят однородную смесь, что также приводит к однородному профилю температуры в печи.

В другом аспекте данного изобретения на температуру печи можно дополнительно влиять с помощью подсоединенного замкнутого контура охлаждения. Преобладающие температуры потоков твердых веществ примерно соответствуют желательным температурам в печи. При развитии данного изобретения инертный и обладающий низкой теплотворной способностью материал, дополнительно вводимый в процесс, можно вводить в поток твердых веществ в какой-либо точке контура охлаждения, расположенной до, внутри или после охлаждающего устройства.

В предпочтительном воплощении данного изобретения добавляют глину, которую при производстве цемента используют как естественно присутствующее сырье и которая обладает пуццолановыми свойствами.

Другой предпочтительный аспект данного изобретения обеспечивает добавление обожженного горючего сланца, который в особенно предпочтительном случае получен в виде остаточного продукта сгорания в системах, работающих на распыляемом топливе, и обычно имеет содержание углерода 2-5 мас.% или более. Кроме способности затвердевать в воде, которыми он обладает как носитель алюмината, силиката и оксида железа, примесь обожженного горючего сланца обеспечивает повторное использование являющегося отходом продукта и, таким образом, предлагает особенно высокий уровень экономических преимуществ.

Другой предпочтительный аспект данного изобретения связан с добавлением низкоуглеродных остаточных продуктов сгорания с работающих на угле электростанций, в частности так называемых зольных остатков, которые имеют сходный состав с обожженным горючим сланцем и сходные гидравлические свойства. В данном случае, еще больше, чем при использовании обожженного горючего сланца, следует подчеркнуть повторное использование проблематичных материалов отходов, поскольку в настоящее время такие остаточные продукты сгорания вывозят на свалки. Согласно данному изобретению содержание углерода в этих соединениях составляет ниже 10 мас.%, предпочтительно ниже 5 мас.%, а особенно предпочтительно ниже 2,5 мас.%.

Другой предпочтительный аспект данного изобретения включает добавление известняка, благодаря чему снижают содержание серы, так как известняк обжигают, и образованный оксид кальция впоследствии реагирует с оксидами серы, а также могут возрасти вяжущие свойства продукта.

Другой предпочтительный аспект данного изобретения описывает добавление гипса, который в полученном конечном продукте действует как замедлитель связывания.

В объем данного изобретения входит и то обстоятельство, что вышеописанные варианты добавочных материалов можно смешивать с горючим сланцем в любой комбинации друг с другом.

В одном из воплощений данного изобретения обеспечивают добавление по меньшей мере одного из примешиваемых материалов во влажных условиях. Содержание воды в этом материале составляет до 25 мас.%, предпочтительно до 15 мас.%, и в результате обжига и/или испарения это приводит к дополнительному выводу энергии из печи, благодаря чему количество примешиваемого материала можно в то же время снизить.

В предпочтительном воплощении данного изобретения дополнительно предусмотрено, что поток твердых веществ, состоящий из горючего сланца и примешанного к нему добавочного материала, нагре- 2 018753 вают до подачи в печь. В связи с этим можно также предусмотреть другие виды обработки, такие как подогрев отдельных компонентов.

Способы усовершенствования, преимущества и возможные применения данного изобретения можно также подчерпнуть из последующего описания воплощения изобретения. Все описанные отличительные признаки образуют предмет данного изобретения сами по себе или в любой комбинации независимо также от их включения в формулу изобретения или их встречных ссылок.

Фиг. 1 схематически изображает установку для осуществления способа по данному изобретению;

фиг. 2 изображает зависимость энергии, которую следует рассеять, от количества применяемого инертного материала (глина, влажность 20 мас.%).

Фиг. 1 схематически изображает установку для осуществления способа по данному изобретению.

В емкости 1 для смешивания смешивают горючий сланец и инертный и/или обладающий низкой теплотворной способностью материал, обладающий свойствами цемента, а затем по подающему трубопроводу 2 их подают в печь 3 с псевдоожиженным слоем, в которой смесь сжигают при температуре примерно 800°С. Смешивание можно также осуществить путем совместного размола или посредством другого типа предварительной подготовки.

В качестве инертного материала к горючему сланцу, который сушат и обжигают при температуре, создаваемой в печи за счет сгорания органических компонентов горючего сланца, примешивают, например, влажную глину. Количества горючего сланца и глины, вводимых в печь, определяют в соответствии с количеством энергии, необходимой для сжигания, сушки и обжига.

После сжигания и обжига твердые вещества извлекают из печи 3 по выпускному трубопроводу 4 и после возможных дополнительных стадий переработки, таких как размол и смешивание с цементным клинкером, используют в качестве цемента и применяют, например, для производства бетона.

Перед или после смешивания в емкости 3 для смешивания твердые вещества можно, например, подогреть в подогревателе 5 Вентури.

Вместо проиллюстрированного стационарного псевдоожиженного слоя, как в печи 3, для сжигания материала, конечно, можно применять и циркулирующий псевдоожиженный слой, кольцевой псевдоожиженный слой, а также можно применять барабанную печь или некоторые другие пригодные конструкции печей.

Вместо глины можно добавлять другие инертные/обладающие низкой теплотворной способностью материалы, такие как известняк, гипс, обожженный горючий сланец и/или остаточные продукты сгорания от электростанций. Все эти материалы обладают свойствами цемента в смысле данного изобретения и могут быть использованы в качестве гидравлических вяжущих веществ.

Пример.

Для получения 12 т/ч обожженного горючего сланца, 16 т/ч горючего сланца с содержанием влаги 7 мас.% и температурой на входе 25°С вводят в печь, например в печь в псевдоожиженным слоем. Предполагая величину теплотворной способности 3400 кДж/кг, необходимо отводить 4,3 МВт, чтобы сохранить температуру в печи ниже значения 900°С, которое опасно для продукта.

Согласно способу по данному изобретению к горючему сланцу примешивают глину с содержанием влаги 20 мас.%. При доступном количестве энергии 4,3 МВт в печи можно сушить и обжигать около 3200 кг/ч глины.

В связи с этим, фиг. 2 изображает скорость снижения энергии, которая имеется в печи и должна быть отведена, в зависимости от количества используемой влажной глины с предполагаемым содержанием влаги 20 мас.%.

Поскольку как обожженный горючий сланец, так и обожженную глину используют в качестве заменителя цемента, возможно также использование смеси этих продуктов в качестве заменителя цемента. Таким образом, с помощью данного изобретения можно увеличить количество получаемого продукта до 15,2 т/ч, при таком же расходе горючего сланца. Однако, если следует поддерживать общее количество продукта на постоянном уровне 12 т/ч, то следует использовать только около 9,475 т/ч горючего сланца и 2,525 т/ч глины.

Перечень цифровых сносок

- емкость для смешивания;

- подающий трубопровод;

- печь;

выпускной трубопровод;

- подогреватель.

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ получения цемента или заменителей цемента на основе углеродсодержащих соединений с содержанием углерода более 10 мас.%, где углеродсодержащие соединения сжигают в печи при температуре от 600 до 900°С, причем кроме углеродсодержащих соединений в печь вводят и обжигают по меньшей мере один дополнительный инертный и/или обладающий низкой теплотворной способностью мате- 3 018753 риал, который обладает свойствами цемента, до термической обработки или после нее.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что горючий сланец.
3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что золы с содержанием углерода более 10 мас.%.
4. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сажи с содержанием углерода более 10 мас.%.
5. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что качестве качестве качестве качестве углеродсодержащих углеродсодержащих углеродсодержащих соединений соединений соединений используют используют используют используют остаточные продукты сгорания с работающих на угле электростанций, с содержанием углерода более 10 мас.%.

   углеродсодержащих соединений
6. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащих соединений используют бурый уголь.
7. 7. Способ по любому из предшествующих пп.1-6, отличающийся тем, что дополнительный материал смешивают с углеродсодержащими соединениями перед введением его в печь посредством трубопро вода для подачи твердых веществ.
8. 8. Способ по любому из предшествующих пп.1-7, отличающийся тем, что печь включает систему охлаждения с замкнутым контуром, и дополнительный материал добавляют к потоку твердых веществ внутри этой системы охлаждения с замкнутым контуром.
9. 9. Способ по любому из предшествующих пп.1-8, отличающийся тем, что в качестве дополнительного материала добавляют глину.
10. 10. Способ по любому из предшествующих пп.1-9, отличающийся тем, что в качестве дополнительного материала добавляют обожженный горючий сланец.
11. 11. Способ по любому из предшествующих пп.1-10, отличающийся тем, что в качестве дополнительного материала добавляют остаточные продукты сгорания с работающих на угле электростанций, которые имеют содержание углерода менее 10 мас.%.
12. 12. Способ по любому из предшествующих пп.1-11, отличающийся тем, что в качестве дополнительного материала добавляют известняк.
13. 13. Способ по любому из предшествующих пп.1-12, отличающийся тем, что в качестве дополнительного материала добавляют гипс.
14. 14. Способ по любому из предшествующих пп.1-13, отличающийся тем, что по меньшей мере один из примешиваемых материалов имеет содержание воды до 25 мас.%.
15. 15. Способ по любому из предшествующих пп.1-14, отличающийся тем, что выходящий поток про- дукта подогревают.