ES2610460T3 - Procedimiento y dispositivo para la separación de un componente volátil - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la separación de al menos un componente volátil, por ejemplo mercurio, talio, compuestos orgánicos, compuestos de azufre o de nitrógeno, a partir de gases de escape (1) en la fabricación de cemento clinker, en el que los materiales brutos (10) para la fabricación de cemento clinker son conducidos bajo intercambio de calor con los gases de escape (1) a través de un precalentador (2) y a continuación son quemados en un horno tubular giratorio (3), siendo evaporado a través de calentamiento de los materiales brutos (1) en el precalentador (2) el componente volátil ligado en los materiales brutos (10), que se separa de los gases de escape (1), caracterizado porque una primera corriente de materiales brutos (18) con una concentración más elevada del componente volátil es separada en una primera línea (14) del precalentador (2) y una segunda corriente de materiales brutos (20) con una concentración más baja del componente volátil es separada en una segunda línea (16) del precalentador (2), en el que la primea línea (14) del precalentador (2) es accionada con una primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) del horno tubular giratorio (3) y la segunda línea (16) del precalentador (2) es accionada con una segunda corriente parcial (15) de los gases de escape (1) del horno tubular giratorio (3), en el que el componente volátil es separado de la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) conducida a través de la primera línea (14) del precalentador (2), en el que la primera corriente de materiales brutos (18) calentada a una temperatura de al menos 250ºC a través del intercambio de calor con la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) en la primera línea (14) del precalentador (2) se combina, a una temperatura esencialmente constante de al menos 250ºC, a través de una línea de conexión (26) entre la primera (14) y la segunda línea (16) del precalentador (2) con la segunda corriente de materiales brutos (20) de la segunda línea (16) del precalentador (2).
Description
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Procedimiento y dispositivo para la separacion de un componente volatil
La invencion se refiere a un procedimiento para la separacion de al menos un componente volatil, por ejemplo mercurio, talio, compuestos organicos, compuestos de azufre o de nitrogeno, a partir de gases de escape en la fabricacion de cemento clinker, en el que los materiales brutos para la fabricacion de cemento clinker son conducidos bajo intercambio de calor con los gases de escape a traves de un precalentador y a continuacion son quemados en un horno tubular giratorio, siendo evaporado a traves de calentamiento de los materiales brutos en el precalentador el componente volatil ligado en los materiales brutos, que se separa de los gases de escape.
Ademas, la invencion se refiere a un dispositivo para la separacion de al menos un componente volatil, por ejemplo mercurio, talio, compuestos organicos, compuestos de azufre o de nitrogeno, a partir de gases de escape en la fabricacion de cemento clinker, con un precalentador, con una carga para los materiales brutos necesarios para la fabricacion de cemento clinker en el principio a contracorriente en contra de la direccion de los gases de escape en el precalentador, y con un horno tubular giratorio (2) para la combustion de los materiales brutos.
Un procedimiento de este tipo y un dispositivo de este tipo se conocen a partir del documento US 2009/0193968 A1.
En la fabricacion de cemento clinker se queman diferentes materiales brutos, como por ejemplo piedra caliza y arcilla, en un horno tubular giratorio. En muchos de los materiales brutos empleados estan contenidos componentes volatiles, como mercurio, talio, compuestos organicos, compuestos de azufre o compuestos de nitrogeno, que se evaporan durante el calentamiento en la fase de calentamiento previo y se ligar de nuevo en el polvo durante la refrigeracion de los gases de escape. Asf, por ejemplo, la gran parte del mercurio se conduce con el polvo generado en el molino bruto y el polvo separado en la fase de filtracion de nuevo al proceso de fabricacion de cemento clinker, solo una parte pequena se escape con el gas de escape a la atmosfera. La carga de mercurio es introducida en este caso de manera predominante a traves de los materiales brutos en el proceso, una porcion reducida de la entrada de mercurio se puede realizar tambien a traves de los combustibles.
La presente solicitud de patente se refiere principalmente a la fabricacion de cemento clinker, pero tambien se puede emplear en otros procedimientos de produccion termica, en los que se observa un comportamiento de circulacion caracterfstico de algunas sustancias nocivas del gas de escape.
En principio, existe la posibilidad de retirar o bien de reducida el mercurio que esta presente en los materiales brutos ya antes de la utilizacion para la fabricacion de cemento clinker. Esto se realiza, por ejemplo, a traves de una preparacion de los materiales brutos con gases calientes, con lo que se evapora, al menos parcialmente, el mercurio contenido y a continuacion se puede separar en forma concentrada. Sin embargo, debido al calentamiento necesario de los materiales brutos, es necesaria, sin embargo, relativamente mucha energfa, lo que eleva los costes totales y vuelve al procedimiento poco rentable con altas cantidades de material.
Tampoco son aceptables soluciones, en las que toda la corriente de gases de escape del horno tubular giratorio en la fabricacion de cemento clinker es limpiada con la ayuda de determinados procedimientos de limpieza de gases de escape para la separacion de mercurio, como por ejemplo filtros de carbon activo, en virtud de las grandes cantidades de aire y, por lo tanto, el tamano grande de las instalaciones.
Otro procedimiento para la separacion de mercurio a partir de los gases de escape de un proceso de fabricacion se conoce a partir del documento EP 2 437 866 A1, en el que se preve un reactor de purgado separado del precalentador. El mercurio es ligado en un adsorbente, en particular polvo, y es alimentado al reactor de purgado accionado con un gas portador, en el que el adsorbente se calienta a continuacion a temperaturas de mas de 250°C, de manera que el mercurio es expulsado del adsorbente y es transferido a la fase de gas. El gas enriquecido con mercurio del reaccion de purgado es desempolvado a continuacion en la instalacion de desempolvado. En el reactor de purgado se extrae solo una corriente parcial del gas enriquecido de esta manera y desempolvado a altas temperaturas y es depurada en una fase de adsorcion siguiente, mientras que la corriente parcial restante se lleva en un sistema de transmision de calor a la temperatura necesaria para el purgado del mercurio en el reactor de purgado y se conduce de nuevo como gas portador al reactor de purgado. En el sistema de transmision de calor del reactor de purgado se puede mezclar una corriente de gases de escape calientes que procede del proceso de fabricacion de cemento con la corriente de gas parcialmente en circulacion.
Sin embargo, en la disposicion del reactor de purgado es un inconveniente el hecho de que el polvo que se produce en la instalacion de desempolvado previo es conducido a un silo, antes de que el polvo sea retornado al precalentador. De acuerdo con ello, es necesario un nuevo calentamiento del polvo en el precalentador, con lo que esta implicado de manera mas desfavorable un gasto alto de energfa.
En el documento WO 2007/128619 A1 se muestra un dispositivo de otro tipo para la fabricacion de cemento clinker, en el que estan previstos un precalentador con cuatro fases de ciclon y un calcinador con un ciclon. En la forma de realizacion de acuerdo con la figura 3, esta previsto un segundo calcinador, que esta conectado con fases de ciclon.
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El documento DE 10 2008 023 899 A1 publica una instalacion de otro tipo con un primer precalentador para el calentamiento previo de un componen te de material rico en cal y con un segundo precalentador para el calentamiento previo de un componente de material pobre en cal, con un calcinador y un horno para la combustion del material bruto calcinado para obtener cemento clinker. El primer precalentador esta conectado con un conducto de gases de escape del calcinador, mientras que el segundo precalentador esta conectado en un conducto de gases de escape del horno.
El documento EP 0 845 443 A1 se ocupa de un procedimiento de otro tipo para la eliminacion de dioxido de azufre a partir de los gases de escape de una instalacion de horno, en el que la harina bruta que debe cargarse en un precalentador es alimentada desde una instalacion de trituracion de materiales brutos y el cemento clinker refrigerado es triturado en una instalacion de trituracion de cemento. En este caso, se conduce al menos una corriente parcial de los gases de escape desde el precalentador de harina bruta a traves de una instalacion de trituracion de cemento y en este caso se absorbe dioxido de azufre desde los gases de escape de las partfculas de cemento.
El cometido de la presente invencion es, por lo tanto, la creacion de un procedimiento mencionado anteriormente y de un dispositivo mencionado anteriormente para la separacion de mercurio desde los gases de escape durante la fabricacion de cemento clinker, a traves de los cuales se posibilita una reduccion suficientemente alta de las emisiones de mercurio, de manera que se necesitan una energfa adicional o mas reducida posible y una corriente volumetrica de gas de escape a depurar lo mas pequena posible y de esta manera el funcionamiento y la instalacion deben ser lo mas economicos posible.
Este cometido se soluciona en un procedimiento del tipo indicado al principio porque una primera corriente de materiales brutos con una concentracion mas elevada del componente volatil es separada en una primera lfnea del precalentador y una segunda corriente de materiales brutos con una concentracion mas baja del componente volatil es separada en una segunda lfnea del precalentador, en el que la primea lfnea del precalentador es accionada con una primera corriente parcial de los gases de escape del horno tubular giratorio y la segunda lfnea del precalentador es accionada con una segunda corriente parcial de los gases de escape del horno tubular giratorio, en el que el componente volatil es separado de la primera corriente parcial de los gases de escape conducida a traves de la primera lfnea del precalentador, en el que la primera corriente de materiales brutos calentada a una temperatura de al menos 250°C a traves del intercambio de calor con la primera corriente parcial de los gases de escape en la primera lfnea del precalentador se combina, a una temperatura esencialmente constante de al menos 250°C, a traves de una lfnea de conexion entre la primera y la segunda lfnea del precalentador con la segunda corriente de materiales brutos de la segunda lfnea del precalentador.
Por lo tanto, de acuerdo con la invencion, los materiales brutos con la concentracion mas elevada del componente volatil son cargados en la primera lfnea del precalentador y los materiales brutos con la concentracion mas baja del componente volatil se cargan en la segunda lfnea del precalentador. Para la separacion del componente volatil se utiliza exclusivamente la primera corriente parcial de los gases de escape, con la que los materiales brutos con la concentracion mas alta del componente volatil son tratados en la primera lfnea del precalentador. En virtud de la carga separada de materiales brutos con concentracion mas alta o bien mas baja del componente volatil en la primera y en la segunda lfnea, respectivamente, del precalentador se puede configurar especialmente eficiente la separacion del componente volatil desde la primera corriente racial de los gases de escape enriquecida con el componente volatil, puesto que solamente se utilizan los materiales brutos con alta porcion de sustancia nociva para la depuracion de los gases de escape. Despues de la preparacion de la primera corriente de materiales brutos con la ayuda de la primera corriente parcial de los gases de escape en la primera lfnea del precalentador se transporta la primea corriente de materiales brutos a la segunda lfnea del precalentador y se combina con la segunda corriente de materiales brutos. Los materiales brutos son conducidos finalmente en comun en la direccion del horno y son quemados en el horno. La primera lfnea del precalentador esta conectada en este caso con la segunda lfnea del precalentador, de tal manera que los materiales brutos de la primera lfnea, tratados y preparados con la primera corriente parcial de los gases de escape, son combinados a continuacion con temperatura esencialmente constante, es decir, sin refrigeracion de la corriente de materiales brutos en un acumulador intermedio, con los materiales brutos de la segunda lfnea. La temperatura de la primera corriente de materiales brutos es en este caso al menos 250°C, en particular esta entre 300°C y 500°C. De manera mas ventajosa, de este modo se puede elevar esencialmente la eficiencia energetica frente a formas de realizacion con un reactor de purgado separado, en el que la corriente de materiales brutos utilizada para la separacion de sustancia nociva es almacenada temporalmente antes del retorno en el precalentados y de esta manera es refrigerada.
Para la separacion eficiente de los componentes volatiles desde la corriente de gases de escape es favorable que la primera corriente de materiales brutos contenga polvo de la fabricacion de cemento clinker. El polvo cargado en la primera lfnea del precalentador procede especialmente de un filtro de horno, con el que se desempolvan los gases de escape antes de la salida a la atmosfera. En un proceso preferido, en el molino bruto aparece a temperaturas mas elevadas una corriente grande de masas de polvo con concentracion relativamente reducida de de mercurio y en el filtro del horno aparece una corriente pequena de masas de polvo con concentraciones mas elevadas de
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mercurio, que se carga en la primera linea del precalentador.
Para la eficiencia del procedimiento es ventajoso que la primera corriente de materiales brutos contenga una porcion mas elevada de compuestos de carbono, compuestos de azufre, por ejemplo pirita, o compuestos de amonio como la segunda corriente de materiales brutos.
En la realizacion del procedimiento de acuerdo con la invencion esta previsto con preferencia que a primera corriente parcial de los gases de escale, conducida a traves de la primera linea del precalentador, sea desempolvada en primer lugar y a continuacion se separe su componente volatil, siendo retornado el polvo separado desde la primera corriente parcial de retorno a la segunda linea del precalentador. La primera corriente parcial de los gases de escape es alimentada en este caso a un desempolvador de gases calientes, que es impulsado con una carga de sustancia solida, por ejemplo, inferior a 200 g/Nm3 (gramo por metro cubico normalizado) y el gas de escape es limpiado hasta contenidos de polvo < 1 g/Nm3. De esta manera, se retorna de forma mas ventajosa el polvo cargado en la primera linea del precalentador casi totalmente al proceso de fabricacion de cemento.
La eficiencia de la separacion del componente volatil se puede incrementar adicionalmente cuando la primera linea del precalentador es accionada con una cantidad de gases de escape mas reducida, con preferencia tambien con una carga mas elevada de polvo que la segunda linea del precalentador. De este modo, se genera en la primera linea del precalentador una concentracion comparativamente alta del componente volatil en los gases de escape, de manera que la separacion siguiente del componente volatil desde los gases de escape de la primera corriente parcial se puede realizar de manera especialmente eficiente.
Con preferencia, la primera corriente de materiales brutos se puede conducir de forma sucesiva a traves de al menos dos ciclones de la primera linea del precalentador. La primera corriente de materiales brutos se calienta en este caso en el principio a contracorriente con la primera corriente parcial de los gases de escape, con lo que se expulsa el componente volatil y a continuacion se separa de la primera corriente parcial de los gases de escape, mientras que la primera corriente de materiales brutos se conduce en la direccion del horno.
Para la consecucion de una estructura mas sencilla en la construccion y, por lo tanto, mas economica del precalentador es ventajoso que la primera corriente de materiales brutos sea cargada en un tubo ascendente, allf sea mezclada con la primera corriente parcial de los gases de escape y a continuacion sea conducida a un ciclon. En la direccion de la circulacion de los gases de escape hacia el tubo ascendente, se conduce la primera corriente parcial de los gases de escape a un desempolvador de gases calientes, con el que se separa otra porcion de la primera corriente de materiales brutos y se retorna al precalentador.
Para la preparacion de la primera corriente parcial, desde la que se separa el componente volatil, es favorable que la primera corriente parcial de los gases de escape sea ramificada desde la segunda linea del precalentador.
Para la separacion de componentes volatiles medios a diffcilmente volatiles, en particular mercurio o amonio, es ventajoso que la primera corriente parcial de los gases de escape sea ramificada entre dos ciclones de la segunda linea del precalentador, siendo la temperatura de los gases de escape con preferencia mayor que 600°C. De acuerdo con una forma de realizacion preferida, la segunda linea del precalentador presenta cuatro o cinco ciclones, de manera que la primera ramificacion de la corriente parcial de los gases de escape se realiza con preferencia entre el segundo ciclo y el tercer ciclon vistos en la direccion de la circulacion de los materiales brutos.
Para la separacion de componentes volatiles ligeros, en particular compuestos organicos, es favorable que la primera corriente parcial de los gases de escape, vista en la direccion de la circulacion de los gases de escape, sea ramificada inmediatamente delante de la carga para la segunda corriente de materiales brutos, de manera que la temperatura de los gases de escape esta con preferencia entre 450°C y 500°C.
Cuando la primera corriente parcial de los gases de escape se ramifica a una temperatura de los gases de escape de entre 750°C y 800°C desee la segunda corriente parcial de los gases de escape, se pueden expulsar y separar eficientemente, por una parte, componentes diffcilmente volatiles, por ejemplo compuestos de azufre, desde la primera corriente de materiales brutos. Ademas se puede elevar la eficiencia de la purificacion de los gases de escape, puesto que con la misma cantidad de gases de escape en la primera linea del precalentador se puede conseguir una produccion correspondiente mas elevada de la primera corriente de materiales brutos.
Para elevar la produccion de la primera corriente de materiales brutos y mejorar la eficiencia energetica de la purificacion de los gases de escape, es favorable que una porcion de la primera corriente parcial, vista en la direccion de la circulacion de los gases de escape, sea retornada antes de la separacion del componente volatil a la primera linea del precalentador. De acuerdo con ello, se recicla una porcion de la primera corriente parcial de los gases de escape a modo de una conduccion de la circulacion a la primera linea del precalentador. Con preferencia, se retornan entre 50 % y 90 % de los gases de escape de la primera corriente parcial a la primera linea del precalentador, de manera que de forma correspondiente solo se extrae entre el 50 % y el 10 % de los gases de
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escape de la primera corriente parcial desde el precalentador y se utilizan para la separacion de componente volatil. Es ventajoso que la temperatura de los gases de escape de la corriente parcial sea bajada antes de la separacion del componente volatil. La bajada de la temperatura se puede realizar, por ejemplo, en un enfriador a traves de inyeccion de agua. La bajada de la temperatura se puede combinar tambien al mismo tiempo con la separacion del componente volatil. En este caso, son especialmente adecuados intercambiadores de calor o refrigeradores de evaporacion para la bajada de la temperatura a 60°C a 140°C, con preferencia a 60°C a 120°C. A traves de la presion reducida del vapor se puede elevar la separacion del mercurio en al menos una fase de filtro.
De acuerdo con una primera forma de realizacion preferida, el componente volatil, en particular mercurio, es separado con la ayuda de un filtro tubular desde los gases de escape de la primera corriente parcial. A traves de la reduccion correspondiente de la temperatura se condensa el componente volatil presente originalmente en su mayor parte en forma de gas, de manera que las partfculas resultantes se pueden separar del material de filtracion del filtro tubular. Las partfculas con el componente volatil ligado a ellas son descargadas a intervalos regulares desde el filtro tubular y son evacuadas. Con preferencia, se introducen adicionalmente aditivos, como carbon activo, para separar el mercurio desde la fase en forma de gas y separarlo de los gases de escape de la primera corriente parcial.
De manera alternativa al filtro tubular, el componente volatil, en particular mercurio, se puede separar con la ayuda de un lavador desde los gases de escape de la primera corriente parcial. Como lfquido de lavar se pueden emplear especialmente soluciones de sulfuro metalico, suspensiones de piedra caliza o lavadores acidos en combinacion con agentes de precipitacion organo sulffdicos, de manera que el componente volatil es concentrado despues de un tratamiento de las aguas residuales del lavador. En particular, cuando debe desecharse el componente volatil separado, es ventajoso que este sea altamente concentrado de manera correspondiente a traves del procedimiento de separacion.
De manera alternativa a los metodos descritos anteriormente, el componente volatil, en particular mercurio, se puede separar con la ayuda de un adsorbente de lecho fijo o de lecho movil a partir de los gases de escape de la primera corriente parcial. Con un adsorbente de lecho movil se pueden conseguir, en principio, grados mas elevados de separacion y el aprovechamiento de los medios de adsorcion empleados es mas alto que en procesos de corriente volatil.
De acuerdo con otra forma de realizacion alternativa, el componente volatil, en particular amonfaco, se puede separar con la ayuda de un reactor catalftico selectivo. Por ultimo, el componente volatil, en particular compuestos organicos, se puede separar con la ayuda de una post-combustion termica.
El cometido en el que se basa la invencion se soluciona, ademas, por medio de un dispositivo del tipo indicado al principio, en el que el precalentador presenta una primera lfnea que puede ser accionada con una primera corriente parcial de los gases de escape y presenta una segunda lfnea, que puede ser accionada con una segunda corriente parcial de los gases de escape, en el que la primera lfnea del precalentador presenta una primera carga para una primera corriente de materiales brutos con una concentracion mas elevada del componente volatil y la segunda lfnea del precalentador presenta una segunda carga para una segunda corriente de materiales brutos con una concentracion mas baja del componente volatil, en el que la primera lfnea del precalentador esta conectada con una fase para la separacion del componente volatil desde la primera corriente parcial de los gases de escape, en el que entre la primera y la segunda lfneas del precalentador esta dispuesto un conducto de conexion, de manera que la primera corriente de materiales brutos calentada a una temperatura de al menos 250°C a traves del intercambio de calor con la primera corriente parcial de los gases de escape en la primera lfnea del precalentador se combina, a una temperatura esencialmente constante de al menos 250°C, con la segunda corriente de materiales brutos de la segunda lfnea del precalentador.
Con respecto a las ventajas del dispositivo de acuerdo con la invencion se remite a la descripcion anterior del procedimiento.
Para el tratamiento de materiales brutos con alta concentracion del componente volatil en la primera lfnea del precalentador, es ventajoso que la carga para la primera corriente de materiales brutos este conectada con un acumulador de polvo para el almacenamiento de polvo, con preferencia polvo de filtro desde un filtro del horno para la desempolvado de los gases de escape antes de la salida a la atmosfera.
Para impulsar la segunda lfnea del precalentador de manera selectiva con materiales brutos de concentracion mas baja del componente volatil, es favorable que a carga para la segunda corriente de materiales brutos este conectada con un acumulador de harina bruta para el almacenamiento de harina bruta desde el molino de harina bruta.
La eficiencia de la purificacion de los gases de escape se puede incrementar considerablemente cuando el acumulador de polvo esta dispuesto separado del acumulador de harina bruta. De acuerdo con ello, los materiales brutos diferentes con respecto a la concentracion del componente volatil se almacenan separados unos de los otros o bien se cargan en la lfnea correspondiente del precalentador.
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Con respecto a un funcionamiento eficiente de energfa, es ventajoso que la primera linea del precalentador presenta un desempolvador de gases calientes para el desempolvado de los gases de escape de la primera corriente parcial, cuyo desempolvador de gases calientes esta conectado a traves del conducto para el retorno del polvo separado con la segunda linea del precalentador.
Para la concentracion del componente volatil en la primera corriente parcial de los gases de escape es ventajoso que, visto en la direccion de la circulacion de los gases de escape, delante de la fase para la separacion del componente volatil este previsto un conducto de circulacion para el retorno de una porcion de la primera corriente parcial de los gases de escape a la primera linea del precalentador.
Para el funcionamiento de la primera linea del precalentador, con preferencia entre la primera y la segunda lfneas del precalentador esta previsto un conducto para la ramificacion de la primera corriente parcial de los gases de escape desde la segunda corriente parcial de los gases de escape. De acuerdo con ello, los gases de escape para el funcionamiento de la primera linea del precalentador se obtienen desde la segunda corriente parcial de los gases de escape en la segunda linea del precalentador.
De acuerdo con el componente volatil, se pueden emplear diferentes separadores conocidos en el estado de la tecnica en si.
La fase para la separacion del componente volatil en la primera corriente parcial de los gases de escape puede presentar un filtro tubular. Por otra parte, la fase para la separacion del componente volatil en la primera corriente parcial de los gases de escape puede presentar un lavador. Otras formas de realizacion preferidas preven para la separacion del componente volatil en la primera corriente parcial de los gases de escape un adsorbente de lecho fijo o de lecho movil. Ademas, la fase para la separacion del componente volatil en la primera corriente parcial de los gases de escape puede presentar un reactor catalftico selectivo. Por ultimo, en muchas aplicaciones es ventajoso que la fase para la separacion del componente volatil en la primera corriente parcial de los gases de escape presente una post-combustion termica.
La presente invencion se explica en detalle con la ayuda de los dibujos adjuntos. En este caso:
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo para la fabricacion de cemento clinker de acuerdo con el estado de la tecnica.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo de acuerdo con la invencion para la separacion de componentes volatiles durante la fabricacion de cemento clinker.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques de otra forma de realizacion del dispositivo para la separacion de componentes volatiles; y
La figura 4 muestra un diagrama de bloques de una primera linea del precalentador del dispositivo de acuerdo con la figura 3.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo para la fabricacion de cemento clinker de acuerdo con el estado de la tecnica. El material bruto 10 necesario para la fabricacion de cemento clinker se carga en el principio a contracorriente, es decir, en contra de la direccion A de los gases de escape 1, en un precalentador 2, que esta constituido normalmente por varios ciclones colocados superpuestos. El material bruto 19 precalentado de manera correspondiente llega desde el precalentador 2 hasta el horno de tubo giratorio 3, donde se quema el material para formar cemento clinker. A traves de una instalacion de refrigeracion y descarga 4 correspondiente se descarga el cemento clinker y se transporta a silos correspondientes (no representados). Antes de la salida de los gases de escape a la atmosfera, estos son conducidos al menos parcialmente a un molino de harina bruta 6 para un secado por trituracion o son refrigerados en una instalacion de refrigeracion 5, como por ejemplo un refrigerador por evaporacion y son desempolvados en un filtro de horno 8. A continuacion, los gases de escape 1 llegan a traves de una chimenea 9 a la atmosfera. El polvo 12 separado desde el filtro de horno 8 y el material bruto triturado 11 desde el molino de harina bruta 6 son mezclados en un silo 7 y son cargados en comun como material bruto 10 en el precalentador 2. A traves del tipo de la conduccion a contracorriente del material y de la corriente de gases de escape se forma entre la fase de precalentamiento 2 y el molino de harina bruta 6 o bien la al menos una fase de filtro 8 a traves del retorno de material un circuito para el mercurio contenido en los gases de escape 1. La corriente de masas de mercurio, que se conduce en el circuito, es en este caso un multiplo de la corriente de masas de entrada de mercurio desde los materiales brutos frescos y los combustibles.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de una forma de realizacion de acuerdo con la invencion de un procedimiento o bien de un dispositivo para la separacion del componente volatil, en la forma de realizacion mostrada especialmente mercurio, a partir de los gases de escape en la fabricacion de cemento clinker. Los gases de escape estan representados en este caso con lfneas continuas y las corrientes de material estan representadas
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con lineas discontinuas.
Como se deduce a partir de la figura 2, el precalentador 2 de la instalacion mostrada presenta una primera linea 14, que puede ser accionada con una primera corriente parcial 13 de los gases de escape y una segunda linea 16 que puede ser accionada con una segunda corriente parcial 15 de los gases de escape 1. La primera linea 4 es impulsada a traves de la carga 17 con una primera corriente de materiales brutos 18 con una concentracion mas elevada del componente volatil. La segunda linea 16 se impulsa a traves de una entrada 19 con una segunda corriente de materiales brutos 20, que presenta una concentracion mas baja del componente volatil. Los materiales brutos para la fabricacion de cemento clinker son conducidos bajo intercambio de calor con los gases de escape 1 a traves del precalentador 2 y a continuacion son quemados en el horno de tubo giratorio 3. A traves del calentamiento de los materiales brutos en el precalentador 2 se evapora el componente volatil ligado en los materiales brutos. A tal fin, se calienta la primera corriente de materiales brutos 18 en la primera linea 14 del precalentador a traves de los gases de escape 1 a una temperatura de al menos 250°C, que es suficiente para le expulsion del mercurio.
Como se deduce, ademas, a partir de la figura 2, entre la primera linea 14 y la segunda linea 16 del precalentador 2 esta dispuesto un conducto de conexion 26. La primera corriente de materiales brutos 18 en la primera linea 14 del precalentador 2, que presenta a traves del contacto con la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1 una temperatura de al menos 250°C, es transportada a traves del conducto de conexion 26 directamente, es decir, sin almacenamiento intermedio, a la segunda linea 16 del precalentador 2, de manera que la temperatura de la primera corriente de materiales bruto 18 no se calienta o bien solo en una medida no esencial durante el transporte a la segunda linea 16. De acuerdo con ello, se combina la primera corriente de material bruto 18 con temperatura esencialmente constante de al menos 250°C con la segunda corriente de materiales brutos 20 de la segunda linea 16 del precalentador 2. De esta manera, se puede prescindir de un nuevo calentamiento de la primera corriente de materiales brutos 18, a partir de la cual se separa el componente volatil, de modo que se puede elevar la eficiencia energetica del procedimiento.
Como se deduce, ademas, a partir de la figura 2, la carga 17 para la primera corriente de materiales brutos 18 se conecta con un acumulador de polvo 23 para el almacenamiento de polvo, que contiene una porcion comparativamente alta del componente volatil. El acumulador de polvo 23 esta conectado con el filtro de horno 8 para el desempolvado de los gases de escape antes de la salida a la atmosfera. De esta manera, de conduce el polvo 12 que se produce en el filtro del horno 8 a traves del acumulador de polvo 23 hacia la carga 17, con la que se carga la primera corriente de materiales brutos 18 en forma de polvo 12 en la primera linea 14 del precalentador 2. Por otra parte, la carga 19 para la segunda corriente de materiales brutos 20 se conecta con un acumulador de harina bruta 24 separada el acumulador de polvo 23 para el almacenamiento de la harina bruta, que se obtiene en el molino de harina bruta 6 a partir de los materiales brutos 10. Por lo tanto, en la instalacion mostrada se realiza una division de los materiales brutos en la primera corriente de materiales brutos 18 con la concentracion mas elevada del componente volatil y en la segunda corriente de material bruto 20 con la concentracion mas baja del componente volatil.
La figura 3 muestra un esquema de bloques para otra forma de realizacion del dispositivo de acuerdo con la invencion.
Como se deduce a partir de la figura 3, la segunda linea 16 del precalentador 2 presenta cinco ciclones 27 en la forma de realizacion mostrada. La segunda corriente de materiales brutos 20 (representada en la figura 3 con lineas de trazos) se conduce en el principio a contracorriente hacia la segunda corriente parcial 15 de los gases de escape 1 (representado en la figura 3 con lineas continuas) a traves de los ciclones 27 de la segunda linea 16.
Como se deduce, ademas, a partir de la figura 3, la primera linea 14 del precalentador 2 en la forma de realizacion mostrada presenta una cascada de ciclones 29 de dos fases conectada con la carga 17, en la que la primera corriente de materiales brutos 18 se mezcla a fondo con la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1 y a continuacion se conduce en la direccion de un desempolvador de gases calientes 25, con el que se desempolvan los gases de escape 1. El desempolvador de gases calientes 25 esta conectada a traves del conducto 26 para el retorno del polvo separado con la segunda linea 16 del precalentador 2.
Como se deduce, ademas, a partir de la figura 3, entre la primera linea 14 y la segunda linea 16 del precalentador 2 esta previsto al menos un conducto 30 para la ramificacion de la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1 desde la segunda corriente parcial 15 de los gases de escape 1.
En la figura 3 se representan tres conductos 30', 30'', 30''' diferentes para la ramificacion de la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1 desde la segunda linea 16 del precalentador 2, de manera que se puede emplear evidentemente tambien solo una de las variantes mostradas.
Como se deduce, ademas, a partir de la figura 3, el conducto 30' entre dos ciclones 27 desemboca en la segunda linea 16 del precalentador 2. La temperatura de los gases de escape es en este caso esencialmente 600°C.
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Por otra parte, la primera corriente parcial 14 de los gases de escape 1 se puede ramificar sobre el conducto 3 0'', que desemboca, visto en la direccion de la circulacion de los gases de escape, directamente delante de la carga 19 para la segunda corriente de materiales brutos 20 en la segunda lfnea 16 del precalentador. La temperatura de los gases de escape esta en este caso entre 450°C y 500°C.
Por ultimo, la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1 a una temperatura de los gases de escape de entre 750°C y 800°C se puede ramificar a partir de la segunda corriente parcial 15 de los gases de escape 1. A tal fin, el conducto 30''' en la forma de realizacion mostrada esta conectado con el quinto ciclon 27 visto en la direccion de la corriente de material. De manera alternativa, el conducto 30''' puede partir tambien en la zona de un calcinador 31 o del cuarto ciclon 27 (no mostrado) desde la segunda lfnea 16 del precalentador 2.
Como se deduce, ademas, a partir de la figura 3, la primera lfnea 14 del precalentador 2 esta conectada con una fase 21 para la separacion del componente volatil (o de diferentes componentes volatiles) a partir de la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1, que presenta, por ejemplo, un filtro tubular. Delante de la fase 21 esta dispuesto, ademas, un refrigerador 34 para la refrigeracion de la primera corriente parcial 13 a una temperatura de, por ejemplo, 120°C. A la primera corriente parcial 13 se anade, despues de la circulacion a traves del refrigerador 34, a continuacion un agente de adsorcion 35, por ejemplo, carbon activo o soluciones de sulfuro metalico, antes de que se separe el componente volatil en la fase de separacion 21. Las sustancias nocivas separadas en la fase de separacion son descargadas a traves de un conducto (no mostrado) desde el sistema. De esta manera, se separa el componente volatil desde la primera corriente parcial 13 de los gases de escape, conducida a traves de la primera lfnea 14, que ha sido enriquecida previamente con el componente volatil desde la primera corriente de materiales brutos 18. En la primera corriente parcial 13 de los gases de escape los componentes volatiles estan contenidos en altas concentraciones, con lo que se puede incrementar esencialmente la eficiencia de la purificacion de los gases de escape en la fase 21 siguiente. Para el incremento adicional de la eficiencia se acciona la primera lfnea 14 del precalentador 2 con una cantidad mas reducida de gases de escape que la segunda lfnea 16 del precalentador. Ademas, la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1 se combina en la direccion de la direccion de la circulacion despues de la fase 21 para la separacion del componente volatil a traves del conducto 33 con la segunda corriente parcial 15 de los gases de escape. Los gases de escape 1 se pueden conducir a continuacion al molino de harina bruta 6. En el funcionamiento directo, los gases de escape 1 son conducidos despues de la confluencia de las corrientes parciales 13, 15 a traves de un conducto 33' directamente al filtro del horno 8.
La figura 4 muestra una forma de realizacion preferida del dispositivo, en la que una porcion de la primera corriente parcial 13 entre la primera lfnea 14 del precalentador 2 y el desempolvador de gases calientes 25 es retornada a la primera lfnea 14 del precalentador 2. A tal fin, esta previsto un conducto de circulacion 32, con el que una porcion de la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1 es ramificada en la direccion de la circulacion detras del ciclon 29 y se recircula en la direccion de la circulacion delante del tubo ascendente 28 a la primera lfnea 14 del precalentador 2. De acuerdo con ello, la porcion de la primera corriente parcial 13 de los gases de escape 1 circula en la primera lfnea 14 del precalentador 2, mientras la porcion restante de la primera corriente parcial 13 se conduce hacia la fase 21, con la que se separa el componente volatil.
Claims (15)
- 510152025303540455055601. - Procedimiento para la separacion de al menos un componente volatil, por ejemplo mercurio, talio, compuestos organicos, compuestos de azufre o de nitrogeno, a partir de gases de escape (1) en la fabricacion de cemento clinker, en el que los materiales brutos (10) para la fabricacion de cemento clinker son conducidos bajo intercambio de calor con los gases de escape (1) a traves de un precalentador (2) y a continuacion son quemados en un horno tubular giratorio (3), siendo evaporado a traves de calentamiento de los materiales brutos (1) en el precalentador (2) el componente volatil ligado en los materiales brutos (10), que se separa de los gases de escape (1), caracterizado porque una primera corriente de materiales brutos (18) con una concentracion mas elevada del componente volatil es separada en una primera lfnea (14) del precalentador (2) y una segunda corriente de materiales brutos (20) con una concentracion mas baja del componente volatil es separada en una segunda lfnea (16) del precalentador (2), en el que la primea lfnea (14) del precalentador (2) es accionada con una primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) del horno tubular giratorio (3) y la segunda lfnea (16) del precalentador (2) es accionada con una segunda corriente parcial (15) de los gases de escape (1) del horno tubular giratorio (3), en el que el componente volatil es separado de la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) conducida a traves de la primera lfnea (14) del precalentador (2), en el que la primera corriente de materiales brutos (18) calentada a una temperatura de al menos 250°C a traves del intercambio de calor con la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) en la primera lfnea (14) del precalentador (2) se combina, a una temperatura esencialmente constante de al menos 250°C, a traves de una lfnea de conexion (26) entre la primera (14) y la segunda lfnea (16) del precalentador (2) con la segunda corriente de materiales brutos (20) de la segunda lfnea (16) del precalentador (2).
- 2. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la primera corriente de materiales brutos (18) contiene polvo de la fabricacion de cemento clinker o porque la primera corriente de materiales brutos (18) contiene una porcion mas alta de compuestos de carbono, compuestos de azufre, por ejemplo pirita o compuestos de amonio, que la segunda corriente de materiales brutos (20).
- 3. - Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque la primera corriente parcial (13) de los gases de escape, conducida a traves de la primera lfnea (14) del precalentador (2), es desempolvada en primer lugar y a continuacion se separa su componente volatil, en el que el polvo separado desde la primera corriente parcial (13) es retornado a la segunda lfnea (16) del precalentador (2).
- 4. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la primera lfnea (14) del precalentador (2) es accionada con una cantidad de gas residual mas reducida, con preferencia tambien con una carga mas elevada de polvo que la segunda lfnea (16) del precalentador (2).
- 5. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la primera corriente de materiales brutos (18) es conducida sucesivamente a traves de al menos dos ciclones (2) de la primera lfnea (14) del precalentador (2) o porque la primera corriente de materiales brutos (18) es cargada en un tubo ascendente (28), allf se mezcla con la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) y a continuacion se conduce en un ciclon (29).
- 6. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) se ramifica desde los gases de escape (1) de la segunda lfnea (16) del precalentador (2), en el que la primera corriente parcial (13) de los gases (1) se ramifica con preferencia entre dos ciclones (27) de la segunda lfnea (16) del precalentador (2), en el que la temperatura de los gases de escape es con preferencia mas alta que 600°C, o porque la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1), vista en la direccion de la circulacion de los gases de escape (1), se ramifica inmediatamente antes de la carga (19) para la segunda corriente de materiales brutos (20), en el que la temperatura de los gases de escape esta con preferencia entre 450°C y 500°C, o porque la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) se ramifica a una temperatura de los gases de escape de entre 750°C y 800°C desde la segunda corriente parcial (15) de los gases de escape (1).
- 7. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque una parte de la primera corriente parcial (13), vista en la direccion de la circulacion de los gases de escape (1), es retornada antes de la separacion del componente volatil a la primera lfnea (14) del precalentador (2).
- 8. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la temperatura de los gases de escape de la primera corriente parcial (13) se baja antes de la separacion del componente volatil.
- 9. - Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el componente volatil, en particular mercurio, es separado con la ayuda de un filtro tubular o con la ayuda de un lavador o con la ayuda de un adsorbente de lecho fijo o de lecho movil desde los gases de escape (1) de la primera corriente parcial (13) y/o porque el componente volatil, en particular amonfaco, es separado con la ayuda de un reactor catalftico selectivo o porque el componente volatil, en particular compuestos organicos, es separado con la ayuda de una combustion51015202530354045termica posterior.
- 10. - Dispositivo para la separacion de al menos un componente volatil, por ejemplo mercurio, talio, compuestos organicos, compuestos de azufre o de nitrogeno, a partir de gases de escape (1) en la fabricacion de cemento clinker, con un precalentador (2), una carga para los materiales brutos necesaria para la fabricacion de cemento clinker en el principio a contracorriente en contra de la direccion de los gases de escape (1) en el precalentador (2), y con un horno tubular giratorio (2) para la combustion de los materiales brutos (10), caracterizado porque el precalentador (2) presenta una primera lfnea (14) que puede ser accionada con una primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) y presenta una segunda lfnea (16), que puede ser accionada con una segunda corriente parcial (15) de los gases de escape (1), en el que la primera lfnea (14) del precalentador (2) presenta una primera carga (17) para una primera corriente de materiales brutos (18) con una concentracion mas elevada del componente volatil y la segunda lfnea (16) del precalentador (2) presenta una segunda carga (19) para una segunda corriente de materiales brutos (20) con una concentracion mas baja del componente volatil, en el que la primera lfnea (14) del precalentador (2) esta conectada con una fase (21) para la separacion del componente volatil desde la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1), en el que entre la primera y la segunda lfneas (14, 16) del precalentador (2) esta dispuesto un conducto de conexion (26), de manera que la primera corriente de materiales brutos (18) calentada a una temperatura de al menos 250°C a traves del intercambio de calor con la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) en la primera lfnea (14) del precalentador (2) se combina, a una temperatura esencialmente constante de al menos 250°C, con la segunda corriente de materiales brutos (20) de la segunda lfnea (16) del precalentador (2).
- 11. - Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado porque la carga (17) para la primera corriente de materiales brutos (18) esta conectada con un acumulador de polvo (12) para el almacenamiento de polvo, con preferencia polvo filtrado por un filtro del horno (8) para el desempolvado de los gases de escapa (1) antes de la salida a la atmosfera, y/o porque la carga (19) para la segunda corriente de materiales brutos (20) esta conectada con un acumulador de harina bruta (24) para el almacenamiento de harina bruto desde un molino de harina bruta (6), en el que el acumulador de polvo (23) esta dispuesto con preferencia separado del acumulador de harina bruta.
- 12. - Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 10 u 11, caracterizado porque la primera lfnea (14) del precalentador (2) presenta un desempolvador de gases calientes (25) para el desempolvado de los gases de escape (1) de la primera corriente parcial (13), cuyo desempolvador de los gases de escape (25) esta conectado a traves de un conducto (26) para el retorno del polvo separado con la segunda lfnea (16) del precalentador (2)
- 13. - Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque visto en la direccion de la circulacion de los gases de escape (1) antes de la fase (21) para la separacion del componente volatil esta previsto un conducto de circulacion para el retorno de una porcion de la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) a la primera lfnea (14) del precalentador (2).
- 14. - Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque entre la primera y la segunda lfneas (14, 16) del precalentador (2) esta previsto un conducto (30) para la ramificacion de la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) desde la segunda corriente parcial (15) de los gases de escape (1).
- 15. - Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque la fase (21) presenta para la separacion del componente volatil en la primera corriente parcial (13) de los gases de escape (1) un filtro tubular o un lavador o un adsorbente de lecho solido o movil o un reactor catalftico selectivo o una combustion termica posterior.
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