ES2903251B2 - Control de volátiles en procesos de fabricación de clínker de cemento (bypass frío) - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Control de volátiles en procesos de fabricación de clínker de cemento (bypass frio)

Objeto de la invención

El objeto de la presente patente de Invención es establecer un método para disminuir la emisión de compuestos volátiles que están en fase gaseosa a una temperatura entre 140 y 190°C, y que son expulsados a la atmósfera durante los periodos en los que el molino de crudo está parado (marcha directa) momento en el que los gases del proceso salen a la atmósfera sin pasar por el molino de crudo a una temperatura alrededor de los 180-190°C, muy superior a la temperatura a la que se emiten dichos gases cuando el molino de crudo está en marcha (marcha mixta) alrededor de 140-150°C y los gases pasan por dicho molino.

Durante la marcha mixta (que dura alrededor del 75% del periodo total de funcionamiento de los hornos de fabricación de clínker de cemento) se conjugan dos fenómenos: por un lado una menor temperatura de los gases debido a que éstos pasan a través del molino de crudo; y por otro lado, el hecho de que, en el molino de crudo, los gases se mezclan con una gran cantidad de materia prima (caliza húmeda) la cual tiene una gran capacidad para retener elementos ácidos o solubles en agua, por lo que se produce la adsorción, sobre las partículas de materia prima que se están moliendo, de una gran proporción de elementos volátiles: Hg, NH ³ , HCI, lAl, Pb, Cd, y otros compuestos volátiles (tanto compuestos orgánicos (COV) como inorgánicos). En estas condiciones, las emisiones de sustancias volátiles son inferiores a los valores límites establecidos por las legislaciones europeas.

A pesar de esta depuración eficiente de contaminantes que se produce en el molino de crudo durante la marcha mixta, periodo en el que estos compuestos no son emitidos al exterior por las chimeneas de los procesos cementeros, estos contaminantes vuelven de nuevo a fase gaseosa al reintroducirse los volátiles en el horno junto a la materia prima que los capturó en el molino de crudo, debido a que la materia prima se somete de nuevo a temperaturas elevadas (>>350°C) en la torre de intercambio de calor en la que estos materiales son introducidos para su cocción. A estas temperaturas, los elementos volátiles vuelven a la fase gaseosa dando lugar a un proceso de recirculación que lleva a un aumento de la concentración de estos compuestos volátiles en los gases del proceso.

Este proceso de recirculación: condensación y adsorción de volátiles sobre la materia prima introducida en el molino de crudo; desorción y volatilización de compuestos volátiles desde la materia prima cuando se introduce en el horno; se rompe durante la denominada marcha directa (25% del tiempo de funcionamiento), momento en el que los gases no pasan por el molino de crudo por lo que las temperaturas de salida por chimenea son más altas y no existe suficiente cantidad de elementos adsorbentes (caliza húmeda) para retener las sustancias volátiles que acompañan a los gases, produciéndose por tanto la emisión de los elementos volátiles a la atmósfera, superándose durante estos periodo los valores límites de emisión de estas sustancias volátiles establecidos por la legislación.

En los procesos cementeros, se producen otros procesos de recirculación para compuestos de cloro, que dan lugar a pegaduras que obligan a parar la marcha para proceder a la limpieza de los conductos en los que se acumula. Para resolver estos problemas operativos, la industria ha desarrollado instalaciones para la purga de los compuestos de cloro, consistente en la extracción de gases a la entrada del intercambiado de calor de la fabricación de clínker (sentido gases) punto en el que los gases están muy concentrados en cloro gas. Estas purgas se denominan bypass de cloro, y es la solución habitual para instalaciones en las que la presencia de cloro procedente de las materias primas o los combustibles que se utilizan es muy elevada. En otras fábricas, en las que no existen dichas instalaciones y presentan problemas de cloro, se procede a la purga del polvo captado en los filtros de final de línea (Clinker kiln dust = CKD) con una concentración de cloro significativa, que se deriva hacia el molino de cemento, permitiendo reducir la concentración de cloro acumulada en el proceso debido al proceso de recirculación, desvío que se puede hacer siempre que la cantidad de cloro existente en el cemento producido permanezca inferior al 2%. En caso contrario, el CKD se convierte en un problema que es necesario resolver de alguna forma, enviando dicho material a vertederos o buscando otras soluciones (el tratar este CKD como residuo supone perder material de mucho valor, ya que se trata de caliza molida y parcialmente calcinada lo que lleva implícito un coste que estamos tirando al vertedero en caso de no encontrar otra solución a la purga de cloro a través del CKD).

Debido a que el bypass de cloro es una extracción a temperaturas elevadas (alrededor de 800-900°C), estos sistemas no logran la eliminación de sustancias que se volatilizan a una temperatura inferior y que no están presentes en los lugares donde se efectúa esta purga. Por el contrario, las purgas de CKD sí suponen una disminución del contenido en volátiles acumulados en los procesos de recirculación y hasta cierto punto alivian las emisiones de volátiles durante la marcha directa del horno. No obstante, en muchas ocasiones, el cemento no es capaz de admitir el CKD necesario para bajar significativamente la concentración de volátiles acumulados en los procesos de recirculación y es necesario buscar otras soluciones para cumplir con los valores límites de emisión en todo momento y no sólo durante la marcha mixta de los procesos.

Antecedentes de la invención

Las fábricas de cemento son instalaciones de reconocida solvencia, con una tecnología en constante evolución, sobre todo a partir de mediados del siglo XX, enfocada básicamente a los problemas derivados de la producción de clínker de cemento, elemento considerado estratégico sobre todo en países en vías de desarrollo, pero también para los países desarrollados, por cuanto las estructuras de hormigón construidas no tienen una vida infinita y será necesario reformarlas.

En los últimos años, a nivel europeo, las fábricas integrales de producción de cemento se han adaptado para reducir costes, principalmente utilizando combustibles alternativos derivados de residuos. Esta adaptación ha sido posible gracias a las condiciones innatas del proceso cementero: altas temperaturas y tiempos de residencia, atmósfera oxidante, medio alcalino; así como a un intenso programa de inversión para adaptar instalaciones y procesos. No obstante, la crisis económica ha venido a golpear duramente al sector, sobre todo en Europa, donde el nivel de infraestructuras construidas es elevado, por lo que las ventas de cemento han caído considerablemente, no siendo necesarias muchas de las plantas instaladas. El aumento de los costes de la energía eléctrica y de los combustibles y sobre todo, el cambio en el marco de la regulación de la asignación de los derechos de emisión, para intentar combatir los efectos del cambio climático, avocan al cierre de muchas plantas integrales de cemento, las cuales se instalarán en países en vías de desarrollo, en los cuales la legislación no sea tan estricta como en Europa, y donde los volúmenes de venta y precio del cemento, prevén fuertes beneficios económicos, comenzando una estrategia para desinvertir en Europa, y trasladar su producción a terceros países.

La destrucción del tejido productivo, debido a estos tres factores conjugados: Aumento de precios de los combustibles y energía eléctrica, aumento de precio por la emisión de gases de efecto invernadero, caída del volumen de venta de cemento; parecen abocar al sector, al cierre definitivo de sus instalaciones en Europa.

Al mismo tiempo, debido a la presión social y de las administraciones, con la aplicación de leyes más rigurosas de control ambiental, las fábricas han debido realizar fuertes inversiones para controlar sus emisiones: partículas canalizadas (filtros de mangas), SO2 (spray dryer), NOx (SCNR), partículas fugitivas (naves, pantallas cortavientos, cierre de cintas, ...), equipos de medición en continuo. La preocupación por estos temas relacionados con la salud y el bienestar, no pueden reducir el nivel de exigencia que las Administraciones deben de exigir a la industria, por lo que en los próximos años estas exigencias aumentarán.

Por otro lado, las características inherentes al proceso de fabricación de cemento que requiere el manejo de materiales pulverulentos, y las críticas de los grupos ecologistas contra los procesos de valorización de residuos, hacen que las fábricas de cemento sean mal percibidas entre muchos sectores de la población, afectados de una forma u otra por el funcionamiento de estas instalaciones. Sobre todo, de aquellas que no han adaptado sus activos a las nuevas necesidades sociales debido a la falta de rentabilidad, que supuso en los últimos años, una caida importante en el nivel de inversión que era preciso realizar para el mantenimiento adecuado de instalaciones, procesos, equipos y capital humano.

A pesar de todo, la sociedad moderna plantea retos adicionales a las industrias:

- Reducción significativa de la emisión de gases de efecto invernadero para luchar contra el cambio climático,

- Mejora en los sistemas de tratamiento de gases contaminantes, a través de sistemas transparentes, debidamente explicados a la ciudadanía,

- Modificación del modelo energético: Aumento en la producción de energía eléctrica para dar servicio al cambio tecnológico que supondrá el paso del motor de combustión al motor eléctrico del parque automovilístico,

- Procesos para la gestión de residuos generados,

- Seguridad y fiabilidad de los sistemas de producción,

- Preservación de recursos a través de políticas de reciclaje,

- Y también, producción de cemento para la fabricación de hormigón necesario para el mantenimiento y mejora de viviendas e infraestructuras.

La industria cementera cuenta con una gran implantación en todo el mundo. Así, mientras que en los países desarrollados que ya no necesitan tanto cemento se produce el cierre de instalaciones, estos mismos países demandan más energía eléctrica y producen más residuos, por lo que se necesitan sistemas para la producción de dicha energía eléctrica y se debe invertir en instalaciones para la gestión adecuada de residuos. Por otro lado, en el resto del mundo, muchos países en vía de desarrollo necesitan la urbanización de sus ciudades, demandando gran cantidad de cemento, lo que obliga a tener unas fábricas en las que se produzca este elemento de construcción de una forma diferente a la que era admisible hasta la fecha, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero, y de otros contaminantes ambientales para evitar el cambio climático y la contaminación del planeta.

Descripción de la invención

La idea se basa en establecer una purga de gases: bypass frio, a la salida de la torre de intercambio de calor (sentido gases) similar a la que existe para extraer cloro en muchas instalaciones de cemento actuales (bypass de cloro: extracción de gases a la entrada de la torre de intercambio de calor (sentido gases)).

Para poder realizar esta purga de gases, se propone la instalación de dos molinos de crudo de capacidad de producción similar, alrededor de un 2% superior e inferior al caudal de crudo alimentado al horno de clínker. De esta forma, en todo momento uno de los molinos estará siempre en funcionamiento mientras que el otro está parado preparado para operaciones de mantenimiento y revisión. Las diferencias en el caudal de alimentación del horno respecto a la producción de los molinos provocarán un aumento o disminución en el nivel de los silos de crudo que actúa como elemento de homogeneización y pulmón. Esta modificación hará que desaparezca la denominada marcha directa, pero dará lugar a un exceso de gases muy calientes (alrededor del 25% del total a una temperatura superior a 360°C), gases que están muy concentrados de elementos volátiles. Para desperdiciar la menor cantidad posible de crudo, el crudo transportado por estos gases será captado mediante multiciclones (con una eficiencia del 80-90%) logrando la separación del crudo y los compuestos volátiles. El crudo separado en los multiciclones puede retornar al horno de clínker libre de volátiles, manteniéndose éstos en la corriente gaseosa, a la que se somete a un proceso de enfriamiento seguido de un proceso de inyección de carbón activo (o de otros elementos adsorbentes) para lograr la adsorción de los compuestos volátiles. El carbón activo se captura posteriormente en filtros de mangas, y se envía a vertederos controlados, quedando los gases libres de elementos contaminantes. Gracias a esta purga fría, se evita la emisión de compuestos volátiles, también de cloro, tanto a través de la corriente del bypass frío, como de la corriente que pasa por los molinos de crudo, ya que la concentración global de los gases en ningún momento está incrementada por los fenómenos de recirculación.

Esta idea que, en principio, podría ser considerada como más cara al tener que instalar un segundo molino de crudo y un equipo de multiciclones, no lo es tanto si se considera que:

- alguno de los equipos de las dos instalaciones de la molienda de crudo puede ser compartidos, por lo que no es necesario duplicarlos,

- los molinos y el resto de los equipos de las instalaciones de molienda son más pequeños que el que sería necesario si sólo se montase un molino,

- el silo de crudo para la producción de clinker no necesita ser tan grande,

- no es necesario construir una torre de acondicionamiento de gases.

Sobre esta última afirmación, es necesario tener en cuenta que los gases calientes de purga bypassan los molinos de crudo y se podrían utilizar aprovechando su energía en diferentes procesos:

- secado de materias vegetales que serían posteriormente utilizados como combustibles, - procesos de pirólisis de materia orgánica residual,

- o mezclándolo con los gases de bypass de cloro de los propios procesos cementeros como quenching inicial de estas corrientes para unificar las instalaciones de depuración de ambos procesos de purga.

En definitiva, con esta purga de gases a la salida del intercambiador de calor de los procesos de fabricación de clinker (sentido gases), se logra sacar los volátiles del proceso de recirculación descrito para las instalaciones habituales: condensación y adsorción de volátiles sobre la materia prima introducida en el molino de crudo; desorción y volatilización de compuestos volátiles desde la materia prima cuando se introduce en el horno; captando estos compuestos volátiles en instalaciones de adsorción de carbón activo mucho más pequeñas que las que serían necesario para el tratamiento de los gases durante la marcha directa de las fábricas habituales con el objetivo de evitar las emisiones de volátiles durante estos periodos de funcionamiento en los cuales se superan normalmente los valores de emisión de estos contaminantes establecidos por la legislación ambiental.

Una alternativa que puede ser empleada en instalaciones con un solo molino de crudo, sería la de enviar el CKD en los que están adsorbidos una gran cantidad de sustancias volátiles (también cloro), hacia instalaciones de recalentamiento en las que se elevaría la temperatura para la evaporación de los volátiles adsorbidos en el CKD, pasándolos a otra corriente de gases más pequeña a la que someter a un proceso de enfriamiento, para la posterior condensación de los contaminantes volátiles sobre otros elementos adsorbentes (caliza húmeda, carbón activo, Biochar activado) utilizando equipos mucho más pequeños ya que el caudal de gases es mucho menor. Este proceso reduciría significativamente la cantidad de volátiles acumulada durante el proceso de recirculación que se produce durante la marcha mixta de los procesos de fabricación de clínker, y que se emiten durante el proceso de marcha directa superando el valor limite de emisión.

Breve descripción de los dibujos

Para la mejor comprensión de cuanto se ha descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan sólo a título de ejemplo, se representa el concepto básico de funcionamiento y disposición del proceso, así como de los distintos elementos auxiliares que podrían añadirse para la optimización de este.

En la figura 1 se representa en función del tiempo (eje de abscisas) la Evolución del nivel del silo de crudo (toneladas) (línea amarilla) (eje de ordenadas secundario (a la derecha)) en el caso de operar con un sólo molino de crudo con una producción (toneladas/hora) (línea azul) (eje de ordenadas principal (a la izquierda)) sustancialmente superior al consumo de crudo en el horno (toneladas/hora) (línea gris) (eje de ordenadas principal (a la izquierda)), lo que implica que sea necesario pararlo alrededor del 25% del tiempo (marcha directa). Este es el proceso habitual de funcionamiento de las instalaciones de fabricación de clínker de cemento, en las que sólo existe un molino de crudo.

En la figura 2 se representa en función del tiempo (eje de abscisas) la Evolución del nivel del silo de crudo (toneladas) (línea amarilla) (eje de ordenadas secundario (a la derecha)) en el caso de operar con dos molinos de crudo con producciones (toneladas/hora) (líneas azul y roja) (eje de ordenadas principal (a la izquierda)) ligeramente superior e inferior al consumo de crudo en el horno(toneladas/hora) (línea gris) (eje de ordenadas principal (a la izquierda)). Llevado al extremo en el que todas las producciones y consumos fueran iguales, podría incluso no ser necesario la construcción de un silo de crudo.

Comparando ambas figuras se observa la evolución del nivel en los silos de crudo dependiendo de las dos situaciones descritas. Se observa la mayor producción del molino de crudo cuando sólo existe un molino, así como la necesidad de un silo de crudo mucho más grande para poder operar el 75% del tiempo en marcha mixta, reservando el 25% del tiempo para operaciones de mantenimiento y revisión. En el caso de la existencia de 2 molinos de crudo, cada uno dispone del 50% del tiempo de operación para poder realizar operaciones de mantenimiento y revisión, incluso, en caso de necesidad, sería posible forzar la variación en la producción de uno sólo de ellos, mientras se estuviera realizando una operación de reparación con el otro, sin necesidad de parar el horno, a costa de una mayor exigencia en el funcionamiento del otro molino. Adicionalmente, es de interés que para el mismo tiempo de operación la variación de crudo almacenado en el silo de crudo solo varía entre 500 y 950 t, mientras que, en el caso de un solo molino de crudo, el silo en el que almacenar este material varía entre 500 y 10.500 t, lo que requiere necesariamente la inversión de un silo mucho más grande para permitir la operación del proceso.

En la figura 3 se representa un Equipo de Desorción de volátiles contenidos en el crudo captado por los filtros de final de línea de los procesos cementeros. El calor utilizado para la volatilización puede ser el contenido en cualquier corriente del proceso con temperatura suficiente. Idealmente, el gas de la tradicional purga de cloro (bypass de cloro) antes de ser enfriado en el proceso de quenching puede ser utilizado para aportar el calor necesario. Estos equipos están constituidos por:

(1) Entrada de la corriente de gases calientes (temperatura en torno a 800°C), procedentes del bypass de cloro o de otra fuente de calor.

(2) Salida de la corriente de gases calientes enfriados por el CKD.

(3) Entrada de CKD con volátiles.

(4) Salida de CKD sin volátiles.

(5) Sistema de giro de CKD para permitir la retención del CKD y aumenta la volatilización de los compuestos adsorbidos: Sucesión de platos fijos (5.3) con un agujero pasante (5.1) hacia el nivel inferior, más un eje (5.4) con aspas (5.2) que giran para mover al CKOD a lo largo del plato fijo aumentando el tiempo de residencia del CKD en el equipo de desorción, permitiendo la transferencia de calor y la volatilización de los compuestos volátiles capturados en el CKD.

(6) Salida de los volátiles del CKD. Estos compuestos pueden unirse a la salida de la corriente de gases de calientes (2) en el caso de que esa corriente proceda del bypass de cloro o tener su camino independiente hacia el sistema de enfriamiento y captura de volátiles sobre elementos adsorbentes.

En la figura 4 se representa el croquis de una fábrica integral de cemento con un solo molino de crudo.

En la figura 5 se representa el croquis de una fábrica integral de cemento con un solo molino de crudo a la que se le ha añadido un bypass de cloro.

En la figura 6 se representa el croquis de una fábrica integral de cemento con un bypass de cloro, a la que se le ha sustituido el molino de crudo por dos molinos más pequeños para liberar una porción de gases para la realización de una purga de volátiles ligeros, los cuales se han enviado a los equipos de quenching del bypass de cloro. Adicionalmente, se incluye el equipo de desorción de volátiles acumulados en el polvo de CKD captado por el filtro de final de línea.

Las tuberías de gases y líquidos y los fluidores, cintas, elevadores u otros equipos empleados para el movimiento de sólidos que conectan los equipos de los croquis de las figuras 4, 5 y 6, por los que circulan los distintos tipos de materiales del proceso cementero se representan atendiendo al siguiente código:

- Las líneas continuas corresponden a flujos de gases/aire/oxígeno.

- Las líneas punteadas corresponden a flujos de agua/vapor.

- Las líneas compuestas por raya y punto corresponden a flujos de materias sólidas:

materias primas, crudo, clínker, polvo CKD, polvo del Bypass o inyección de carbón activo o de cualquier adsorbente apropiado.

- Las líneas compuestas por raya y dos puntos corresponden al flujo de combustibles.

En la figura 7 se puede ver la evolución en función del tiempo (eje de abscisas) de las emisiones de NH3 (mg/Nm3 bs 10%O2) (línea continua) dependiendo de que el proceso esté en marcha mixta o marcha directa situaciones que se distinguen gracias a la temperatura (°C) (línea discontinua). Se puede ver que las emisiones en marcha mixta (temperatura de gases alrededor de 140°C) es de alrededor de 10 mg/Nm3 bs 10%O2, mientras que en marcha directa (temperatura de los gases alrededor de 200°C) las emisiones de NH3 sube a 50 mg/Nm3 bs 10%O2. Otros compuestos con volatilidad similar a la del NH3 (Hg, Cd, Tl, lAl, etc.) tienen una evolución similar.

Descripción de una realización preferida

Las formas para aplicar este modelo pueden variar dependiendo de las diversas configuraciones de la fábrica de cemento concreta y del nivel de inversión que se desee acometer para reformar una instalación existente.

En general, se debe considerar que todos los procesos cementeros constan de una entrada de materias primas (3000), las entradas de combustibles (1000) y una salida de cemento para su expedición (2000).

La línea básica de fabricación de clínker de cemento sería:

La línea de fabricación de clínker puede ser cualquier línea de producción habitualmente instalada en el mundo. Aunque las fábricas pueden tener configuraciones muy variadas, lo más habitual sería que contuviera los elementos descritos en la figura 4 (el modelo, número y tamaño de cada equipo instalado depende del grado de innovación de cada instalación):

(1) Enfriador de clínker: El clínker caliente (1.450°C) que cae a este equipo procedente del horno (2), se enfría con aire atmosférico aportado por unos ventiladores. Los gases calientes generados en el proceso de enfriamiento se usan como aire secundario para la combustión del combustible (1000) utilizado en el propio horno (2) o el precalcinador (3). El aire que sobra se lleva al filtro (10) gracias a la depresión generada en el circuito por ventiladores situados adecuadamente a lo largo del proceso.

(2) Horno de clínker: En este equipo el crudo (materia prima mezclada y molida) procedente de la torre de intercambio (4), alcanza la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones de clinkerización (~1.450°C). Parte del aire caliente producido en el enfriador (1) (1.100°C) se usa como aire secundario para la combustión de diferentes tipos de combustibles alimentados a través de un quemador apropiado existente.

(3) Precalcinador: Elemento en el que se realiza una combustión adicional, reduciendo la combustión que se realiza en el horno (2). Se logra reducir la carga térmica de la combustión del quemador del horno (menos NOx), combustionar otro tipo de combustibles, reducir las pérdidas de calor en el horno, así como le proporciona estabilidad a todo el proceso de producción. El calor generado en el precalcinador se emplea en la descarbonatación de la caliza y la deshumidificación, produciéndose la unión de las corrientes de gases calientes generados en el precalcinador con el crudo procedente de la torre de intercambio de calor (4). Para la combustión del combustible aportado se usa como comburente el aire caliente procedente del enfriador (1).

Cuanto más moderna sea la línea en la que aplicar la invención se puede mejorar la eficiencia del sistema, por lo que es recomendable la instalación de este precalcinador anexo a la torre de intercambio de calor (4), si bien este elemento no resulta imprescindible. La cantidad de combustible a inyectar en el precalcinador debe ser la adecuada para propiciar la combustión completa de todo el combustible atendiendo a la cantidad de oxígeno realmente disponible, asegurando un tiempo de residencia adecuado a alta temperatura a todos los gases de combustión para la destrucción completa de compuestos orgánicos complejos (T>850°C durante más de 2”).

(4) Torre de intercambio de calor: Existen una gran variedad de diseños. En general se trata de una serie de ciclones en los que se produce el intercambio de calor a contracorriente entre el crudo descendente dosificado convenientemente en los ciclones superiores de la torre de intercambio procedente del silo de crudo (5), con el calor ascendente de los gases de combustión procedente del horno (2) y del precalcinador (3). En este equipo se eleva la temperatura de la materia prima hasta aproximadamente 900°C, produciéndose la deshumidificación y la descarbonatación de la caliza.

(5) Silo de crudo: Para almacenar y termina de homogeneizar la materia prima finamente molida procedente del molino de crudo (7) para su posterior dosificación al sistema a través de la torre de intercambio de calor (4) según el nivel de producción que se fije. (6) Torre de acondicionamiento de gases: Equipo necesario para bajar la temperatura de gases de salida de la torre de intercambio de calor (4), antes de pasar al filtro (8) en el caso de que el molino de crudo (7) esté parado.

(7) Molino de crudo: Equipo necesario para mezclar, secar y moler los distintos tipos de materias primas (3000) que se unen para conformar un material fino o crudo con la composición necesaria para almacenar en el silo de crudo (5) antes de su alimentación al resto del proceso.

(8) Filtro final de línea del sistema horno - molino de crudo: Filtro para eliminar partículas que acompañan a la corriente de gases de salida procedente de la torre de acondicionamiento de gases (6) o del molino de crudo (7). Las partículas finas captadas, denominadas CKD, se suelen almacenar en el silo de crudo (5), aunque es posible también enviarlas al molino de cemento (13).

(9) Chimenea: Para emitir y difundir los gases de salida del proceso de combustión tras ser eliminadas las partículas por el filtro (8).

(10) Filtro final de línea del proceso de enfriamiento de clínker: Filtro para eliminar partículas que acompañan a la corriente de aire de salida del enfriador de clínker (1) que no se ha empleado como aire secundario en el horno (2) o terciario en el precalcinador (3). Las partículas finas captadas se envían a la nave de clínker (12). El filtro puede incluir un sistema de refrigeración de aire para bajar la temperatura del aire del enfriador de clinker (1) con el objeto de proteger las mangas del filtro. A la salida de este filtro existe un ventilador que tira de los gases para mantener la presión en la cabeza del horno en torno a 1 atm.

(11) Chimenea: Para emitir y difundir los aires excedentes de salida del proceso de enfriamiento de clinker (1) que pasan por el filtro final de línea del proceso de enfriamiento de clínker (10).

(12) Nave de clínker: Almacenamiento del clínker formado en el horno (2) tras ser enfriado en el enfriador de clínker (1), así como el clínker fino recogido en el filtro (10).

(13) Molino de cemento: Equipo necesario para moler el clínker acumulado en la nave 20 de clínker (12) con yeso y otros materiales (cenizas volantes, escoria de horno alto, CKD, etc.) para conformar los distintos tipos de cementos (2000) que se producen en la planta.

(14) Silos, ensacadoras y otros sistemas de expedición: Para almacenar en distintos formatos los cementos producidos en el molino de cemento (13) hasta su venta.

A esta configuración básica, en instalaciones con problemas de cloro, se añade el bypass de cloro, consistente en una extracción de gases en la zona de entrada a la torre de intercambio de calor (sentido gases) (4). Esa línea está compuesta por varios elementos:

(15) Punto de extracción de gases calientes: A la entrada de la torre de intercambio de calor (sentido gases) (4) cerca del horno de clínker (2), zona con una elevada concentración de cloro en estado gaseoso, por lo que es punto ideal para extraer gases con el objetivo de purgar al sistema de la presencia de cloro, elemento en el que se va enriqueciendo el proceso debido a fenómenos de recirculación, y que termina provocando problemas de pegaduras en la torre de intercambio de calor (4).

(16) Quenching: Equipo de enfriamiento de los gases muy calientes (900°C) y habitualmente muy ricos en cloro extraídos del proceso en el punto de extracción de gases calientes (15). Para enfriar estos gases se emplea aire ambiental (4000).

(17) Filtro del bypass de cloro: Filtro para eliminar partículas ricas en cloro que acompañan a la corriente de gases de salida del quenching (16). A la salida de este filtro existe un ventilador que tira de los gases. Las partículas finas captadas denominadas polvo de Bypass (5000) se envían a vertedero, aunque existen otras opciones que se pueden aplicar para su tratamiento e integración en el ecosistema. El quenching (16) y el filtro (17) no son imprescindibles para los procesos de producción de clínker, si bien, debido a la gran cantidad de combustibles derivados de residuos con alto contenido en cloro que se utilizan, con objeto de evitar los problemas de los fenómenos de recirculación de cloro (pegaduras y atranques), es un elemento muy útil que será cada vez más necesario proceder a su instalación ya que es una solución muy efectiva para el control de pegaduras y atranques.

A este sistema de producción de clínker de cemento se le pueden hacer las mejoras que se plantean en este documento para las que se pide su reconocimiento como patente de invención.

Purga de Materiales Volátiles (Bypass frío):

A la instalación definida con la presencia del bypass de cloro, se le hacen las siguientes modificaciones:

- Se anula la torre de acondicionamiento de gases (6).

- El molino de crudo se sustituye por dos molinos de crudo (7) de igual capacidad de producción que la alimentación de crudo del horno. Esto genera una corriente de gases calientes excedentes a la salida de la torre de intercambio de calor (sentido gases) (4), rica en elementos volátiles la cual es la corriente de purga del bypass frío.

- Los gases limpios de partículas de las corrientes del bypass frío y del bypass de cloro se conducen al quenching (16) en el que se unificar las corrientes al mismo tiempo que se realiza un primer quenching al bypass de cloro.

- Asimismo, se deben considerar la inclusión de los siguientes equipos:

(18) Multiciclón: Ciclones de alta velocidad para la separación de partículas de la corriente de gases calientes (en torno a 360°C) a instalar en la purga del bypass frío justo a la salida de la torre de intercambio de calor (sentido gases) (4) (rendimiento de separación 80 - 90%). Opcionalmente se puede situar otro multiciclón en los gases del bypass de cloro antes del quenching (16).

(19) Equipo para la desorción de volátiles: A una corriente de gases con temperatura elevada (por ejemplo, en los gases del bypass de cloro) se le puede acoplar un equipo para la eliminación de volátiles acumulado en el CKOD. En instalaciones que no puedan permitirse la sustitución de un molino de crudo por dos molinos de igual producción para liberar un excedente de gases con los que purgar el sistema de volátiles, se puede establecer únicamente este equipo de desorción de volátiles para la purga de volátiles captados en el CKD, disminuyendo la concentración de estos elementos volátiles en la corriente de gases del proceso de fabricación de clínker, pudiendo reducir de esta forma las emisiones de volátiles que se producen durante la marcha directa. Si la instalación no dispone de bypass de cloro se debe establecer una fuente caliente para volatilizar los compuestos volátiles captados en el CKD. De una forma u otra, se consigue conducir los volátiles a un flujo de gases de menor caudal y mayor concentración de elementos volátiles en donde se procederá a su captura definitiva.

(20) Sistema de captura de volátiles: En cualquier caso, para realizar la captura final de los compuestos volátiles, se debe proceder al enfriamiento definitivo de la corriente de gases de purga mediante la inyección de aire frio, agua o cualquier otro sistema de refrigeración (4000), y a la inyección de un elemento adsorbente (carbón activo, caliza húmeda, Biochar activado, etc.) (5000) sobre el que se adsorberán los elementos volátiles. Estos elementos adsorbentes son separados de la corriente gaseosa mediante un filtro de final de línea (17). El producto sólido resultante mezcla de adsorbente y crudo (6000) debe ser inertizado y depositado en vertedero.

Como resumen, se consigue reducir los fenómenos de recirculación de volátiles (también de cloro), permitiendo una menor emisión de estos elementos durante la marcha directa de los procesos de fabricación de clinker. Asimismo, se reduce la cantidad de crudo desperdiciado que debe ser llevado a vertedero (gracias a la presencia de multiciclones (18)). Los equipos de depuración de volátiles son más pequeños (a veces son los mismos que los necesarios para establecer la tradicional purga de cloro), por lo que la necesidad de inversión es menor que si se optase por establecer un sistema de captura de volátiles con carbón activo u otro elemento adsorbente al final de la línea del proceso de fabricación de clínker durante la marcha directa. Los gastos de operación también son menores ya que las necesidades de elementos adsorbentes son menores al tratarse caudales de gases más pequeños y concentrados en sustancias volátiles que los gases de final de la línea del proceso de fabricación de clínker durante la marcha directa.

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1.- Control de volátiles en procesos de fabricación de clínker de cemento en fábrica en las que existe un bypass de cloro, que comprende la instalación de dos molinos de crudo (7) cada uno de producción similar a la cantidad de crudo necesaria para alimentar a dicho horno de clínker, con el objetivo de liberar una corriente continua de gases de exceso utilizada como purga de volátiles (bypass frío), corriente que, tras la eliminación de las partículas que arrastra y las partículas arrastradas por el bypass de cloro mediante multiciclones (18) de alta eficiencia, se unen ambas corrientes propiciando el quenching de los gases del bypass de cloro, a continuación se incorpora un sistema de captura de volátiles (20) mediante la refrigeración e inyección de adsorbente para la adsorción de elementos volátiles (cloro incluido), caracterizado por:

- Añadir multiciclones (18) de alta eficiencia para la eliminación de las partículas del bypass de cloro y de la corriente de purga.

- Unión de las purgas de volátiles con los gases del bypass de cloro en un primer enfriamiento (quenching) (16) de los gases del bypass de cloro, previo al sistema de refrigeración e inyección de adsorbente (20).