ES2923580T3 - Producción de clínker por oxicombustión con suministro de oxígeno especial - Google Patents

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Abstract

Métodos y sistemas para la producción de clínker de cemento, en los que un gas que contiene oxígeno, que tiene una proporción del 15 % en volumen o menos de nitrógeno y una proporción del 50 % en volumen o más de oxígeno, se guía desde una primera sección de el enfriador directamente contiguo al cabezal del horno al horno giratorio y opcionalmente también guiado al calcinador y en el que más del 50% en volumen (preferiblemente más del 85% en volumen) de los flujos de gas suministrados a los procesos de combustión en total consisten en oxígeno. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Producción de clínker por oxicombustión con suministro de oxígeno especial
La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de clínker de cemento, guiándose un gas con contenido de oxígeno, el cual presenta una proporción de 15 % en volumen o menos de nitrógeno y una proporción de 50 % en volumen o más de oxígeno, desde una primera sección, que limita directamente con el cabezal de horno, del refrigerador, al horno rotativo y dado el caso adicionalmente al calcinador.
Del estado de la técnica se conocen procedimientos e instalaciones, en cuyo caso se introduce y se precalienta aire en el refrigerador de clínker, pudiendo fluir una parte de este aire al horno. Es conocido además de ello, entregar al refrigerador en lugar de aire, mezclas de CO2 y O2.
Son ejemplos del estado de la técnica los documentos EP 1037005 B1, JP 2007-126328 A o DE 100 13929 C2. Son ejemplos adicionales los documentos WO 99/06778 A1 y US 3162431 A.
Debido a los requisitos cada vez mayores en lo que a economía y ecología se refiere, continúa existiendo una demanda de instalaciones y procedimientos mejorados para la producción de clínker de cemento.
Ha sido, por lo tanto, entre otros, el objetivo de la presente invención, poner a disposición un procedimiento mejorado para la producción de clínker de cemento, que no presenten las desventajas del estado de la técnica, o que, con respecto a las instalaciones y procedimientos del estado de la técnica, estén mejorados en lo que a economía y ecología se refiere.
El objetivo se consigue en el marco de la presente invención mediante los objetos de las reivindicaciones que acompañan, representando las reivindicaciones secundarias configuraciones preferentes.
Otras configuraciones de acuerdo con la invención resultan de la siguiente descripción.
La presente invención se refiere en una forma de realización a un procedimiento para la realización en una instalación de horno rotativo para la producción de clínker de cemento, que configura un dispositivo para el suministro de gas con contenido de oxígeno, el cual presenta una proporción de 15 % en volumen o menos de nitrógeno y una proporción de 50 % en volumen o más de oxígeno, desde una primera sección, que limita directamente con el cabezal de horno, del refrigerador, al horno rotativo y dado el caso adicionalmente al calcinador y estando configurada la instalación para suministrar flujos de gas a los procesos de combustión, los cuales consisten en suma en más del 50 % en volumen, preferentemente en más del 85 % en volumen, en oxígeno.
En otra forma de realización la presente invención se refiere correspondientemente a un procedimiento para la producción de clínker de cemento, guiándose un gas con contenido de oxígeno, el cual presenta una proporción de 15 % en volumen o menos de nitrógeno y una proporción de 50 % en volumen o más de oxígeno, desde una primera sección, que limita directamente con el cabezal de horno, del refrigerador, al horno rotativo y dado el caso adicionalmente al calcinador, consistiendo los flujos de gas suministrados a los procesos de combustión en suma en más del 50 % en volumen, preferentemente en más del 85 % en volumen, en oxígeno.
El procedimiento de acuerdo con la invención puede compararse por lo tanto con una forma de procedimiento por oxicombustión.
Con respecto a los conceptos conocidos hasta el momento, el procedimiento de la presente invención se define entre otros, porque no se entrega como gas secundario en el cabezal de horno ninguna mezcla O2/CO2 habitual, sino que se usa un gas de oxígeno lo más puro posible. Esto hasta ahora, debido a problemas a esperar debidos a altas temperaturas de combustión en el horno rotativo y a flujos de volumen de gas reducidos (es decir, capacidad de carga menor del o de los gases, de material sólido, en el calcinador y zona de calentamiento previo), no se ha tenido en consideración con mayor detalle. Mediante varias adaptaciones precisas del proceso estos problemas pueden no obstante superarse y conducen como consecuencia a una altura constructiva claramente reducida y a un requerimiento de espacio reducido de la instalación con al mismo tiempo concentración de CO2 más alta en el gas de escape.
En formas de realización preferentes de la presente invención la instalación de horno rotativo consiste en un precalentador de ciclón, en un calcinador en línea sin conducción de aire terciaria, en un horno rotativo y en un refrigerador. Desde el refrigerador se extiende una conducción para aire central hacia una etapa de ciclón media en el precalentador y a continuación hacia el molino de crudo.
En formas de realización preferentes de la presente invención el precalentador de ciclón consiste en una cascada de ciclón de varias etapas, que funciona con una cantidad de gas claramente menor. El caudal volumétrico de gas de escape tras el precalentador se encuentra en aproximadamente 0,50 a 0,70 Nm3/kg de clínker. La proporción de cantidad de entrega con respecto al gas de escape es posible por lo tanto más alta que hasta ahora y es en una variante de 1 kg/kg a 2 kg/kg de material sólido con respecto al gas, preferentemente de 1,3 kg/kg a 1,9 kg/kg de material sólido con respecto al gas. En paralelo con respecto a la cascada de ciclón está prevista una etapa de ciclón adicional, que se carga con aire caliente del refrigerador. En relación con el flujo de harina esta etapa adicional se encuentra en una configuración preferente centralmente dentro de la cascada de ciclón.
En caso de que el aire de escape deba aprovecharse para fines alternativos al precalentamiento de la harina, es posible también que el precalentamiento se produzca solo mediante gases de escape del calcinador.
En otras formas de realización de la presente invención el precalentador puede estar configurado como reactor de lecho fluidizado, en particular en forma de un llamado lecho fluidizado formador de burbujas.
En correspondencia con ello se ajusta en algunas formas de realización de la presente invención en el caso de precalentamiento la proporción de material sólido suministrado con respecto al gas de escape a más de 1,0 kg, preferentemente a más de 1,3 kg por cada 1 kg de gas, preferentemente de 1 kg/kg a 2 kg/kg de material sólido con respecto al gas, de manera particularmente preferente de 1,3 kg/kg a 1,9 kg/kg de material sólido con respecto al gas, o la instalación está configurada correspondientemente para ajustar una proporción de este tipo en el precalentador (cantidad de entrega con respecto a flujo de gas de escape).
El calcinador se corresponde esencialmente con el diseño clásico, siendo la proporción de material sólido-gas claramente más alta, se producen localmente cargas de material sólido de más 2 kg por cada kg de gas, por ejemplo 2 kg a 8 kg por cada kg de gas. En el calcinador se transforma la mayor parte (más del 60 %, por ejemplo, aproximadamente el 80 % del calor de combustible. Mediante la harina presente se da a pesar de la concentración de oxígeno inicial de aproximadamente 75 % un disipador de calor suficiente, que evita un sobrecalentamiento. En caso de que deba quemarse combustible de reemplazo grueso (con longitudes de canto de > 100 mm), ha de preverse dado el caso una zona inclinada con tiempo de permanencia mayor para el combustible. Son ejemplos de estos tipos de zona adecuada, escalones, rejillas de avance, rejillas de retroceso, etc.
En correspondencia con ello se ajusta en algunas formas de realización de la presente invención en el paso de calcinado la proporción de material sólido suministrado con respecto al gas de escape a más de 1,0 kg, preferentemente a más de 1,3 kg por cada 1 kg de gas, preferentemente de 1 kg/kg a 2 kg/kg de material sólido con respecto al gas, de manera particularmente preferente de 1,3 kg/kg a 1,9 kg/kg de material sólido con respecto al gas, o la instalación está configurada correspondientemente para ajustar en el calcinador una proporción de este tipo.
Dado que la instalación funciona en el marco de la presente invención preferentemente sin “aire terciario" o “gas terciario" (es decir, un flujo de gas, el cual está conmutado al horno mediante conductor de derivación y conectado al calcinador), no puede por ejemplo usarse una cámara de combustión separada, solicitada con “aire terciario" o “gas terciario" en el modo de construcción habitual.
Son alternativas posibles en el marco de la presente invención preferentemente una inundación del combustible en la zona inclinada del calcinador con el gas de escape de horno como variante integrada en el calcinador o una configuración acortada, la cual está dispuesta en uno de los calcinadores sin superficies inclinadas.
Al horno rotativo se aplica flujo en el marco de la presente invención con gas caliente de la sección delantera del refrigerador. A este respecto se trata de un gas con contenido de oxígeno, el cual presenta una proporción de 15 % en volumen o menos de nitrógeno y una proporción de 50 % en volumen o más de oxígeno.
En una variante de la presente invención se trata a este respecto de oxígeno lo más puro posible (más del 90 %). El quemador de horno rotativo guía el combustible a la zona de sinterización, para lo cual como gas de transporte para el combustible se usa CO2 recirculado o una mezcla de CO2 y oxígeno.
La cantidad de combustible se selecciona en el marco de la presente invención de tal modo que se alcanza la consistencia de zona de sinterización requerida. Para la producción de clínker de cemento se pone a disposición mediante la combustión una primera zona caliente del horno de aproximadamente 1/3 de la longitud de horno total, cuya función es la formación de C3S (silicato tricálcico o alita) y en cuyo punto más caliente se alcanzan temperaturas de material de más de 1450 °C. Para garantizar una suficiente extensión de la zona caliente hasta aproximadamente el primer tercio del horno, es concebible en algunas formas de realización el uso de combustibles más gruesos en comparación con el estado de la técnica, dado que en la atmósfera de oxígeno caliente se produce una combustión muy rápida. Simultánea o alternativamente es concebible reducir la compresión de gas primario y/o de lado de ventilador, que es necesaria habitualmente en quemadores de horno rotativo, para formar la llama. Ambas cosas dan como resultado ahorros en el consumo de energía eléctrico y máquinas de flujo más pequeñas para el aumento de la presión y la aceleración del gas primario. La cantidad de combustible transformada en la zona de sinterización se encuentra en 20 % o más del calor de combustible total. Dado que al horno rotativo se suministra la totalidad de la cantidad de oxígeno, que es necesaria para el proceso de combustión, el excedente de oxígeno en la zona de sinterización se encuentra en aproximadamente A = 5 (es decir, excedente en lo que se refiere a la cantidad de oxígeno necesaria para la combustión).
Es posible no obstante de igual modo en el marco de la presente invención, quemar clínker con contenidos altos de C3S y contenidos bajos de C2S (silicato dicálcico). La mineralogía de clínker se ajusta habitualmente a través de la mezcla de harina cruda. Son valores habituales para clínkeres de cemento con 65 % de C3S, 13 % de C2S, etc., un estándar de cal de 95, TM = 2,3 (módulo de alúmina), SM = 2,5 (módulo de silicato). Cuando se ajusta una temperatura más alta en la zona de sinterización con el mismo tiempo de permanencia, es posible aumentar el estándar de cal. En este caso se logra con los mismos contenidos de cal libre en el producto un contenido de C3S mayor. Los clínkeres ricos en C3S logran propiedades de resistencia mejores en el cemento en comparación con clínkeres más pobres en C3S. Dado que el componente C2S es más difícil de moler que el componente C3S, el contenido de C3S más alto da lugar además de ello a una reducción de la necesidad energética eléctrica necesaria para la molienda del cemento.
Alternativamente existe también la posibilidad de reducir el tiempo de permanencia del material en el horno. Es posible en variantes, acortar los hornos en relación con el tiempo de permanencia, cuando en el caso de temperaturas más altas ha de producirse clínker de cemento con los “valores estándar" indicados arriba. Una realización preferente podría consistir en girar entonces los hornos con mayor velocidad (por ejemplo, con más de 5 rpm) y/o en ajustar una inclinación de horno menor.
Debido a la puesta a disposición de oxígeno muy elevada en la zona de sinterización puede contarse en caso de una combustión rápida, también con combustibles menos preparados. A este respecto puede tratarse de combustibles más gruesos, más húmedos o con valores caloríficos menores. En caso de usarse para el procedimiento de acuerdo con la invención por ejemplo un combustible sólido como carbón, el combustible ha de molerse menos fino. Esto ahorra energía eléctrica, la cual de lo contrario debería ponerse a disposición para la molienda del combustible. El combustible puede no obstante también estar menos bien secado. Esto ahorra energía térmica, la cual puede aprovecharse de otro modo. El procedimiento de acuerdo con la invención o la instalación de acuerdo con la invención son por lo tanto ventajosos en particular para el uso de fracciones de desecho, los llamados combustibles de reemplazo.
La llama en el horno de combustión puede por ejemplo enfriarse mediante los tres siguientes métodos A), B) y C) o una combinación de ellos. Esto es ventajoso en particular en caso de que la cantidad de combustible o las condiciones de combustión necesarias para la combustión, en particular la atmósfera de oxígeno muy enriquecida, conduzca a temperaturas de llama demasiado altas.
A) Retroalimentación de una parte del gas de escape de horno tras la entrada en el horno, unida con un enfriamiento deliberado de este gas. El enfriamiento del gas se produce preferentemente de forma indirecta con un intercambiador de calor, al cual puede haber preconectada una instalación de extracción de polvo, como por ejemplo un ciclón de separación. La cantidad de calor extraída mediante el intercambio de calor indirecto puede estar incorporada en un concepto para el aprovechamiento del calor residual.
B) Retroalimentación de una parte del gas de escape de horno mediante un ramal de calcinación separado al cual hay postconectado un separador de ciclón, unido con un enfriamiento deliberado de este gas. El enfriamiento del gas se produce preferentemente de modo directo en el calcinador separado con ciclón de separación, en cuanto que una parte de harina cruda no desacidificada puede entregarse al flujo de gas y ajustarse su temperatura de gas.
C) Entrega de polvo de clínker al aire caliente suministrado al horno. De este modo prácticamente se estira la llama, las zonas calientes del horno se desplazan en dirección hacia el centro del horno, también funciona con más calor la zona de la entrada al horno. Esto conduce en general a una reducción de la necesidad de energía en la zona de calcinador.
El refrigerador, o el refrigerador de clínker, pueden dividirse en lo que a técnica de procedimiento se refiere, en al menos tres partes diferentes funcionalmente:
- una primera parte, a la cual se suministra el gas con contenido de oxígeno y en la cual el oxígeno se precalienta y se suministra al horno rotativo. Esta parte se diferencia con respecto al proceso de fabricación de cemento convencional y con respecto a los procesos por oxicombustión conocidos, debido a que con respecto a los procesos de producción de cemento convencionales no se usa aire del entorno y con respecto a los procesos por oxicombustión conocidos no se produce ninguna mezcla previa de gas de escape de precalentador recirculado con oxígeno y debido a ello se suministra al horno una cantidad de gas menor. Al mismo tiempo se recupera no obstante calor del producto de horno caliente y se retroalimenta al horno rotativo, pudiendo estar el flujo de gas, debido a su reducida cantidad en comparación con los otros procesos, esencialmente más caliente. En una variante de la presente invención se suministra a esta parte en particular una cantidad de oxígeno suficiente para la combustión en el horno y calcinador.
- una segunda parte, en la cual se produce una separación entre el flujo de gas caliente, suministrado al horno rotativo, y el flujo de gas que se hace pasar por el horno. La separación puede, por ejemplo:
a) producirse mecánicamente, por ejemplo, a través de un triturador, dado el caso con columna de material preconectada, o una pared de separación posicionada sobre el lecho de clínker, la cual separa los espacios de gas, o
b) un sistema consistente en dos o más dispositivos de separación espaciales, entregándose en el espacio intermedio resultante un gas intermedio, el cual actúa para el proceso de combustión o bien como gas inerte (en particular CO2 , Ar, H2O) o gas de combustión (O2), o una mezcla de estos gases.
- una tercera parte, en la cual se produce el enfriamiento final del clínker con un medio cualquiera. A este respecto puede tratarse convencionalmente de aire o de un flujo de gas recirculado internamente, el cual se suministra al refrigerador con el fin del calentamiento adicional, por ejemplo, para el aprovechamiento posterior en un sistema para el aprovechamiento de calor residual.
En la presente invención puede resultar mediante la cantidad de gas reducida, extraída del refrigerador como aire de combustión, por ejemplo, al usarse un enfriador de flujo cruzado, un notable exceso de calor. El clínker saliente de la zona, cuyo contenido de calor no se aprovecha para la combustión, puede presentar temperaturas de aproximadamente 1000 °C. El exceso de calor puede generarse a través del enfriamiento del clínker de aproximadamente 1000 °C a aproximadamente 100 °C. Este calor puede usarse por una parte para alimentar un paso de calentamiento intercalado en el precalentador, con calor, y suministrar el calor restante al molino de crudo. Este calor puede usarse alternativamente, al menos parcialmente, para la generación de electricidad.
En caso de considerarse un circuito de agua y vapor clásico, pueden lograrse en éste en comparación con instalaciones de cemento de funcionamiento convencional, presiones de vapor caliente esencialmente más altas, dado que el nivel de temperatura de gas se encuentra en la última etapa de sobrecalentador con hasta 900 °C, o en variantes individuales incluso por encima. En comparación con los habitualmente existentes tras precalentador aproximadamente 350 °C - 400 °C se encuentra esencialmente más alto. De este modo la turbina de vapor puede alcanzar también una mayor eficiencia. Adicionalmente resultan pérdidas de calor menores durante la generación de electricidad, dado que los intercambiadores de calor usados para el desacoplamiento térmico pueden estar dispuestos próximos unos a los otros.
Para secar previamente la harina cruda en el molino de crudo de tal modo que en el precalentador deba usarse ya solo una potencia térmica comparativamente reducida para el secado, es de interés habitualmente la entrega de calor y menos la temperatura que se encuentra a disposición. Para ello puede usarse el gas de escape de refrigerador no usado en el aprovechamiento del calor residual o incluso el flujo de gas que sale del aprovechamiento del calor residual. Éste dispone por regla general aún de una temperatura lo suficientemente alta y contenido de calor, para realizar un secado de la harina cruda.
De forma ideal, por lo tanto, preferente, la ubicación del molino de crudo es próxima al refrigerador, para mantener cortos los recorridos del gas para la red de gas. En caso de aprovechamiento de calor residual intercalado, por ejemplo, para una generación de electricidad, el molino está dispuesto aguas abajo del refrigerador.
En el proceso por oxicombustión aparecen de manera parecida al proceso convencional para la producción de clínker de cemento, circuitos de sustancias nocivas. En caso de existir un circuito de sustancias nocivas interno entre horno y precalentador, tal como se representa de forma parecida en la producción de clínker para azufre y cloro, aquí también es necesario un sistema, el cual descargue en la intersección entre horno y precalentador u horno y calcinador, el circuito. En caso de retirarse para la descarga, un material sólido, y a continuación continuar tratándose externamente, no resultan cambios con respecto al proceso de fabricación de clínker convencional. En caso de retirarse un flujo de gas, porque el circuito de cloro es demasiado alto, éste contiene también una proporción de oxígeno alta. En hornos rotativos convencionales se retiran en este momento cantidades de conducto de derivación de 15 %, referido al flujo de gas presente en la entrada de horno. Dado que el oxígeno del gas con contenido de oxígeno se generó en la presente invención anteriormente por ejemplo mediante separación de gas, es decir, un proceso laborioso energéticamente, es razonable suministrar este flujo de nuevo al calcinador como gas de combustión.
Por esta razón se configura en formas de realización de la presente invención para la instalación de conducto de derivación la siguiente conmutación. Se extrae la corriente de conducto de derivación de la entrada de horno, se mezcla con un gas de retorno frio, continúa enfriándose a continuación mediante un intercambiador de calor de gasgas y una torre de enfriamiento de evaporación a aproximadamente 140 °C y finalmente se libera de polvo, condensándose las sustancias nocivas, sobre todo álcalis, azufre y cloro, en el polvo de filtrado y se separan con éste. El flujo de gas restante se divide y se suministra a un refrigerador adicional, siendo este refrigerador preferentemente indirecto y enfriando dado el caso también a por debajo del punto de rocío, de modo que la humedad contenida en el gas se condensa. Esta parte se usa para enfriar el gas de conducto de derivación caliente. La otra parte, antes de que pueda hacerse retornar al calcinador, se libera de manera conveniente al menos parcialmente de humedad y a continuación se calienta en el intercambiador de calor de gas-gas con el gas de escape enfriado en la campana de conducto de derivación. El agua usada en la torre de refrigeración de evaporación se precalienta tras la retirada del depósito de agua mediante un intercambiador de calor indirecto, para enfriar el agua saliente del refrigerador de inyección. El agua saliente del refrigerador de inyección continúa enfriándose en un refrigerador de aire y se suministra a continuación parcialmente al depósito de agua o se hace retornar de nuevo al refrigerador de inyección.
Una configuración de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de agente aglutinante hidráulico, preferentemente clínker de cemento, a partir de al menos un material de partida, consistente en al menos los pasos precalentamiento del material de partida, calcinado del material partida precalentado, combustión del material de partida calcinado con el fin de generar fases minerales activas hidráulicamente, enfriamiento del agente aglutinante hidráulico, caracterizado porque los flujos de gas suministrados a los procesos de combustión consisten en suma en más del 50 % en volumen, preferentemente en más del 85 % en volumen, en oxígeno.
Una configuración de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de clínker de cemento y/o clínker hidráulico, pudiendo tratarse a este respecto por ejemplo de clínker Portland, consistente en un precalentador, un calcinador (de flujo arrastrado), un horno rotativo y un refrigerador, caracterizado porque el gas suministrado desde el refrigerador de la instalación de horno (horno rotativo y calcinador) consiste en más del 50 % en volumen, preferentemente en más del 85 % en volumen, en oxígeno.
Una configuración de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de un agente aglutinante hidráulico a partir de al menos un material de partida, consistente en al menos los pasos precalentamiento del material de partida a temperatura de calcinación, calcinar el material de partida precalentado, combustión del material de partida calcinado con el fin de generar fases minerales activas hidráulicamente, enfriamiento del agente aglutinante hidráulico, caracterizado porque los flujos de gas suministrados a los procesos de combustión presentan más del 50 % de oxígeno y consisten en menos del 50 % en volumen en gas residual retroalimentado desde un proceso de combustión, que se caracteriza por un contenido de nitrógeno de menos de 8 % en volumen en condiciones húmedas.
Una configuración de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de clínker de cemento hidráulico a partir de al menos un material de partida, consistente en al menos los pasos precalentamiento del material de partida, calcinar el material de partida precalentado, combustión del material de partida calcinado con el fin de generar fases minerales activas hidráulicamente, enfriamiento del agente aglutinante hidráulico, caracterizado porque el precalentamiento se produce en un precalentador de ciclón, en el cual la proporción de material sólido suministrado y gas de escape es mayor a 1 a 2 kg de material sólido por cada 1 kg de gas, preferentemente 1,3 a 1,9 kg de material sólido por cada kg de gas.
Una configuración de la presente invención se refiere a una instalación para la producción de clínker de cemento hidráulico, consistente en al menos un precalentador de ciclón, un calcinador de flujo arrastrado, un horno rotativo y un refrigerador de clínker, caracterizada por que el calcinador de flujo arrastrado dispone de una sección no perpendicular, en la cual se entregan combustibles gruesos con más de 100 mm de longitud de canto (esto quiere decir, no tamaño con capacidad de arrastre) y siendo rozados por los gases calientes en el calcinador.
Una configuración de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de clínker de cemento hidráulico a partir de al menos un material de partida, consistente en al menos los pasos precalentamiento del material de partida, calcinado del material de partida precalentado, combustión del material de partida calcinado con el fin de generar fases minerales activas hidráulicamente, enfriamiento del agente aglutinante hidráulico, caracterizado porque al cabezal de horno / a la combustión, es decir, al quemador principal, se retroalimenta un flujo de gas parcial de partes de instalación dispuestas aguas arriba en dirección de flujo de material (por ejemplo desde la entrada de horno o tras el calcinador).
Una configuración de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de clínker de cemento hidráulico a partir de al menos un material de partida, consistiendo en al menos los pasos precalentamiento del material de partica, calcinado del material de partida precalentado, combustión del material de partida calcinado con el fin de generar fases minerales activas hidráulicamente, enfriamiento del agente aglutinante hidráulico, caracterizado porque en una primera sección del refrigerador se suministra un gas con un contenido de 85 % en volumen de oxígeno.
Una configuración de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de un clínker de cemento hidráulico a partir de al menos un material de partida, consistente en al menos los pasos secado y molido del material crudo, precalentar el material de partida, calcinar el material de partida precalentado, combustión del material de partida calcinado con el fin de generar fases minerales activas hidráulicamente, enfriamiento del agente aglutinante hidráulico, caracterizado porque se suministra aire caliente del refrigerador de clínker al menos parcialmente al precalentamiento y a continuación al secado y al molido, evitándose una mezcla con el gas de escape del proceso de calcinación y de combustión.
Una configuración de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de clínker de cemento hidráulico a partir de al menos un material de partida, consistente en al menos los pasos secado y molido del material crudo, precalentar el material de partida, calcinar el material de partida precalentado, combustión del material de partida calcinado con el fin de generar fases minerales activas hidráulicamente, enfriamiento del agente aglutinante hidráulico, caracterizado porque el gas rico en oxígeno retirado de la zona de entrada del horno se retroalimenta tras reducción de azufre, cloro y componentes similares al sistema de horno. Mediante esta forma de realización se recoge por una parte el oxígeno producido habitualmente de forma costosa y se mantiene utilizable y por otra parte se logra la separación de los productos residuales cloro y azufre en polvo.
En una configuración de la presente invención el gas con contenido de oxígeno es aire con N2 reducido, en particular aire con N2 muy reducido.
En una configuración de la presente invención el gas con contenido de oxígeno es aire muy enriquecido con O2. En una configuración de la presente invención el gas con contenido de oxígeno es oxígeno puro (técnico).
En una configuración de la presente invención el gas con contenido de oxígeno no es ninguna mezcla de O2/CO2. En una configuración de la presente invención el flujo de gas suministrado no es gas recirculado.
En una configuración de la presente invención el flujo de gas suministrado no contiene gas recirculado.
En una configuración de la presente invención el gas con contenido de oxígeno no es aire o no es aire tratado ni preparado. Esta es una configuración preferente.
Ha de tenerse en consideración que, mediante el funcionamiento de la instalación con presión negativa, posiblemente se aspira aire en una cantidad mínima desde el exterior. Cantidad mínima significa en este caso menos de 10 % en volumen, en particular de 1 % a 5 % en volumen. Este aire eventualmente aspirado desde el exterior no se tiene en consideración en la definición del gas con contenido de oxígeno.
En una configuración de la presente invención escapan únicamente mínimas proporciones, preferentemente ninguna proporción del gas con contenido de oxígeno como gas de escape del refrigerador.
En el marco de la presente invención, en algunas formas de realización la energía de combustible suministrada al horno rotativo (grupo secundario para la sinterización de agente aglutinante) es de menos del 33 % (1/3) de la energía de combustible, la cual es necesaria para el proceso.
En el marco de la presente invención, en algunas formas de realización la cantidad de calor suministrada al horno rotativo es de menos del 30 % de la cantidad de calor suministrada en total al proceso, correspondiéndose la energía térmica total con la suma de la energía térmica suministrada al horno rotativo, al calcinador, al recorrido del gas de escape y a los gases de horno rotativo.
En el marco de la presente invención, en algunas formas de realización, la totalidad de la cantidad de gases de escape generada por combustión y calcinación se encuentra para el agente aglutinante (clínker de cemento) en menos de < 1 Nm3/kg de clínker. Un Nm3 de gas se corresponde a este respecto con un m3 de gas con una presión de 101,325 kPa a una temperatura de 273,15 K.
En el marco de la presente invención, en algunas formas de realización, la concentración de CO2 en el gas de escape se encuentra por encima del 85 % o más.
En el marco de la presente invención se limita en algunas formas de realización la recirculación de gas de escape a menos del 15 %.
En el marco de la presente invención es posible obtener tras el precalentador CO2 con un grado de pureza muy elevado, de modo que el procesamiento posterior en comparación con el estado de la técnica hasta el momento se facilita o es posible más fácilmente.
En el marco de la presente invención es posible adaptar de tal forma entre sí las cantidades de gas y de combustible, que en contra de lo esperado por el estado de la técnica resultan claramente menos problemas o en absoluto se dan, debido a temperaturas de combustión más altas y caudales volumétricos de gas reducidos.
La presente invención se explica a continuación con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos. Los dibujos no han de entenderse a este respecto como limitadores y no son a escala. Los dibujos no comprenden además de ello todas las características, las cuales presentan instalaciones habituales, sino que se reducen a las características esenciales para la presente invención y su comprensión.
Descripción de las figuras:
En las figuras 4 y 5 se representan pasos de material sólido como flechas continuas y pasos de materiales en forma de gas como flechas a puntos.
La figura 1 muestra de forma ilustrativa un refrigerador (refrigerador de clínker) K, el cual está dividido en cinco diferentes zonas de enfriamiento K1 a K5. A este respecto se suministra a través de los diferentes ventiladores G correspondientemente gas. A través de los ventiladores G asignados a las zonas K3 a K5 se suministra aire de enfriamiento para el clínker, pero no aire de combustión al horno. A través del ventilador asignado a la zona K1 se suministra el gas A con contenido de oxígeno, que se guía como aire de combustión al horno. A través del ventilador asignado a la zona K2 se suministra gas de sellado B. Este gas de sellado puede consistir por ejemplo en 85 por ciento en volumen o más, en dióxido de carbono, siendo el resto gas inerte o por ejemplo consistir en 85 por ciento en volumen o más, en oxígeno, siendo el resto gas inerte. Con gas inerte se hace referencia a este respecto preferentemente a componentes como vapor de agua, argón, etc. En ambos casos el gas B sirve como gas de sellado para el sellado de la zona de oxígeno con respecto a la zona de aire del refrigerador. Se representa además de ello en la figura 1 un divisor de CO2 Ta, que funciona mediante entrega del gas de sellado.
La figura 2 muestra de forma ilustrativa un refrigerador (refrigerador de clínker) K, esencialmente representado como en la figura 1. A diferencia de la figura 1, únicamente el divisor de CO2 Ta está configurado como divisor mecánico, en cuyo caso la separación de gas con contenido de oxígeno se produce mediante entrega de gas de sellado y medios mecánicos, como por ejemplo paredes de separación configuradas a modo de péndulo, dispuestas de forma móvil sobre la carga. A pesar de que esto no se muestra en la figura 2, puede renunciarse dado el caso a la zona K2, cuando el divisor de CO2 mecánico es lo suficientemente efectivo.
La figura 3 muestra dos esquemas de flujo, los cuales ilustran dos posibles variantes de la presente invención, en cuyo caso desde el horno entra clínker caliente en la parte de refrigerador 1 y al mismo tiempo se guía desde la parte 1 del refrigerador gas con contenido de oxígeno al horno (recuperación de gas de combustión hacia el horno). A continuación de la parte 1 del refrigerador hay dispuesta una instalación de separación de gas, a la cual se une por su parte la parte 2 del refrigerador. A continuación de la parte 2 del refrigerador el clínker abandona entonces la instalación y se lleva al silo. En la parte superior de la figura se representa una instalación de separación de gas mecánica 2b entre la parte 1 de refrigerador (en correspondencia con la zona de enfriamiento K1) y la parte 2 de refrigerador (en correspondencia con las zonas de enfriamiento K3 a K5), representándose por el contrario en la parte inferior una instalación de separación de gas 2a basada en gas de sellado. En relación con la parte 2 del refrigerador se produce en ambas variantes una recuperación de calor para otros fines además de para el uso para la combustión, siendo portadores térmicos aire de combustión, CO2 , etc. A la parte 2 del refrigerador se une en ambos casos en primer lugar un sistema de transmisión de calor, que puede basarse en transmisión de calor directa o en transmisión de calor indirecta. A continuación de ello se representa para ambas variantes también un tratamiento de gases de escape, que puede comprender extracción de polvo y o tiro de chimenea.
La figura 4 muestra una instalación para la producción de clínker, en cuyo caso se representa la incorporación del aire de escape de refrigerador en el precalentamiento. El refrigerador se representa a este respecto en comparación con las figuras 1 y 3 simplificado, tratando de que se represente únicamente un ventilador a la izquierda para el suministro de gas con contenido de oxígeno según la presente invención, y se representen los restantes cuatro ventiladores para el suministro de aire. Según la forma de realización representada en esta figura, se guía el aire de escape de refrigerador a través de un separador de ciclón para la separación de partículas de material sólido al precalentador.
La figura 5 describe una forma de realización parecida a la de la figura 4, el calor de escape se aprovecha no obstante de otro modo que en la figura 4. El aire de escape de refrigerador se guía también aquí a través de un separador de ciclón, pero en este caso no a la etapa de precalentador, sino que se guía a través de un intercambiador de calor y entonces para el secado de la harina cruda hacia la instalación de molido en crudo.
Lista de referencias
K Refrigerador (refrigerador de clínker)
Ta Instalación de separación de gas con gas de sellado (divisor de CO2 (gas de sellado))
Tb Instalación de separación de gas mecánica o instalación de separación de gas mecánica en combinación con gas de sellado (divisor de CO2 (mecánico o combinación mecánico/gas de sellado))
G Ventilador
K1 Zona de enfriamiento 1 (primera zona de enfriamiento)
K2 Zona de enfriamiento 2 (segunda zona de enfriamiento)
K3 Zona de enfriamiento 3 (tercera zona de enfriamiento)
K4 Zona de enfriamiento 3 (cuarta zona de enfriamiento)
K5 Zona de enfriamiento 5 (quinta zona de enfriamiento)
A Gas con contenido de oxígeno
B Gas de sellado
hV Aire de combustión caliente
Al Aire de escape
O Horno
KT1 Refrigerador, parte 1
KT2 Refrigerador, parte 2
AB T ratamiento de gas de escape
W Sistema de transmisión de calor
S Silo
1 Precalentador
1a Precalentador (sección superior)
1 b Precalentador (sección inferior)
1 c Ciclón precalentador solicitado con aire de escape de enfriamiento 2 Calcinador
3 Horno rotativo
4a Refrigerador con oxígeno como medio de enfriamiento
4b Refrigerador con aire como medio de enfriamiento
5 Intercambiador de calor aire-aire
100 Material crudo
100a,b Harina caliente
101 Harina caliente hacia el calcinador
102 Harina caliente hacia el horno rotativo
103 Clínker caliente
104 Clínker caliente (aproximadamente 1000 °C)
105 Clínker frio
200 Oxígeno (> 85 %)
201 Gas secundario
202 Gas de escape de horno
203 Gas de escape de calcinador
203a Gas de escape de sección de precalentador inferior
204 Gas de escape de precalentador
300 Aire de entrada de refrigerador
301 Aire de escape de refrigerador
302 Aire de escape de refrigerador hacia el molino de crudo
400 Aire hacia el intercambiador de calor
401 Aire calentado hacia el molino de crudo
500 Combustible combustión principal
501 Combustible calcinador

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la producción de clínker de cemento que comprende los pasos:
a) precalentamiento del material de partida a temperatura de calcinación,
b) calcinación del material de partida precalentado,
c) combustión del material de partida calcinado en un horno rotativo,
d) enfriamiento del clínker de cemento,
e) suministro de un gas con contenido de oxígeno, el cual presenta una proporción del 15 % en volumen o menos de nitrógeno y una proporción del 50 % en volumen o más de oxígeno, desde una primera sección del refrigerador que limita directamente con el cabezal de horno, ,
i) al horno rotativo,
caracterizado por que los flujos de gas suministrados a los procesos de combustión consisten en suma en más del 50 % en volumen, en oxígeno,
caracterizado por que la adición a través de dosificación del gas con contenido de oxígeno se ajusta del tal modo que en el quemador principal se presenta un exceso de oxígeno y cantidades residuales del oxígeno llegan al calcinador para una combustión allí,.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el paso e) comprende adicionalmente ii) el suministro del gas con contenido de oxígeno al calcinador.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que en el paso a) la proporción de material sólido suministrado con respecto al gas de escape se ajusta a más de 1,0 kg, preferentemente a más de 1,3 kg de material sólido por cada 1 kg de gas, preferentemente a de 1 kg/kg a 2 kg/kg de material sólido con respecto al gas, de manera particularmente preferente a de 1,3 kg/kg a 1,9 kg/kg de material sólido con respecto al gas, usándose para el precalentamiento preferentemente al menos un precalentador de ciclón.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que en el paso b) la proporción de material sólido suministrado con respecto al gas de escape se ajusta a más de 1,0 kg, preferentemente a más de 1,3 kg de material sólido por cada 1 kg de gas, preferentemente a de 1 kg/kg a 2 kg/kg de material sólido con respecto al gas, de manera particularmente preferente a de 1,3 kg/kg a 1,9 kg/kg de material sólido con respecto al gas, siendo el calcinador preferentemente un calcinador de flujo arrastrado.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que, al calcinador, el cual es preferentemente un calcinador de flujo arrastrado que dispone de una sección no perpendicular, se le suministran combustibles gruesos con una longitud de canto de 70 mm o más, preferentemente de 100 mm o más, de tal modo que los gases calientes fluyen sobre los combustibles gruesos en el calcinador.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que, para la combustión, se retroalimenta el cabezal de horno un flujo de gas parcial desde partes de la instalación dispuestas aguas arriba en la dirección del flujo de material, preferentemente desde la entrada de horno o tras el calcinador.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que se suministra aire de escape caliente desde el refrigerador de clínker:
a) al menos parcialmente al precalentamiento o
b) al menos parcialmente al secado y molido o
c) al menos parcialmente al precalentamiento y a continuación al secado y molido,
evitándose una mezcla con el gas de escape del proceso de calcinación y de combustión.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el gas rico en oxígeno retirado de la zona de entrada de horno, tras la reducción de al menos azufre y cloro, se retroalimenta al sistema de horno.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el gas:
i) contiene el 75 % en volumen o más de oxígeno, preferentemente el 85 % en volumen o más, el 90 % en volumen o más, el 95 % en volumen o más, el 98 % en volumen o más o el 99 % en volumen o más, o ii) contiene el 10 % en volumen o menos de nitrógeno, preferentemente el 8 % en volumen o menos, el 6 % en volumen o menos, el 4 % en volumen o menos, o contiene nitrógeno por debajo del umbral de detección, o iii) contiene el 75 % en volumen o más de oxígeno, preferentemente el 85 % en volumen o más, el 90 % en volumen o más, el 95 % en volumen o más, el 98 % en volumen o más o el 99 % en volumen o más, y contiene el 10 % en volumen o menos de nitrógeno, preferentemente el 8 % en volumen o menos, el 6 % en volumen o menos, el 4 % en volumen o menos o contiene nitrógeno por debajo del umbral de detección.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que las cantidades añadidas por dosificación de gas y de combustible se regulan dependiendo de la temperatura de combustión y de los caudales volumétricos de gas.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la adición por dosificación del gas con contenido de oxígeno se ajusta de tal modo que el oxígeno suministrado es suficiente para la combustión completa en el quemador principal y en el calcinador.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que la adición por dosificación del gas con contenido de oxígeno se produce únicamente por el lado de un dispositivo de separación de gas dispuesto en el refrigerador, que limita directamente con el cabezal de horno, siendo el dispositivo de separación de gas: i) un dispositivo mecánico de separación de gas,
ii) un sistema basado en una entrega de gas de sellado o
iii) un sistema combinado.
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