ES2970550T3 - Dispositivo y procedimiento para el tratamiento térmico de sólidos minerales - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un aparato para el tratamiento térmico de sólidos minerales, en el que el aparato comprende un precalentador y un reactor de flujo arrastrado (10), en el que un aparato de separación (20) está dispuesto en la salida del reactor de flujo arrastrado (10). caracterizado porque una zona de tratamiento térmico (30) está dispuesta en la salida de la corriente de gas del aparato de separación (20), en donde la salida de la zona de tratamiento térmico (30) está conectada a la entrada de la corriente de gas para el precalentador. . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para el tratamiento térmico de sólidos minerales
La invención se refiere a un procedimiento para la producción de clínker de cemento de color optimizado a partir de materiales de partida que contienen arcillas naturales.
El cemento es un material de construcción de endurecimiento hidráulico que está constituido por una mezcla de partes constituyentes inorgánicas no metálicas, finamente molidas. Por regla general, se produce mediante trituración conjunta del clínker de cemento quemado con yeso y, dado el caso, otros materiales cementicios suplementarios (SCM).
La materia prima principal para la producción de clínker es la piedra caliza, que se extrae en canteras, se tritura previamente en trituradoras y se transporta a la planta de cemento. Después de una molienda y secado, se mezcla con otros componentes molidos como arena, arcilla o mineral de hierro para formar harina bruta. Esta harina bruta se quema hasta obtener clínker en un horno rotativo tubular a temperaturas por encima de aproximadamente 1.450 °C y entonces se enfría en un refrigerador hasta una temperatura preferentemente por debajo de 200 °C. A continuación, los granulados producidos se muelen en un molino, por ejemplo molino de bolas o de rodillos, junto con yeso o anhidrita para formar cemento.
Debido al enorme crecimiento de la demanda de cemento en los países en desarrollo, la proporción de la producción de cemento en las emisiones de CO<2>antropogénicas totales han aumentado constantemente y se estima de algunas fuentes en aproximadamente el 10 % o aproximadamente el 6 % del total de gases de efecto invernadero antropogénicos. Esto ocurrió a pesar de las importantes mejoras realizadas por la industria del cemento en la eficiencia de la producción y los esfuerzos de reducción de emisiones desde la década de 1970 (Karen L. Scrivener, Vanderley M. John, Ellis M. Gartner; Eco-efficient cements: Potential economically viable solutions for a low-CO<2>cement-based materials industry, United Nations Environment Programme (2017)). Dado que más de aproximadamente la mitad de las emisiones de CO<2>durante la producción de clínker son causadas por la piedra caliza como materia prima, la reducción del contenido de clínker (factor de clínker) mediante la sustitución de otro componente puede contribuir esencialmente a la reducción de estas emisiones.
Por ejemplo, se han propuesto arcilla calcinada o puzolanas templadas naturalmente como sustituto del cemento o bien SCM. Como arcilla calcinada se denomina una arcilla adecuada, de origen natural, que ha sido activada térmicamente a una temperatura adecuada, de modo que adquiera propiedades puzolánicas. Las arcillas adecuadas para ello contienen generalmente minerales arcillosos en forma de silicatos estratificados de 1 capa y/o 2 capas, por ejemplo caolinita, illita o montmorillonita. Adicionalmente, estas arcillas pueden contener también minerales acompañantes, como por ejemplo cuarzo, feldespatos, calcita, dolomita, sin embargo también óxidos e hidróxidos metálicos o especialmente también hidróxidos de hierro. Las arcillas que se producen de manera natural son generalmente ricas en hierro y/o contienen otros metales que proporcionan color, de modo que en el caso de la calcinación convencional se produce una coloración rojiza del producto. Si bien esta coloración no es relevante para la resistencia y otras propiedades del material de construcción, sin embargo los operadores de instalaciones y los clientes de materiales de construcción la consideran indeseable. Según el estado actual, la aceptación de un material de construcción por parte de los usuarios finales, es decir, el potencial de mercado de las arcillas calcinadas y, por tanto, el potencial de posible ahorro de CO<2>depende sin embargo en gran medida de su color.
La calcinación de sólidos minerales de grano fino, tal como por ejemplo arcilla, se realiza de manera convencional en hornos rotativos tubulares o en hornos de piso. Mediante esto se garantiza que se mantenga una temperatura baja con un tiempo de residencia necesario para el tratamiento en este procedimiento. El documento US 4.948.362 A describe un procedimiento para calcinar arcilla, en el que la arcilla de caolín se trata en un horno de tostar de pisos con la ayuda de un gas de calcinación caliente para aumentar el brillo y minimizar la abrasividad. En un filtro electrostático, el polvo de arcilla calcinada se separa del gas de escape del horno de calcinación y se procesa adicionalmente para obtener el producto deseado.
Ante el hecho de la reducción global de las emisiones de CO<2>se ponen cada vez más en el foco de atención sustancias que contribuyen al desarrollo de resistencia en el cemento y/o el hormigón y en cuya producción se libera menos CO<2>que en el proceso de combustión del clínker de cemento. Las zeolitas y/o arcillas naturales, que se someten a un tratamiento térmico (calcinación), parecen tener en este sentido un potencial prometedor.
Por el documento DE 102008 020 600 A1 se conoce un procedimiento para calcinar arcilla o yeso, en donde los sólidos se hacen pasar a través de un reactor flash, en el que se llevan a contacto con gases calientes a una temperatura de 450 a 1.500 °C. A continuación, los sólidos se hacen pasar a través de un reactor de tiempo de permanencia a una temperatura de 500 a 850 °C y entonces, dado el caso, se alimentan a una etapa de tratamiento adicional.
Por el documento DE 102008 031 165 A1 se conoce el uso de la propia instalación para la generación del cemento para la producción de arcilla calcinada, en donde están previstas al menos dos vías de precalentamiento, de las cuales una sirve para precalentar la arcilla y la otro para calentar la materia prima de clínker. En una cámara de combustión se generan gases calientes, que sirven para la calcinación de la arcilla y se hacen pasar por las etapas de precalentamiento en contracorriente a los sólidos. Sin embargo, la arcilla utilizada en estos procedimientos presenta un alto contenido de caolinita, de más del 40 % en peso, y es muy cara, de modo que a partir de esto no puede producirse ningún sustituto del clínker económicamente comercializable.
El documento DE 690 10646 T2 se refiere a microesferas cerámicas producidas a partir de bauxita y al uso de estas microesferas como materiales de refuerzo y cargas funcionales. La bauxita propuesta como fuente de las microesferas comprende del 55 al 63 % de óxido de aluminio y del 7 al 13 % de dióxido de silicio, en donde el dióxido de silicio se encuentra esencialmente como caolinita. Habitualmente, la mineralogía comprende del 30 al 50 % de gipsita con del 15 al 45 % de boehmita, del 16 al 27 % de caolinita con menos del 0,2 % de cuarzo y del 6 al 10 % de óxidos de hierro y del 3 al 5 % de óxidos de titanio. A escala de laboratorio, la calcinación se realiza a aproximadamente 900 °C para eliminar el agua. A continuación, el horno se calienta a unos 1.300 °C antes de que el material se enfríe y luego se lleva rápidamente a una temperatura de sinterización de entre 1.300 °C y 1.600 °C y se cuece.
En el documento US 3.941.872 A, inicialmente se trata térmicamente la arcilla en condiciones reductoras y a continuación en condiciones oxidantes para producir arcilla calcinada con un brillo deseado.
El documento DE 102011 014498 A1 divulga un procedimiento para producir un sustituto del clinker para su uso en la producción de cemento, en donde inicialmente se calcina una arcilla triturada hasta un tamaño de grano de < 2 mm a una temperatura de 600 a 1.000 °C. Mediante un tratamiento reductor posterior a temperaturas de 600 a 1.000 °C con un gas que contiene CO se realiza un cambio de color de la arcilla calcinada, roja a arcilla calcinada, gris.
En el documento WO 2012/082683 A1 se ha planteado el objetivo de producir puzolanas sintéticas con propiedades cromáticas deseadas, en particular un tono gris claro. Como solución se indica que se caliente una materia prima, que sea adecuada para formar un silicato de aluminio amorfo, hasta una temperatura de activación a la que la materia prima se convierte en puzolana sintética. A continuación, la puzolana sintética se enfría desde la temperatura de activación hasta una temperatura a la que su color sea estable. Este proceso de enfriamiento tiene lugar a este respecto al menos parcialmente en condiciones reductoras. Como resultado se obtiene una puzolana con el tono de gris deseado.
Por el documento DE 10 2014 116 373 A1 se conoce un procedimiento para el tratamiento térmico de arcillas y/o zeolitas naturales, en donde el hierro trivalente se transforma al menos parcialmente en el hierro divalente y/o el hierro divalente presente en el material de partida permanece en este estado de valencia.
Por el documento US 9.458.059 B2 se conoce un procedimiento para la producción de puzolana sintética, en donde durante el enfriamiento la atmósfera puede contener CO.
Por el documento DE 10 2015 101 237 A1 se conoce un procedimiento para el tratamiento térmico de material de grano fino o en polvo.
Por lo tanto, para la optimización del color durante el tratamiento térmico, por ejemplo durante la calcinación, es habitual añadir componentes de gas de acción reductora, por ejemplo monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H<2>), carbono y/o hidrocarburos. Éstos actúan de manera reductora sobre los compuestos de óxidos metálicos en las arcillas y reducen éstos al menos parcialmente, de modo que se reduce o evita una coloración roja no deseada del producto y/o se consigue una coloración gris del producto.
Para permitir una optimización del color eficaz y de gran alcance, es necesario que al final de la etapa de proceso de tratamiento térmico, por ejemplo la calcinación y la optimización del color, todavía estén presentes componentes de gas que actúan de manera reductora. Por consiguiente, estos componentes de gas que actúan de manera reductora se encuentran en el gas de escape de la instalación. Sin embargo, estos no pueden simplemente liberarse al medio ambiente. Por lo tanto, debe tratarse posteriormente el gas de escape de la instalación. Esto se realiza habitualmente en una combustión posterior que recupera la energía generada debido a ello, por ejemplo en intercambiadores de calor. Además, la combustión debe realizarse a temperaturas suficientemente altas y durante un tiempo suficientemente largo para garantizar que no se liberen sustancias nocivas al medio ambiente. Para ello es necesario habitualmente la adición adicional de combustibles. Sin embargo, este procedimiento es complejo y la energía generada sólo puede utilizarse de forma limitada con un esfuerzo justificable.
El objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo para el tratamiento térmico de arcillas con optimización del color, en el que se realice una eliminación segura de componentes nocivos en el gas de escape de la etapa del proceso con optimización del color, por ejemplo monóxido de carbono o hidrocarburos, y al mismo tiempo la energía generada a este respecto se introduzca en el proceso global de la manera más eficiente posible.
Este objetivo se resuelve mediante el procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos resultan de las reivindicaciones dependientes, de la siguiente descripción así como los dibujos.
Un dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con la invención sirve para el tratamiento térmico de sólidos minerales, en particular de arcillas naturales. En particular se trata de sólidos que contienen hierro, manganeso, cromo u otros compuestos metálicos colorantes, que pueden estar presentes como fases minerales independientes y/o incrustados en fases minerales de la arcilla. El dispositivo presenta al menos un precalentador y un reactor de flujo arrastrado. El reactor de flujo arrastrado se hace funcionar con una atmósfera que actúa de manera reductora para compuestos metálicos colorantes, en particular calcogenuros metálicos, en particular óxidos metálicos, hidróxidos metálicos, halogenuros metálicos así como compuestos con distintos de estos aniones, para lograr una optimización del color de las materias primas usadas durante el tratamiento térmico. Por ejemplo y preferentemente, el reactor de flujo arrastrado está diseñado para el uso de hidrógeno, monóxido de carbono, hidrocarburos, gas natural, petróleo o carbón. A la salida del reactor de flujo arrastrado está dispuesto un dispositivo de separación, en el que el sólido se separa en gran medida de la fase gaseosa.
El reactor de flujo arrastrado sirve para la optimización del color, en el que preferentemente también puede tener lugar el tratamiento térmico, en particular la activación térmica del sólido mineral, en particular de la arcilla. La optimización del color también puede conectarse posteriormente al tratamiento térmico. El reactor de flujo arrastrado presenta una alimentación de agente reductor. La alimentación de agente reductor puede alimentar un agente reductor, por ejemplo hidrógeno, directamente a través de un dispositivo de alimentación. Como alternativa o adicionalmente, la alimentación de agente reductor también puede ser un dispositivo de combustión, en el que se alimenta más combustible que oxígeno disponible para el proceso de combustión. Mediante esto se generan in situ partes constituyentes reductoras, por ejemplo monóxido de carbono. Asimismo, por ejemplo, los compuestos de hidrocarburos, por ejemplo metano, que se alimenta en exceso, también pueden reaccionar directamente con los compuestos metálicos y de ese modo reducir éstos. En este caso, la alimentación de agente reductor alimenta el agente reductor directamente a través de un dispositivo de alimentación, sin embargo al mismo tiempo es también un dispositivo de combustión.
Para transformar arcillas naturales en un producto lo más incoloro posible, el reactor de flujo arrastrado dispone, por ejemplo, de una atmósfera que tiene un efecto reductor sobre los óxidos metálicos colorantes. En el sentido de la invención, por "producto incoloro" se entiende que el producto no tiene color, por ejemplo una coloración roja, sino que tiene un aspecto blanco o gris. En el sentido de la invención se entiende por "atmósfera reductora" que presenta partes constituyentes de gas o combustible que son reductores, en particular y preferentemente las partes constituyentes de gas o combustible no se queman por completo, por tanto contienen por ejemplo aún hidrocarburos, monóxido de carbono, hidrógeno o aún petróleo o carbón, sin embargo no contienen o muy poco oxígeno en el gas. Éstas pueden estar ya contenidas en la fase gaseosa que se alimenta al reactor de flujo arrastrado, pueden añadirse de manera dirigida a la fase gaseosa o pueden generarse mediante una combustión incompleta de manera dirigida de gas natural, petróleo, carbón, biomasa u otros combustibles, por ejemplo en el quemador o también en el reactor de flujo arrastrado. Mediante esto, el flujo de gas, que abandona el dispositivo de separación conectado posteriormente, contiene estos compuestos reductores, es decir, hidrógeno, monóxido de carbono y/o hidrocarburos en concentraciones que se consideran nocivas para el medio ambiente. Además de los compuestos reductores (partes constituyentes reductora), el flujo de gas contiene naturalmente componentes inertes, en particular nitrógeno (N<2>) y dióxido de carbono (CO<2>).
Por lo tanto, en la salida del flujo de gas del dispositivo de separación está dispuesta una zona de tratamiento térmico, en la que, por ejemplo y en particular, se queman casi por completo las partes constituyentes no quemada completamente. La salida de la zona de tratamiento térmico está conectada a la entrada para el flujo de gas del precalentador. Naturalmente, en la zona de tratamiento térmico sólo se oxidan las partes constituyentes reductoras, las partes constituyentes (componentes) inertes permanecen sin cambios.
La ventaja de disponer la zona de tratamiento térmico en este punto es que los gases en este punto presentan una temperatura comparativamente alta, por ejemplo 800 °C o más. Sin embargo, los gases no superan habitualmente en este punto una temperatura de 1200 °C. Por consiguiente, los gases tienen aproximadamente la temperatura que es necesaria para la combustión segura de estas sustancias, que no deben liberarse al medio ambiente. Mediante esto puede evitarse que el flujo de gas de escape deba calentarse nuevamente hasta una temperatura tan alta después de una eliminación del polvo y a continuación deba recuperarse de nuevo este calor. Al mismo tiempo, mediante esto, la energía térmica obtenida se obtiene y se usa a este alto nivel de temperatura y se libera directamente en el flujo de la materia prima en el precalentador.
La zona de tratamiento térmico presenta al menos un segundo dispositivo de alimentación de oxígeno para convertir las partes constituyentes reductoras que aún se encuentran en el flujo de gas. En la zona de tratamiento térmico, la reacción del agente reductor alimentado a través de la alimentación de agente reductor se realiza con el oxígeno alimentado a la zona de tratamiento térmico.
Se prefieren arcillas que contienen minerales arcillosos en forma de silicatos estratificados de 1 capa y/o de 2 capas, por ejemplo caolinita, illita o montmorillonita. Adicionalmente, estas arcillas pueden contener también minerales acompañantes, como por ejemplo cuarzo, feldespatos, calcita, dolomita, sin embargo también óxidos e hidróxidos metálicos o especialmente también hidróxidos de hierro.
En otra forma de realización de la invención, el dispositivo presenta adicionalmente, por ejemplo, una unidad de secado, que inicialmente seca la materia prima, siempre que deba procesarse también la materia prima que presenta un contenido de humedad demasiado alto. Además, el dispositivo puede presentar adicionalmente, por ejemplo, un dispositivo de trituración, por ejemplo un molino, para triturar aún más la materia prima, siempre que ésta no se proporcione ya en la finura necesaria o puede tender a agregarse en el almacenamiento. Además, el dispositivo puede presentar adicionalmente un dispositivo de refrigeración, que enfría el producto que sale del reactor de flujo arrastrado. Por ejemplo, este enfriamiento puede estar realizado preferentemente en dos etapas. Por ejemplo y preferentemente, el enfriamiento puede realizarse, al menos parcialmente, en condiciones inertes.
En otra forma de realización de la invención, el dispositivo es una parte constituyente de una instalación para la producción de clínker de cemento. La instalación para la producción de clínker de cemento puede presentar adicionalmente, por ejemplo, una unidad de secado, que inicialmente seca la materia prima, siempre que deba procesarse también materia prima que presenta un contenido de humedad demasiado alto. Además, puede presentar la instalación para la producción de clínker de cemento adicionalmente, por ejemplo, un dispositivo de trituración, por ejemplo un molino, para triturar aún más la materia prima, siempre que ésta no se proporcione ya en la finura necesaria o puede tender a agregarse en el almacenamiento. Además, la instalación para la producción de clínker de cemento puede presentar adicionalmente un dispositivo de refrigeración que enfría el producto que sale del reactor de flujo arrastrado. Este enfriamiento se realiza, por ejemplo, en dos etapas o en varias etapas, en donde al menos en la primera etapa de enfriamiento se desarrolla el enfriamiento en condiciones inertes o reducidas, es decir, sin o con una proporción de oxígeno insignificante en el gas rodeado por el producto.
En otra forma de realización de la invención, la zona de tratamiento térmico se ha realizado de manera cilíndrica.
En otra forma de realización de la invención, la zona de tratamiento térmico está dispuesta en forma tubular verticalmente por encima del dispositivo de separación. Para realizar el tiempo de permanencia necesario en la zona de tratamiento térmico y conseguir una combustión segura de los compuestos reductores, la zona de tratamiento térmico presenta, por ejemplo, una longitud de 5 m a 50 m, preferentemente de 10 m a 40 m. Con las velocidades de flujo de los gases habituales para este tipo de instalaciones se posibilita de este modo un tiempo de permanencia de unos pocos segundos. Mediante esto resulta una combustión segura de los compuestos reductores.
En otra forma de realización de la invención, la zona de tratamiento térmico presenta al menos un primer dispositivo de alimentación para un combustible. El tipo de primer dispositivo de alimentación depende del tipo de combustible. Como combustible pueden usarse combustibles sólidos, combustibles líquidos así como combustibles gaseosos. Un ejemplo de combustible gaseoso es el gas natural, un ejemplo de combustible líquido es el petróleo y un ejemplo de combustible sólido es el carbón pulverizado. La zona de tratamiento térmico puede presentar una pluralidad de primeros dispositivos de alimentación de un combustible. Mediante esto es posible una mejor ecualización.
En otra forma de realización de la invención, la zona de tratamiento térmico presenta al menos un segundo dispositivo de alimentación para oxígeno. El oxígeno puede alimentarse en forma de oxígeno puro, sin embargo esto normalmente se evita por motivos económicos. El oxígeno puede alimentarse en forma de aire. Como fuente de oxígeno adicional puede usarse también gas de escape, que si bien presenta un contenido de oxígeno reducido, sin embargo para ello se ha calentado ya. La zona de tratamiento térmico puede presentar varios segundos dispositivos de alimentación de oxígeno. Mediante esto es posible una mejor ecualización.
En otra forma de realización de la invención, el segundo dispositivo de alimentación está configurada para la alimentación de oxígeno a presión elevada. Mediante esto se consigue una mejor mezcla dentro de la zona de tratamiento térmico.
En otra forma de realización de la invención, la zona de tratamiento térmico presenta un segundo dispositivo de alimentación con el que el oxígeno o el aire se alimenta a la zona de tratamiento térmico bajo presión elevada en comparación con la presión interna de la zona de tratamiento térmico, para garantizar de ese modo un mezclado del oxígeno alimentado con el gas dentro de la zona de tratamiento térmico. La presión elevada puede generarse, por ejemplo y en particular, por medio de un ventilador o un compresor. El aire también puede proporcionarse en forma de aire comprimido.
De manera especialmente preferente, la zona de tratamiento térmico presenta tanto un primer dispositivo de alimentación para un combustible como también un segundo dispositivo de alimentación para oxígeno. Mediante esto es posible de manera óptima ajustar las condiciones de temperatura para una combustión segura y eficaz de los gases reductores. Además es posible, por ejemplo, usar aire ambiente a temperatura ambiente, en donde se facilita la energía necesaria para el calentamiento mediante el combustible.
En otra forma de realización de la invención, el precalentador está realizado como precalentador de ciclón, en particular como precalentador de ciclón de al menos dos etapas.
La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento térmico de material mineral, en particular para la producción de puzolanas recocidas de forma natural. Como material mineral se selecciona un material que presenta compuestos metálicos colorantes, en particular compuestos de hierro y/o compuestos de cromo. El procedimiento presenta las siguientes etapas:
a) precalentar un material mineral en un precalentador,
b) transferir el material mineral calentado en el precalentador al reactor de flujo arrastrado,
c) tratar térmicamente el material mineral en un reactor de flujo arrastrado en una atmósfera reductora para reducir los compuestos metálicos colorantes durante el tratamiento térmico,
d) separar la mezcla sólido-gas que procede del reactor de flujo arrastrado en un dispositivo de separación.
De acuerdo con la invención, el procedimiento presenta adicionalmente las siguientes etapas:
e) oxidar las partes constituyentes reductoras del gas procedente del dispositivo de separación en una zona de tratamiento térmico con ayuda de oxígeno alimentado a la zona de tratamiento térmico,
f) alimentar el gas que sale de la zona de tratamiento térmico al precalentador. Mediante esto se usa la energía térmica obtenida en la zona de tratamiento térmico y se transfiere al material mineral en el precalentador.
La ventaja del procedimiento de acuerdo con la invención es que la energía obtenida mediante la oxidación de las partes constituyentes reductoras del flujo de gas se entrega directa e inmediatamente a la materia prima en el precalentador y, por lo tanto, se usa completamente en el proceso.
La atmósfera reductora en la etapa c) presenta como componente reductor, por ejemplo y preferentemente, monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2), carbono y/o hidrocarburos. La atmósfera presenta habitualmente también gas inerte, en particular nitrógeno (N<2>) y dióxido de carbono (CO<2>). Los componentes reductores sirven en particular para reducir los compuestos metálicos colorantes en el sólido mineral a un estado de oxidación bajo y optimizar así la coloración.
La separación de la mezcla sólido-gas que sale del reactor de flujo arrastrado se realiza preferentemente en un dispositivo de separación que está configurado como separador ciclónico.
En otra forma de realización de la invención, se realiza la oxidación en la etapa e) a una temperatura de 700 °C a 1000 °C y durante un espacio de tiempo de 1 s a 10 s.
En otra forma de realización de la invención, en la etapa e) se alimenta un combustible al gas. El tipo de combustible puede ser diferente. Como combustible pueden usarse combustibles sólidos, combustibles líquidos así como combustibles gaseosos. Un ejemplo de combustible gaseoso es el gas natural, un ejemplo de combustible líquido es el petróleo y un ejemplo de combustible sólido es el carbón pulverizado.
En otra forma de realización de la invención, en la etapa e) se alimenta oxígeno al gas. El oxígeno puede alimentarse en forma de oxígeno puro, sin embargo esto normalmente se evita por motivos económicos. El oxígeno puede alimentarse en forma de aire. Como fuente de oxígeno adicional puede usarse también gas de escape, que si bien presenta un contenido de oxígeno reducido, sin embargo para ello se ha calentado ya. Esta alimentación de gas puede realizarse bajo presión elevada.
En otra forma de realización de la invención, el flujo de material del material mineral se conduce alrededor de la zona de tratamiento térmico.
A continuación se explica con más detalle un dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con la invención mediante un ejemplo de realización representado en los dibujos.
Fig. 1 vista esquemática del dispositivo
En la figura 1 se muestra el dispositivo a modo de ejemplo. El dispositivo presenta un reactor de flujo arrastrado 10, un dispositivo de separación 20, una zona de tratamiento térmico 30, un primer ciclón de precalentamiento 40, un segundo ciclón de precalentamiento 50 y un refrigerador 60.
Al principio se añade la materia prima 100. Por ejemplo, ésta puede haberse secado y triturado previamente antes de que se introduzca en este caso en el dispositivo. La materia prima 100 se mezcla con el flujo de gas 220 ligeramente enfriado, que procede del primer ciclón de precalentamiento 40. En la primera etapa de precalentamiento 110, el flujo de gas transfiere el calor a la materia prima. En el segundo ciclón de precalentamiento 50, se realiza una separación del flujo de gas del sólido. A continuación se mezcla la materia prima 120 mencionada anteriormente con los gases combustibles 210 que proceden de la zona de tratamiento térmico 30. En la segunda etapa de precalentamiento 130, el flujo de gas emite su calor a la materia prima. A continuación, el sólido se separa de nuevo del flujo de gas en el primer ciclón de precalentamiento 40. La materia prima calentada 140 se alimenta al reactor de flujo arrastrado 10. La conversión térmica de la materia prima en producto y la optimización del color del producto tienen lugar en el reactor de flujo arrastrado 10. Para la optimización del color se alimenta, por ejemplo, carbono, hidrógeno o gas natural a través de la alimentación de agente reductor 300. A continuación se separa el sólido del flujo de gas en el dispositivo de separación 20, que está realizado igualmente como ciclón. El producto caliente 150 se conduce al refrigerador 60, donde se enfría y puede retirarse como producto 160. El refrigerador 60 puede estar realizado, por ejemplo, con múltiples etapas, en particular dos etapas, por ejemplo el refrigerador 60 puede ser un refrigerador de lecho fluidizado, un refrigerador de lecho móvil, un tomillo de enfriamiento, un refrigerador de ciclón, un refrigerador de capa turbulenta, un refrigerador de tambor o puede presentar éstos.
El flujo de gas 200 se alimenta al reactor de flujo arrastrado 10. Por ejemplo, un quemador puede proporcionar en este caso la temperatura necesaria. Este quemador puede funcionar, por ejemplo, de tal manera que éste genere, por ejemplo, monóxido de carbono (CO) y, de este modo, introduzca partes constituyentes reductoras en el flujo de gas. De este modo también pueden introducirse, por ejemplo, hidrocarburos o hidrógeno, por ejemplo como gases combustibles que no han reaccionado. Como alternativa o adicionalmente puede estar dispuesto otro quemador. El flujo de gas lleva el sólido a través del reactor de flujo arrastrado 10 y se separa del sólido en el dispositivo de separación 20. En el ejemplo mostrado, el flujo de gas llega desde el dispositivo de separación 20 directa e inmediatamente a la zona de tratamiento térmico 30, que está dispuesta verticalmente por encima del dispositivo de separación 20. En el ejemplo mostrado, la zona de tratamiento térmico 30 presenta una primera alimentación para combustible 310 y una segunda alimentación para oxígeno 320. Mediante esto se realiza una combustión completa de las partes constituyentes reductoras contenidos en el flujo de gas, por ejemplo hidrógeno (H<2>), monóxido de carbono (CO) o hidrocarburos. Al mismo tiempo, el flujo de gas se calienta preferentemente mediante la energía de combustión liberada o se compensan las pérdidas de calor, por ejemplo mediante emisión al medio ambiente o mediante la alimentación de otros componentes, en particular fríos, como por ejemplo aire. El flujo de gas se produce como gas combustible caliente 210 y se mezcla con la materia prima precalentada 120 y se conduce a la segunda etapa de precalentamiento 130. A continuación, el flujo de gas se separa del sólido en el primer ciclón de precalentamiento 40 y el flujo de gas ligeramente enfriado 220 se mezcla con la materia prima 100 y se conduce a la primera etapa de precalentamiento 110, en la que el calor residual del flujo de gas se transfiere al sólido. A continuación se realiza la separación del sólido del flujo de gas en el segundo ciclón de precalentamiento 50. El tercer flujo de gas enfriado 230 sale del segundo ciclón de precalentamiento 50.
Símbolos de referencia
10 Reactor de flujo arrastrado
20 Dispositivo de separación
30 Zona de tratamiento térmico
40 Primer ciclón de precalentamiento
50 Segundo ciclón de precalentamiento
60 Refrigerador
100 Materia prima
110 Primera etapa de precalentamiento
120 Materia prima precalentada
130 Segunda etapa de precalentamiento
140 Materia prima calentada
150 Producto caliente
160 Producto
200 Flujo de gas
210 Gases combustibles
220 Flujo de gas ligeramente enfriado
230 Flujo de gas enfriado
300 Alimentación de agente reductor
310 Combustible
320 Oxígeno
Claims (4)
1. Procedimiento para el tratamiento térmico de material mineral, en donde como material mineral se selecciona un material que presenta compuestos metálicos colorantes, en particular compuestos de hierro y/o compuestos de cromo, en donde el procedimiento presenta las siguientes etapas:
a) precalentar un material mineral en un precalentador,
b) transferir el material mineral calentado en el precalentador al reactor de flujo arrastrado (10),
c) tratar térmicamente el material mineral en un reactor de flujo arrastrado (10) en una atmósfera reductora para reducir los compuestos metálicos colorantes durante el tratamiento térmico,
d) separar la mezcla sólido-gas que procede del reactor de flujo arrastrado (10) en un dispositivo de separación (20),
caracterizado por queel procedimiento presenta adicionalmente las siguientes etapas:
e) oxidar las partes constituyentes reductoras del gas que procede del dispositivo de separación (20) en una zona de tratamiento térmico (30) entre la salida del flujo de gas del dispositivo de separación (20) y la entrada para el flujo de gas del precalentador con la ayuda del oxígeno (320) alimentado,
f) alimentar el gas que sale de la zona de tratamiento térmico (30) al precalentador y debido a ello aprovechar la energía térmica obtenida en la zona de tratamiento térmico (30) mediante transferencia al material mineral.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,caracterizado por quela oxidación en la etapa e) se realiza a una temperatura de 700 °C a 1.000 °C y durante un espacio de tiempo de 1 s a 10 s.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2,caracterizado por queen la etapa e) se alimenta un combustible (310) al gas.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado por queel flujo de material del material mineral se conduce alrededor de la zona de tratamiento térmico (30).
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