FR2921059A1

FR2921059A1 - Production of clinker, comprises preparing calcium oxide material by producing flue gases that are used for direct/indirect heating of reactor for decarbonation of calcium carbonate, and blending calcium oxide material to form the clinker

Info

Publication number: FR2921059A1
Application number: FR0706451A
Authority: FR
Inventors: Yannick Menard; Gunter Walenta; Florent Bourgeois
Original assignee: Lafarge SA; Bureau de Recherches Geologiques et Minieres BRGM
Current assignee: Lafarge SA; Bureau de Recherches Geologiques et Minieres BRGM
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-03-20
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: FR2921059B1

Abstract

The process for production of clinker, comprises preparing calcium oxide material by producing flue gases that are used for direct or indirect heating of a reactor (6) for decarbonation of calcium carbonate, and blending the calcium oxide material to form the clinker. The carbon dioxide is captured from the decarbonation reactor, and then recycled in the reactor. The recycled carbon dioxide is heated by the flue gas before reinjecting it into the reactor. An independent claim is included for an installation for production of clinker.

Description

La présente invention concerne un procédé et une installation de production de clinker. On a représenté, de manière schématique sur la figure 1 une installation de production de clinker selon l'état de 5 la technique. Cette installation comprend un four tournant 2 dans lequel on introduit la farine qui par cuisson à haute température formera le clinker. Cette farine se compose principalement de quatre matériaux : une source de CaO, par 10 exemple de la calcite, de l'aragonite ou de la dolomite; une source de SiO2, par exemple du quartz, du feldspath, de l'opale, de l'argile ou des micas ; une source d'Al2O3, par exemple de l'argile, du feldspath ou de la gibbsite ; et une source de Fe2O3, par exemple de l'hématite, de la 15 magnétite, de la goethite, de la limonite ou de la sidérite. Pour la cuisson à une température de l'ordre de 1350°C à 1450°C, on introduit également dans le four tournant de :L'air et du combustible. En sortie du four tournant 2, on trouve d'une part le clinker et d'autre part 20 les fumées de combustion qui comprennent des gaz tels que CO2, N2, 02, CO, H2O, etc. Une préoccupation de plus en plus importante est d'éviter de rejeter du CO2. Pour cela, l'installation peut comprendre également un moyen de capture 4 du CO2 présent 25 dans les fumées de combustion. Les techniques principales pour effectuer cette capture comprennent l'adsorption par des solvants organiques, l'adsorption physique sur des solides, des systèmes à membrane, la distillation cryogénique et l'utilisation d'une boucle de 30 carbonatation/décarbonatation L'invention a pour but d'améliorer l'efficacité des installations de production de clinker. The present invention relates to a method and a plant for producing clinker. There is shown schematically in Figure 1 a clinker production facility according to the state of the art. This installation comprises a rotary kiln 2 in which the flour is introduced which by high temperature cooking will form the clinker. This flour consists mainly of four materials: a source of CaO, for example calcite, aragonite or dolomite; a source of SiO2, for example quartz, feldspar, opal, clay or micas; a source of Al2O3, for example clay, feldspar or gibbsite; and a source of Fe2O3, for example, hematite, magnetite, goethite, limonite or siderite. For cooking at a temperature of the order of 1350 ° C. to 1450 ° C., the air and fuel are also introduced into the rotary kiln. At the outlet of the rotary kiln 2, there is firstly the clinker and secondly the combustion fumes which comprise gases such as CO 2, N 2, O 2, CO, H 2 O, etc. An increasingly important concern is to avoid CO2 emissions. For this, the installation may also include a means 4 for capturing the CO2 present in the combustion fumes. The main techniques for carrying out this capture include adsorption by organic solvents, physical adsorption on solids, membrane systems, cryogenic distillation and the use of a carbonation / decarbonation loop. to improve the efficiency of clinker production facilities.

A cette fin, l'invention a pour objet un procédé de production de clinker dans lequel on mélange des matériaux, dont du CaO, destinés à former du clinker, ledit procédé produisant des fumées de combustion, caractérisé en ce qu'on utilise lesdites fumées de combustion pour chauffer, au moins en partie, directement ou indirectement, un réacteur de décarbonatation de CaCC3 pour fournir ledit CaO. De manière avantageuse, on capte le CO2 issu de la décarbonatation. Le flux gazeux so=rtant du réacteur de décarbonatation est du CO2 quasiment pur, de sorte qu'il peut être facilement mis sous haute pression pour le transport et le stockage géologique ultérieur. Selon un mode de réalisation préféré, on recycle au 15 moins une partie du CO2 produit par le réacteur de décarbonatation dans ledit réacteur de décarbonatation. De manière avantageuse, on chauffe ledit CO2 recyclé par lesdites fumées de combustion, avant de le réinjecter dans le réacteur de décarbonatation. 20 L'invention a également pour objet une installation de production de clinker comprenant: - un four tournant comportant une entrée pour recevoir les matériaux, dont du CaO, destinés à former du clinker, une première sortie pour le clinker et une deuxième sortie pour 25 les fumées de combustion, - un réacteur de décarbonatation pour recevoir du CaCO3 et fournir du CaO et du CO2, - un moyen de chauffage dudit réacteur de décarbonatation, cette installation étant remarquable en ce que ledit moyen 30 de chauffage est, au moins en partie, alimenté, directement ou indirectement, par la chaleur des fumées de combustion. To this end, the subject of the invention is a process for producing clinker in which materials, including CaO, are mixed for forming clinker, said method producing combustion fumes, characterized in that said fumes are used. method for heating, at least in part, directly or indirectly, a CaCC3 decarbonation reactor to provide said CaO. Advantageously, the CO2 obtained from the decarbonation is captured. The flow of gas from the decarbonation reactor is almost pure CO2, so that it can easily be put under high pressure for transport and subsequent geological storage. According to a preferred embodiment, at least a portion of the CO2 produced by the decarbonation reactor is recycled to said decarbonation reactor. Advantageously, said recycled CO 2 is heated by said combustion fumes, before being reinjected into the decarbonation reactor. The invention also relates to a clinker production plant comprising: - a rotary kiln comprising an inlet for receiving materials, including CaO, for forming clinker, a first outlet for the clinker and a second outlet for 25 the combustion fumes; - a decarbonation reactor for receiving CaCO 3 and supplying CaO and CO 2; - a means for heating said decarbonation reactor, this installation being remarkable in that said heating means is at least partly , supplied, directly or indirectly, by the heat of combustion fumes.

De manière avantageuse, l'installation comprend en outre un moyen de capture du CO2 issu du réacteur de décarbonatation. Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comprend également un moyen de recyclage d'au moins une partie du CO2 produit par le réacteur de décarbonatation dans ce réacteur de décarbonatation. De manière avantageuse, le moyen de recyclage de l'installation. comprend un échangeur de chaleur pour transférer au moins une partie de la chaleur des fumées de combustion au CO2 produit par le réacteur de décarbonatation. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement une installation de production de clinker selon l'état de la technique, la figure 2 illustre schématiquement un premier 20 mode de réalisation d'une installation de production de clinker selon l'invention, - la figure 3 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d'une installation de production de clinker selon l'invention, et 25 - la figure 4 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d'une installation de production de clinker selon l'invention. Une installation selon un premier mode de réalisation de l'invention est représentée sur la figure 2. 30 Cette installation comprend un four tournant 2 classique qui comprend les mêmes entrées et sorties que le four tournant de l'installation selon l'art antérieur décrit en référence à la figure 1. Advantageously, the installation further comprises means for capturing CO2 from the decarbonation reactor. According to a preferred embodiment, the installation also comprises means for recycling at least a portion of the CO2 produced by the decarbonation reactor in this decarbonation reactor. Advantageously, the recycling means of the installation. comprises a heat exchanger for transferring at least a portion of the heat of the combustion fumes to the CO2 produced by the decarbonation reactor. The invention will be better understood in the light of the following description, given by way of illustration and without limitation, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1, already described, schematically illustrates a clinker production plant according to FIG. 2 illustrates schematically a first embodiment of a clinker production plant according to the invention; FIG. 3 schematically illustrates a second embodiment of a clinker production plant according to the invention; and Figure 4 schematically illustrates a third embodiment of a clinker production plant according to the invention. An installation according to a first embodiment of the invention is shown in FIG. 2. This installation comprises a conventional rotary furnace 2 which comprises the same inputs and outputs as the rotary furnace of the installation according to the prior art described in FIG. reference to Figure 1.

L'installation selon l'invention se distingue en ce qu'il comprend un réacteur de décarbonatation 6 pour produire du CaO à partir d'une source contenant CaCO3 et en ce que ce réacteur de décarbonatation est chauffé en utilisant la chaleur (l'enthalpie) des fumées de combustion sortant du four tournant 2. Dans le mode de réalisation représenté, ce réacteur de décarbonatation 6 est de type échangeur thermique. Il comprend un moyen de chauffage 8 du réacteur 6 qui permet la calcination de CaCO3 par chauffage direct du réacteur de décarbonatation 6 mais sans contact entre les fumées de combustion et CaCO3. La température de fonctionnement de cet échangeur de chaleur est de l'ordre de 900°C à 950°C. Bien entendu, si la chaleur apportée par les fumées de combustion est insuffisante pour atteindre la température de travail, une source de chaleur auxilliaire peut être prévue. Dans le mode de réalisation représentée, les oxydes SiO2, Al203, Fe203 et la calcite CaCO3 sont introduits dans le réacteur de décarbonatation 6. La chaux aérienne CaO produite ainsi que les oxydes sont introduits dans le four tournant. On comprend que la calcite seule peut être introduite dans le réacteur de décarbonatation 6 et que la chaux produite soit ensuite mélangée aux autres oxydes. On comprend également que l'un, ou plusieurs oxydes sélectionnés pourraient être introduits dans le réacteur de décarbonatation. L'utilisation de la chaleur des fumées de combustion présente l'avantage de réduire le coût de production du CaO. Par ailleurs, le CO2 libéré par la décarbonatation est pratiquement pur (il peut comprendre une petite quantité de vapeur d'eau, facilement séparable du CO2 par refroidissement, condensation et séparation gaz-liquide), ce qui facilite son traitement ultérieur, notamment la possibilité de le stocker sous haute pression. The plant according to the invention is distinguished in that it comprises a decarbonation reactor 6 for producing CaO from a source containing CaCO3 and in that this decarbonation reactor is heated using heat (enthalpy ) In the embodiment shown, this decarbonation reactor 6 is of the heat exchanger type. It comprises a heating means 8 of the reactor 6 which allows the calcination of CaCO3 by direct heating of the decarbonation reactor 6 but without contact between the combustion fumes and CaCO3. The operating temperature of this heat exchanger is of the order of 900 ° C to 950 ° C. Of course, if the heat provided by the combustion fumes is insufficient to reach the working temperature, an auxiliary heat source may be provided. In the embodiment shown, the oxides SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 and calcite CaCO 3 are introduced into the decarbonation reactor 6. The aerated lime CaO produced as well as the oxides are introduced into the rotary kiln. It is understood that calcite alone can be introduced into the decarbonation reactor 6 and that the lime produced is then mixed with the other oxides. It is also understood that one or more selected oxides could be introduced into the decarbonation reactor. The use of heat from flue gases has the advantage of reducing the cost of producing CaO. Moreover, the CO2 released by the decarbonation is practically pure (it can comprise a small amount of water vapor, easily separable from CO2 by cooling, condensation and gas-liquid separation), which facilitates its subsequent treatment, notably the possibility of to store it under high pressure.

On a représenté sur la figure 3 un deuxième mode de réalisation d'une installation selon l'invention. Elle comprend les mêmes éléments que celle de la figure 2, mais en outre un réacteur de carbonatation à la chaux aérienne 12 pour produire du CaCO3 à partir d'une fraction de CaO produite par le réacteur de décarbonatation 6 et d'une fraction du CO2 contenu dans les fumées de combustion. Les réacteurs 6 et 12 forment ainsi une boucle de carbonatation-décarbonatation de Cao-CaCO3. Cette boucle est différente de celles utilisées dans l'art antérieur qui fonctionnent en circuit fermé, telle que la boucle décrite dans le document EP-1495794. Dans cette technique connue, le couple Cao/CaCO3 est un média de capture régénérable. Un problème de cette technologie est que les fines particules de CaO perdent rapidement de leur pouvoir de capture au cours des cycles successifs de capture/régénération. Par suite, selon la technique connue, des quantités de CaO très importantes en regard des flux de CO2 à capturer doivent être utilisées et une étape énergétiquement très coûteuse de régénération à la vapeur d'eau de la chaux CaO est indispensable. La boucle de carbonation-décarbonatation de l'installation selon l'invention s'affranchit des inconvénients des boucles selon l'art antérieur puisque CaCO3 est apporté en continu dans l'installation conduisant à une production en continu de chaux CaO neuve directement utilisable pour capturer CO2. L'installation permet donc de capturer au moins une partie du CO2 contenu dans les fumées de combustion, ce qui réduit l'impact de l'installation sur l'environnement. L'installation représentée sur la figure 3 diffère également de celle de la figure 2 en ce qu'elle comprend un moyen de recyclage 14 pour recycler une partie du CO2 produit par le réacteur de décarbonatation 6 dans ce même réacteur, servant ainsi de gaz de fluidisation pour la mise en suspension ou le transport pneumatique de CaCO3. Dans les deux premiers modes de réalisation de l'invention, les fumées de combustion chauffent le réacteur de décarbonatation 6 par contact indirect. Il est également possible de chauffer ce réacteur de décarbonatation de manière détournée. Comme représenté sur la figure 4, on peut modifier le moyen de recyclage de l'installation de la figure 3 en utilisant un échangeur de chaleur gaz-gaz 16 pour réchauffer par les fumées de combustion le CO2 recyclé, le réacteur de décarbonatation étant ainsi réchauffé indirectement par les fumées de combustion.15 FIG. 3 shows a second embodiment of an installation according to the invention. It comprises the same elements as that of FIG. 2, but in addition an aerated lime carbonation reactor 12 for producing CaCO3 from a fraction of CaO produced by the decarbonation reactor 6 and a fraction of the CO2. contained in the combustion fumes. The reactors 6 and 12 thus form a carbonation-decarbonation loop of Cao-CaCO3. This loop is different from those used in the prior art that operate in closed circuit, such as the loop described in EP-1495794. In this known technique, the Cao / CaCO3 pair is a regenerable capture medium. A problem with this technology is that the fine CaO particles rapidly lose their capturing power during successive capture / regeneration cycles. As a result, according to the known technique, very large quantities of CaO with regard to the CO2 streams to be captured must be used and an energetically very expensive step of regeneration with water vapor of CaO lime is essential. The carbonation-decarbonation loop of the plant according to the invention overcomes the disadvantages of loops according to the prior art since CaCO3 is continuously fed into the plant leading to a continuous production of new CaO lime directly usable to capture CO2. The installation therefore makes it possible to capture at least a portion of the CO2 contained in the combustion fumes, which reduces the impact of the installation on the environment. The installation shown in FIG. 3 also differs from that of FIG. 2 in that it comprises a recycling means 14 for recycling a portion of the CO2 produced by the decarbonation reactor 6 in this same reactor, thus serving as a gas for fluidization for suspension or pneumatic transport of CaCO3. In the first two embodiments of the invention, the combustion fumes heat the decarbonation reactor 6 by indirect contact. It is also possible to heat this decarbonation reactor in a back-and-forth fashion. As shown in FIG. 4, the recycling means of the installation of FIG. 3 can be modified by using a gas-gas heat exchanger 16 to heat the recycled CO2 with combustion fumes, the decarbonation reactor thus being heated up. indirectly by combustion fumes.

Claims

1. A process for producing clinker in which materials, including CaO, are mixed for forming clinker, said method producing combustion fumes, characterized in that said combustion fumes are used for heating, at least in part, directly or indirectly, a decarbonation reactor (6) CaCO3 to provide said CaO.

2. A process according to claim 1, characterized in that captures CO2 from the decarbonation reactor (6).

3. A process according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least one part of the CO2 produced by the decarbonation reactor (6) is recycled to said decarbonation reactor.

4. A process according to claim 3, characterized in that said recycled CO2 is heated by combustion fumes before reinjecting it into the decarbonation reactor (6).

5.- Clinker production plant comprising: - a rotary kiln (2) having an inlet for receiving materials, including CaO, for forming the clinker, a first outlet for the clinker and a second outlet for combustion fumes a decarbonation reactor (6) for receiving CaCO 3 and supplying CaO and CO 2, a heating means (8) for said decarbonation reactor, said installation being characterized in that said heating means is fed, at least partly, directly or indirectly, by the heat of the combustion fumes.

6. Installation according to claim 6, characterized in that it further comprises means for capturing CO2 from the decarbonation reactor.

7.- Installation according to one of claims 5 or 6, characterized in that it comprises a means for recycling (14) at least a portion of the CO2 produced by the decarbonation reactor 10 (6) in this reactor of decarbonization.

8.- Installation according to claim 7, characterized in that the recycling means (14) comprises a heat exchanger (16) for transferring at least a portion of the heat of combustion fumes to CO2 produced by the decarbonation reactor . 20