IT202000015889A1 - Sistema di calcinazione in impianti modulari con camera di combustione rotante adatta a materiali fini e alimentati anche con energie alternative - Google Patents
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Description
SISTEMA DI CALCINAZIONE IN IMPIANTI MODULARI CON
CAMERA DI COMBUSTIONE ROTANTE ADATTA A MATERIALI FINI e
ALIMENTATI ANCHE CON ENERGIE ALTERNATIVE
DESCRIZIONE
Settore tecnico dell?invenzione
La presente invenzione ? relativa ad un innovativo sistema di calcinazione in impianti modulari con camera di combustione rotante alimentati con materiale fine, capacit? produttive contenute ma con alto grado di purezza e di controllo della qualit?, in particolare della reattivit? del prodotto finito.
Tecnica nota
Com?? noto allo stato della tecnica, la materia prima per la produzione della calce ? il calcare, una roccia sedimentaria ricca di carbonato di calcio (CaCO3) che viene estratta da apposite cave. Possono essere usati anche il marmo o altre tipologie di minerali. Il materiale estratto, grossolanamente frantumato con diametro dei frammenti nell'ordine dei centimetri o anche di un paio di decimetri, ? sottoposto ad un processo di calcinazione, viene cio? introdotto in appositi forni o fornaci dove viene riscaldato gradualmente a 800?-1000?C per poi uscire dal fondo della fornace nell'arco di una decina di ore. In questa fase avviene una reazione chimica denominata reazione di calcinazione che porta alla liberazione di anidride carbonica e alla produzione dell'ossido di calcio o calce viva:
Dopo la cottura, i frammenti di pietra calcarea riducono il loro peso di circa il 40% a causa degli atomi di carbonio e ossigeno perduti ed assumono una consistenza porosa. Inoltre, a seguito della cottura, il comune colore grigio del calcare viene perso e le pietre diventano per lo pi? bianche. Queste ultime costituiscono la calce viva che ? commercializzata cos? com'? oppure ridotta in polvere e deve essere conservata in recipienti perfettamente ermetici, poich? ? molto igroscopica.
In generale, i processi di calcinazione noti sono realizzati in impianti costituiti da un complesso di macchinari. Gli stessi processi di produzione della calce utilizzati in detti impianti presentano una notevole complessit? e molteplici problematiche. Quindi esistono notevoli margini di miglioramento in termini di efficienza.
Il processo industriale di cottura del calcare si realizza, secondo i sistemi tradizionali, in forni di vario genere con temperature superiori ai 900?C. Come ? noto, la reazione chimica di trasformazione del calcare in calce viva ? fortemente endotermica e richiede tali temperature minime affinch? la dissociazione dell?anidride carbonica possa avere luogo. Oggi giorno, diverse tecnologie permettono di decarbonatare calcari di varie granulometrie in modo da ottenere un prodotto finito con specifiche caratteristiche. I due principali forni da calce per produzioni industriali sono: il forno verticale rigenerativo a doppio tino ed il forno rotante. Nello specifico, il forno verticale rigenerativo a doppio tino consente di cuocere rocce calcaree ridotte a dimensioni comprese tra i 40 e gli 80 mm, mentre il forno rotante ? destinato al trattamento di calcari di granulometrie minori, ma comunque superiori ai 10 mm. Dal punto di vista qualitativo, i forni verticali consentono di produrre una calce viva estremamente reattiva con efficienze energetiche di funzionamento elevatissime, ossia prossime al 100%, grazie all?ottimo sistema di recupero dei gas combusti per il preriscaldamento del calcare; mentre i forni rotanti sono caratterizzati da ingenti capacit? produttive, superiori alle 1000 ton/giorno e dalla possibilit? di variare, in modo semplice regolando i parametri di funzionamento, il grado di reattivit? del prodotto finito. Inoltre, i forni rotanti tradizionali sono cilindrici ed inclinati con rapporti tra lunghezza forno e diametro del tamburo L/d>50.
In entrambi i casi, tali forni vengono alimentati con combustibili (gas, liquidi o solidi) di natura fossile che quindi contribuiscono all?inquinamento ambientale per via delle elevate emissioni di anidride carbonica. Inoltre, il contatto dei gas combusti con il calcare in via di decomposizione provoca l?assorbimento, da parte di quest?ultimo, di diverse ?impurit?? che determinano una qualit? del prodotto finito pi? scadente.
Esiste pertanto l?esigenza di ottenere un sistema di calcinazione in forni rotanti estremamente efficiente, che consenta di risolvere i problemi tecnici sopra menzionati.
Sintesi dell?invenzione
Scopo della presente invenzione ? un sistema di calcinazione comprendente l?impiego di forni rotanti che permettono di produrre con semplicit? calci vive di pezzatura medio-piccola a diverso grado di reattivit?, utilizzando un particolare reattore a tamburo rotante e un sistema multiplo di tubi in cui il materiale viene fatto convogliare e decarbonatare. La rotazione del tamburo del forno rotante garantisce l?avanzamento del materiale ed il tempo di residenza ? fissato in base alla velocit? di rotazione impostata.
Il forno rotante secondo la presente invenzione, ? ad asse orizzontale e perfettamente simmetrico, la cui lunghezza ? paragonabile al diametro stesso del tamburo. Le dimensioni compatte, sono anche rese possibili dalla configurazione della camera di combustione a tubi multipli, nella quale il materiale viene convogliato aumentando la superficie di scambio, garantendo quindi dei bassi tempi di residenza necessari per decarbonatare calcari di medio piccole granulometrie e la simmetria assiale del reattore rappresentano un vantaggio per l?efficienza energetica globale, tipicamente contenuta nei forni rotanti tradizionali.
Un ulteriore scopo, ? dato dalla possibilit? del forno rotante di decarbonatare efficientemente calcari di granulometrie comprese tra i 2mm ed i 10mm, i quali non possono essere cotti in alcun forno tradizionale.
Vantaggiosamente il prodotto finito ? estremamente puro e ottenibile con un ampio spettro di reattivit?. L?utilizzo di una pluralit? tubi dove il materiale scorre, senza essere a diretto contatto con la sorgente di calore, elimina qualsiasi rischio di contaminazione del prodotto finito e permette un preciso controllo del tempo di residenza e del suo grado di reattivit?, che diviene ideale per l?utilizzo in settori dove sono pi? elevati gli standard di qualit? chimico-fisici richiesti, ad esempio nell?industria chimica e di depurazione delle acque, ecc.
Vantaggiosamente, il sistema comprende mezzi per l?autodiagnosi e per l?autocontrollo dei parametri di cottura: ? possibile la regolazione dei parametri di funzionamento al grado d?intensit? di decarbonatazione (da cui dipendono le temperature interne al reattore e quindi il tempo di residenza).
Vantaggiosamente, il sistema secondo la presente invenzione ? ottimale per la realizzazione di unit? produttive di piccola capacit?, di piccole dimensioni e quindi anche avente un ridotto impatto ambientale e un ridotto investimento economico e finanziario in grado di:
? produrre quanto necessario nei limiti della disponibilit? di materia prima locale e quindi di un uso responsabile della cava.
? produrre solo quanto necessario alla produzione locale ? garantire l?accesso all?investimento da parte di microinvestitori/utilizzatori finali anche di aree rurali o disagiate.
Vantaggiosamente il sistema oggetto della presente invenzione ? di tipo modulare e, a seconda delle necessit?, pu? comprendere pi? moduli posizionati in parallelo.
Secondo la presente invenzione ? descritto sistema di calcinazione in forni modulari alimentati con materiale fine, avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente di metodo annessa.
Ulteriori modi di attuazione dell?invenzione preferiti e/o particolarmente vantaggiosi, sono descritti secondo le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni dipendenti annesse.
Breve descrizione dei disegni
L?invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui: - la figura 1 e la figura 2 sono viste complessive del sistema secondo la presente invenzione,
- la figura 3 ? una sezione trasversale del forno rotante di calcinazione del sistema di Fig.1,
- la figura 4 ? una vista frontale del forno rotante di calcinazione sistema di Fig.1,
- la figura 5 ? uno schema funzionale del sistema di Fig.1.
Descrizione dettagliata
L?invenzione attiene ad un sistema di calcinazione in forni rotanti alimentati con materiale fine come mostrato nelle figure allegate.
Il sistema 100, come mostrato nelle diverse viste delle Figure 1, 2 e 5, comprende:
- un primo filtro con elettroventilatore 1 provvisto di un opportuno convertitore di frequenza, per avviare l?aria esausta ricca di CO2 prodotta dalla reazione di carbonatazione verso un?apertura di scarico 1?,
- una prima tramoggia 2 provvista di una apertura 2? per il carico del CaCO3,
- una rotovalvola 3 per il passaggio del CaCO3 all?interno di una seconda tramoggia pesata con sistema di dosaggio 4,
- un reattore di calcinazione o forno rotante 5 all?interno del quale avviene la decarbonatazione del CaCO3,
- un secondo filtro con elettroventilatore 6 provvisto di un opportuno convertitore di frequenza, per l?aspirazione dell?aria di raffreddamento del prodotto finito,
- una terza tramoggia 7 collegata ad una linea di scarico 8 e un convogliatore 9 per l?uscita della calce viva (CaO),
Come mostrato nelle figure 3 e 4, il forno rotante 5 ? caratterizzato da una simmetria rispetto ad un asse X orizzontale e con una lunghezza del forno L ? paragonabile al diametro d del tamburo, ossia L~d. In accordo con i dati sperimentali, il valore preferito di L/d ? minore o uguale a 10.
Il forno rotante 5 comprende un tamburo e una pluralit? di tubi nel quale il calcare viene convogliato aumentando la superficie di scambio e garantendo quindi dei bassi tempi di residenza necessari per decarbonatare calcari di medio-piccole granulometrie. Tale reazione avviene senza un contatto diretto con la sorgente di calore, eliminando quindi qualsiasi rischio di contaminazione del prodotto finito e permettendo un preciso controllo del tempo di residenza del calcare e del suo grado di reattivit?.
Vantaggiosamente il numero di tubi interni presenti nl forno rotante 5 sono presenti in un numero variabile compreso tra 10 e 40 tubi a seconda del diametro del tamburo. Al crescere del diametro del tamburo aumenta proporzionalmente anche il numero di tubi che attuano lo scambio termico e il passaggio di materiale.
Il sistema 100 ? configurato per operare in continuo. Comprende infatti una fase continua di alimentazione di calore per la calcinazione, nonch? una continua di fornitura di aria di processo atta a raffreddare la calce e preriscaldare il calcare. In particolare, il CaCO3 ? caricato nella prima tramoggia 2 per mezzo dell?apertura 2?, viene quindi dosato secondo le esigenze di processo per mezzo del sistema di dosaggio 4, per poi passare all?interno del forno rotante 5 dove avviene la reazione di decarbonatazione; successivamente il forno 5 scarica la calce viva in una terza tramoggia 7 collegata ad una linea di scarico 8 ed a un convogliatore 9 per regolare l?uscita della calce viva.
L?aria esausta CO2 prodotta nel forno rotante 5 viene avviata allo scarico 1? per mezzo del primo elettroventilatore 1.
L?aria primaria entra nella terza tramoggia 7 per mezzo di una apertura di ingresso 7? e si preriscalda in controcorrente sottraendo calore alla calce viva; quindi ? aspirata dal secondo elettroventilatore 6 e inviata alla prima tramoggia 2 in modo da preriscaldare il CaCO3 sino ad una temperatura di circa 200? C.
Vantaggiosamente, la materia prima calcarea che alimenta il sistema 100 ha una pezzatura medio-piccola compresa tra 2mm e 10 mm.
L?intero processo ? gestito da fonti di energia rinnovabili. Infatti, il calore necessario per il processo di calcinazione ? fornito al sistema 100 per mezzo di alimentazione elettrica generata da energia solare o altra fonte rinnovabile.
Vantaggiosamente, l?intero sistema oggetto della presente invenzione, pu? essere gestito da fonti di energia rinnovabili. Il calore necessario per il processo di calcinazione pu?, quindi, essere fornito al sistema 100 per mezzo di alimentazione elettrica generata da energia solare o altra fonte rinnovabile. In questo modo, grazie al sistema di calcinazione oggetto della presente invenzione si ottiene una riduzione delle emissioni di anidride carbonica nell?ambiente grazie all?utilizzo di un?energia pulita e rinnovabile, quale quella solare o elettrica invece dei comuni combustibili di natura fossile.
Oltre ai modi di attuazione dell?invenzione, come sopra descritti, ? da intendere che esistono numerose ulteriori varianti. Deve anche intendersi che detti modi di attuazione sono solo esemplificativi e non limitano l?oggetto dell?invenzione, n? le sue applicazioni, n? le sue configurazioni possibili. Al contrario, sebbene la descrizione sopra riportata renda possibile all?uomo di mestiere l?attuazione della presente invenzione almeno secondo una sua configurazione esemplificativa, si deve intendere che sono concepibili numerose variazioni dei componenti descritti, senza che per questo si fuoriesca dall?oggetto dell?invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate, interpretate letteralmente e/o secondo i loro equivalenti legali.
Claims (5)
1. Sistema (100) di calcinazione del calcare comprendente:
- un forno rotante (5) all?interno del quale avviene la decarbonatazione del calcare,
- un primo filtro con elettroventilatore (1) per l?aspirazione dell?aria esausta ricca di CO2 prodotta dalla reazione di decarbonatazione e un?apertura di scarico (1?) dell?aria esausta medesima,
- una prima tramoggia (2) provvista di una apertura (2?) per il carico del calcare,
- una rotovalvola (3) per il passaggio del calcare all?interno di una seconda tramoggia pesata con sistema di dosaggio (4) in comunicazione con il forno rotante (5),
- un secondo filtro con elettroventilatore (6) per l?aspirazione dell?aria primaria di preriscaldo del calcare,
- una terza tramoggia (7), a valle del forno rotante (5) collegata ad una linea di scarico (8) e ad un secondo convogliatore (9) per l?uscita della calce viva,
detto sistema (100) essendo caratterizzato dal fatto che il forno rotante (5) comprende un tamburo e una pluralit? di tubi nel quale il calcare viene convogliato in modo da realizzare un?ampia superficie di scambio termico, da evitare il contatto diretto del calcare con una sorgente di calore.
2. Sistema (100), secondo la rivendicazione 1, laddove il forno rotante (5) ? simmetrico rispetto ad un asse orizzontale.
3. Sistema (100) secondo la rivendicazione da 1 a 3, laddove il rapporto tra la lunghezza (L) complessiva del forno rotante (5) e il diametro (d) del tamburo del forno rotante (5) medesimo ? minore o uguale a 10.
4. Sistema (100) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il calcare che alimenta il sistema (100) ha una granulometria compresa tra 2mm e 10 mm per consentire bassi tempi di residenza del calcare all?interno del forno rotante (5).
5. Sistema (100) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la pluralit? di tubi il cui numero ? compreso tra 10 e 40 tubi a seconda del diametro del tamburo.
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| US4025295A (en) * | 1974-06-18 | 1977-05-24 | F. L. Smidth & Co. | Method of burning pulverous raw material and rotary kiln plant therefor |
| US20180112916A1 (en) * | 2015-04-03 | 2018-04-26 | Shijiazhuang Xinhua Energy Environmental Technolgy Co., Ltd | Dividing-wall rotary kiln apparatus |
-
2020
- 2020-07-01 IT IT102020000015889A patent/IT202000015889A1/it unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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