IT8319688A1 - Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento - Google Patents
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Description
DOCUMENTAZIONE
RILEGATA
Il procedimento di fabbricazione di cemento consiste nell'aggiunta delle materie prime per formare una miscela omogenea, la cottura di tale miscela in un forno per formare un clinker di cemento e la macinatura di tale clinker sinc ad ottenere una polvere fine. Durante la macinatura vengor aggiunte piccole quantit? di agenti per controllare l?indi? rimento del cemento, o presa, uno dei quali agenti pu? essere costituito da gesso. Vengono attualmente impiegati die processi, noti come processo per via umida e processo per via secca, in dipendenza dal fatto che le materie prime siano macinate e mescolate per via umida o secca rispettivamente. Esiste pure una variante di tali processi, il co^id? detto processo per via "semisecca", in cui le materie prime sono macinate a secco e quindi con acqua per formare un materiale granulato che viene alimentato al forno.
I forni per la fabbricazione di clinker di cemento si sono evoluti dagli iniziali forni a tino discontinui, passando attraverso i forni anulari e i forni rotativi oggigiorno impiegati.
Un forno rotativo ? costituito da un tubo di grande dia metro, generalmente di acciaio e con un rivestimento refrattario, il quale ? dotato di vari meccanismi atti a far s? che esso abbia a ruotare attorno al suo asse e a essere inclinato, formando un certo angolo con l'orizzontale, in modo tale che il materiale grezzo alimentato attraverso 1 estremit? pi? alta del forno abbia a discendere lentamente verso l'estremit? inferiore del forno stesso. L*inclinazidne del tubo ? da circa 2? sino a 6?, mentre la velocit? di re fazione pu? andare da circa 30 sino a 180 secondi ogni vo ta. Il diametro ? superiore a 7 metri, e le lunghezze arri vano sino a 250 metri. Il forno viene riscaldato tramite un bruciatore, disposto nella parte inferiore del forno stesso, e impiegante un combustibile fossile come ad esempio carbone, petrolio o gas. Il materiale introdotto nel forno si sposta attraverso di esso in controcorrente con i gas residui della combustione e, nel suo percorso verso la parte inferiore del forno, il materiale viene essiccalo, preriscaldato, calcinato e ridotto in forma di clinker, i quale viene raffreddato in un refrigeratore, situato in corrispondenza dell'estremit? del forno, tramite aria, e, successivamente, viene aspirata come aria per la combustione o anche come aria secondaria. Nella parte superiore del forno sono solitamente disposti vari dispositivi per favorire il trasferimento del calore dei gas del forno ai mate riali grezzi.
La temperatura alla quale viene prodotto il clinker di cemento nei forni rotativi varia da 130CP a 1550?C, in dipi denza dalle materie prime. Il tempo impiegato dalle materie prime per il loro passaggio attraverso un forno rotativo ? compreso fra un'ora e quattro ore, in dipendenza dalla lunghezza del forno e dalla capacit? di produzione. Quest' grandi tempi di permanenza dei materiali nei forni rotativ convenzionali sono dovuti al fatto che le reazioni che hanno luogo nel forno, ossia essiccazione, preriscaldamen<J >calcinazione e formazione del clinker, dipendono largamente dalla temperatura dei materiali solidie questa dipende dal trasferimento di calore dei gas residui della combustione a detti materiali solidi. Tale trasferimento di ca^ lore fra i gas residui della combustione e le materie prime ? lento e poco soddisfacente, obbligando a costruire forn di grandi dimensioni in cui le materie prime possono ra? giungere le temperature minime adeguate per la formazione del cemento. Tutto ci? ha determinato elevati costi di investimento.
Se la miscela o mescola di materie prime impiegata per la fabbricazione del clinker di cemento potrebbe essere ri scaldata molto rapidamente, quasi istantaneamente, a tempi: rature molto elevate, superiori alle temperature incontra nei forni rotativi convenzionali, allora i tempi di permanenza delle materie prime nel forno potrebbero essero ridditi notevolmente, cos? da richiedere forni di lunghezza pi? piccola a parit? di capacit? di produzione. D'altro canto, man mano che la temperatura aumenta, la velocit? delle rea zioni chimiche che hanno luogo nel forno aumenta notevolmente. Questo aumento della velocit? delle reazioni chimidhe con la temperatura presupporrebbe ultaMore diminuzione acdizionale del tempo di permanenza dei materiali nel forno.
La presente invenzione fornisce un procedimento.per la fabbricazione di clinker di cemento in un reattore, in cui ? possibile raggiungere temperature elevate, e consentente di attuare una gran quantit? di reazioni, molte delle qual non erano in precedenza possibili o erano possibili solo teoricamente .
Entrambi, cio? procedimento e reattore, utilizzano l'irraggiamento come sorgente di calore e mantengono le reazic ni isolate, entro uno schermo fluido di protezione che non le porta in contatto con le superfici interne del reattore Nei reattori convenzionali il calore necessario per attuare le reazioni viene trasferito ai reagenti mediante convezione e/o conduzione ma, tuttavia, questa caratteristica determina notevoli problemi che limitano la natura e il conseguimento delle reazioni che possono essere attuate. Il problema principale ? l'alimentazione delle temperature di reazione che sono imposte dalla resistenza alle alte tempe rature dei materiali che costituiscono la parete del reattore. In secondo luogo, la parete di un reattore convenzio naie si trova alla temperatura massima del sistema, ed ? perci? il luogo di reazione ideale del sistema, e, nella maggior parte dei casi, i prodotti di reazione si accumule ranno al disopra della parete. Tale accumulo riduce la capacit? del sistema a trasferire calore ai reagenti, richie dendo di aumentare progressivamente la temperatura della sorgente di calore per mantenere il livello iniziale della reazione, che pu? da ultimo superare la capacit? di resistenza termica del materiale della parete del reattore.
Nel procedimento in oggetto per la fabbricazione di d in ker di cemento ad alta temperatura, viene generato un "invo lucro'<1 >anulare di un fluido inerte che ? sostanzialmente trasparente alla radiazione; tale involucro ha una lunghezjz; sostanzialmente assiale. Successivamente la miscela o mesdola di materie prime ? fatta passare attraverso il nucleo dello involucro lungo una traiettoria predeterminata che coincide sostanzialmente con l'asse dell'involucro, le materie prime essendo confinate entro quest'ultimo. Una volta iniziato il flusso delle materie prime, viene diretta energia raggiante di grande intensit? attraverso l'involucro, in modo tale che coincida con almeno una parte della traiettoria delle materie prime. Il nucleo assorbe la quantit? di energia ralggiante sufficiente ad innalzare la temperatura delle materie prime sino al livello necessario per far iniziare le reazioni che determinano la formazione del clinker di cemejnto Nel caso in cui le materie prime sono di per s? stesse trasparenti all<1>energia raggiante, allora viene introctto nella corrente di materie prime un materiale assorbente. Tlale materiale assorbir? una quantit? di energia raggiante sufficiente a innalzare 1a 'temperatura del nucleo sino al livello desiderato. Pu? capitare, tuttavia, che mentre le materie prime sono trasparenti alle radiazioni, uno o pi? dei prodotti di reazione possono assorbire l'energia raggiante In questo caso, una volta iniziata la reazione, il materiale assorbente pu? essere separato dalla corrente di materie pjri^ me, e la reazione potr? cos? continuare.
Il reattore ad alta temperatura della presente invenzione trasferisce sostanzialmente alle materie prime tutto il ca lore necessario, tramite radiazione. Detto reattore, o detti reattori, ? protetto da diversi brevetti. Tale reattore comprende un tubo con una estremit? di entrata ed una estremit? di uscita, all'interno del tubo essendo definita una camera di reazione, ove possono essere attuate le reazioni. Mezzi per l'introduzione di un fluido inerte nella camera di reazione producono un involucro anulare di protezione per la superficie interna del tubo del reattore. Mezzi per l'introduzione delle materie prime nella camera di reazione attraverso l'estremit? di entrata, fanno in modo che dette mate -rie prime abbiano ad essere dirette secondo una traiettori predeterminata assialmente rispetto al tubo del reattore. L'involucro anulare ed il fluido inerte confina o racchiue centralmente le materie prime entro il reattore, non consentendone il contatto con il tubo del reattore. Energia raggiante di grande intensit? viene generata e diretta verso l'interno della camera di reazione per fare in modo che ab bia a coincidere con almeno una parte della traiettoria de1-le materie prime, essendo assorbita una quantit? di energi raggiante sufficiente a innalzare la temperatura delle ma terie prime sino a valori estremamente elevati. Il procedi mento secondo la presente invenzione, per la fabbricazione di clinker di cemento, si basa sull'accoppiamento di radi zione per trasferire calore alla corrente di materie prime La considerazione primaria relativamente al trasferimento di calore nel procedimento in oggetto, ? il coefficiente di assorbimento delle radiazioni delle materie prime. E' desiderabile che l'involucro anulare ed il fluido inerte che protegge la.parete del reattore abbia ad essere sostan zialmente trasparente alla radiazione e pertanto che abbia un valore molto basso del coefficiente di assorbimento dell radiazioni.
Ci? consente il trasferimento di energia raggiante attra ^erso l'involucro anulare sino alla corrente di materie prpme con una piccola o nessuna perdita di energia. Il trasferimento di calore ? quasi istantaneo ed ? soggetto ad un cor trollo rapido e preciso. In tale maniera nel reattore e procedimento secondo la presente invenzione, la temperatur del nucleo o camera di reazione pu? essere innalzata a vaiori estremamente elevati, mentre l'involucro anulare di protezione permane relativamente freddo. Il presente procedimento puc fornire una densit? di potenza nel nucleo o camera di reazione superiore a 10.000 watt/cm2, con valori pi? adeguati per fini commerciali dell'ordine di sino a 400 watt/cm .
La presente invenzione fornisce un procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento, che comprende mezzi per la triturazione delle materie prime; mezzi per la dosatura preomogeneizzazione, macinatura e omogeneizzazione delle materie prime, sia per v?a secca, via umida o via semi-secca; mezzi per trasferire il calore dei gas caldi che lasciano il reattore alle materie prime, prima della loro introduzione nel reattore.
Un reattore ad alta temperatura comprendente un tubo co estremit? di <'>.entrata e estremit? di uscita, definisce allo interno del tubo una camera di reazione ove vengono realizza te le reazioni. Mezzi per l'introduzione di un fluido inerjte nella camera di reazione per produrre un involucro anulare d? protezione attraverso la superficie interna del tubo reattore; essendo desiderabile che tale fluido inerte abbia a essere sostanzialmente trasparente alla radiazione. Mezzi per l'introduzione delle materie prime nella camera di ree zione attraverso l'estremit? di entrata in modo che dette materie prime abbiano ad essere dirette secondo una traiettoria predominantemente assiale rispetto al tubo reattore o di reazione. Mezzi per trasferire calore alla corrente ?' materie prime con accoppiamento di radiazione, in modo ta che energia raggiante di grande intensit? sia generata e diretta verso l'interno della camera di reazione per far s? che abbia a coincidere con almeno una parte della traiettoria delle materie prime.
In corrispondenza dell'estremit? di uscita del reattore ad alta temperatura, mezzi per la refrigerazione e/o raffred damento del clinker di cemento prodotto durante il passaggio delle materie prime attraverso il nucleo o camera di reazione del reattore ad alta temperatura. Mezzi per trasportare e immagazzinare il clinker di cemento raffreddato. Me zi per miscelare o mescolare e dosare il clinker di cemeni con altri composti come ad esempio gesso. Mezzi per macinere sino alla granulometria desiderata la miscela o mescola di clinker di cemento con i composti precedentemente citati, uno dei quali pu? essere costituito da gesso.
Nel procedimento secondo l'invenzione per la fabbricazijone di clinker di cemento, le materie prime all'interno del nucleo o camera di reazione del reattore ad alta temperatura possono raggiungere temperature superiori ai 3000?C. Analo gamente, essendo il trasferimento di calore quasi istantaneo, il procedimento secondo l'invenzione consente di far s? che il tempo impiegato dalle materie prime per passare dall'estremit? di entrata del reattore ad alta temperatura sino all'estremit? di uscita di detto reattore abbia ad essere molto minore di quello che si ha nei forni rotativi tale tempo essendo compreso tra 0,1 secondi e 600 secondi.
Il clinker di cemento viene preparato, come si ? gi? in irecedenza indicato, riscaldando una miscela di materie prline, una delle quali ? costituita principalmente da carbonado di calcio e l'altra da allumino-si1icati. I materiali pi? tipici che corrispondono a tale specifica sono la roccia ca|lcarea e l'argilla, entrambiiquali materiali sono presenti in natura in un gran numero di variet?. La qualit? di materie prime impiegate pu? essere molto ampia e, ad esempio, ? possibile impiegare marne, costituite da una miscela di argilla e calcare di origine organico, ardesie o schisti essendo pure materie prime comuni. In aggiunta ai material naturali, come materie prime sono pure utilizzati i prodotti ?rtificiali . Esempi sono le scorie di altoforno, cenerini iella combustione di carbone, residui alcalini delle induitrie di produzione di solfato d'ammonio e prodotti alcalini, ?er regolare la composizione della miscela di materie prime sono impiegati altri materiali come ad esempio terre, quarziti, residui di bauxite e ossidi di ferro, citati a titolo esemplificativo fra molti altri.
La presente invenzione, la quale fornisce un procedimerjto per la fabbricazione di clinker di cemento in un reattore ad alta temperatura come quello descritto precedentemente e protetto da vari brevetti di invenzione, si estende a qualsiasi miscela di materie prime, siano esse naturali op pure artificiali come, ad esempio, quelle descritte 'precedentemente, che possono essere alimentate in un forno per la fabbricazione di clinker di cemento. In particolare, e rientrante pure nella presente invenzione, ? fornito un procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento in<* >un reattore ad alta temperatura, in cui la miscela di nvatelrie prime, a partire dalla quale viene fabbricato il clinker di cemento, contiene come un componente principale di detti! miscela, i residui di lavaggio delle miniere di carbone, o come sostitutivo in parte o completo della fabbricazione ajr gillosa o come un componente principale della miscela di materie prime a partire dalla quale viene fabbricato il clinker di cemento. Questi residui di lavaggio dell?estrazione mineraria del carbone contengono taluni quantit? di materi li organici suscettibili di apportare una razione dell?energia necessaria per la formazione del clinker di cemento.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI1.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento, utilizzando un reattore ad alta temperatura, corri prendente mezzi per la triturazione delle materie prime; mezzi per la preparazione delle materie prime prima della loro introduzione nel reattore ad alta temperatura, sia per via secca, via semi-secca e via umida, che a titolo esemp ificativo, possono comprendere la dosatura, preomogeneizzazione, macinatura e omogeneizzazione delle materie prime tramite le vie prima citate; mezzi per trasferire calore ce? gas caldi, lascianti il reattore, alle materie prime prima della loro introduzione nel reattore, un reattore ad alta temperatura comprendendo un tubo con una estremit? di entrata ed una estremit? di uscita, all'interno del tubo essendo definita una camera di reazione, mezzi per l'introduzione di un fluido inerte nella camera di reazione per produrre un involucro anulare di protezione per la superficie interna del tubo del reattore; mezzi per introdurre le materie prime nella camera di reazione attraverso l'estremit? di entrate in modo tale che dette materie prime siano dirette seconde una traiettoria predominantemente assiale rispetto al tube del reattore; mezzi per la refrigerazione del clinker di cemento prodotto nella camera di reazione, e disposti in corrispondenza dell'estremit? di uscita del reattore; mezz per trasportare e immagazzinare il clinker di cemento raffreddato; mezzi per miscelare o mescolare e dosare il eli ker di cemento con altri componenti come ad esempio gesso e mezzi per macinare sino alla desiderata granulometria la miscela prima citata.2.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento utilizzando un reattore ad alta temperatura seconjd la rivendicazione 1, in cui il fluido inerte introdotto nella camera di reazione per produrre un involucro anular di protezione ? sostanzialmente trasparente alla radiaziohe 3.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento utilizzando un reattore ad alta temperatura secon|d la rivendicazione 1, in cui il trasferimento di calore al le materie prime nella camera di reazione del reattore ad alta temperatura si basa sull'accoppiamento di radiazione nel caso in cui le materie prime siano di per s? stesse trasparenti all'energia raggiante essendo prevista l'intrjo duzione nella corrente di materie prime di un materiale assorbente l'energia raggiante.4.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento utilizzando un reattore ad alta temperatura seconb le rivendicazioni 1 e 3, in cui energia raggiante di grand intensit? viene generata e diretta verso l'interno della camera di reazione per far s? che abbia a coincidere con almeno una parte della traiettoria delle materie prime.5.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento utilizzando un reattore ad alta temperatura secon una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nel camera di reazione del reattore ad alta temperatura ? pos sibile fornire una densit? di potenza superiore a 10.0002watt/cm e preferibilmente con valori dell'ordine di 400 watt/cm^ .6.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento utilizzando un reattore ad alta temperatura, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le materie prime nell'interno della camera di reazione del reattore ad alta temperatura possono raggiungere una temp^ ratura superiore ai 3000?C e preferibilmente una temperat?ra di sino 2500?C.7.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento utilizzando un reattore ad alta temperatura, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il tempo impiegato dalle materie prime a passare attraverso il reattore di alta temperatura ? compreso fra 0,1 e 600 secondi.8.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento utilizzando un reattore ad alta temperatura, secondo la rivendicazione 1, in cui le materie prime impiegate soi(i tutte quelle materie prime, siano esse naturali o artificiali, e siano prese singolarmente o in miscela fra loro, che possono essere alimentata in un forno per la fabbrica zione di clinker di cemento.9.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento utilizzando un reattore ad alta temperatura secont le rivendicazioni 1 e 8, in cui la miscela o mescola di materie prime contiene come un componente principale di detta miscela i residui di lavaggio dell'estrazione mineraria di carbone, sia come materiale sostitutivo in parte o completamente della frazione argillosa della miscela, o come un componente principale della miscela o mescola di materie prime.10.- PROCEDIMENTO PER LA FABBRICAZIONE DI CLINKER DI CEMENTO UTILIZZANDO UN REATTORE AD ALTA TEMPERATURA.Secondo quanto sostanzialmente descritto nella presenti; memoria che consta di tredici fogli, scritti a macchina su una sola facciata.in corrispondenza dell'estremit? di uscita del reattore; mezzi per trasportare e immagazzinare il clinker di cemen raffreddato; mezzi per mescolare e dosare il clinker di cemento con altri composti come ad esempio gesso; e mezzi per macinare sino alla desiderata granulometria la miscel precedentemente citata.D E S C R I Z I O N E? procedimento di fabbricazione di cemento consiste nell'aggiunta delle materie prime per formare una miscela omogenea, la cottura di tale miscela in un forno per form un clinker di cemento e la macinatura di tale clinker sin ad ottenere una polvere fine. Durante la macinatura vengo aggiunte piccole quantit? di agenti per controllare 11ind rimento del cemento, o presa, uno dei quali agenti pu? es sere costituito da gesso. Vengono attualmente impiegati d processi, noti come processo per via umida e processo per via secca, in dipendenza dal fatto che le materie prime siano macinate e mescolate per via umida o secca rispetti vamente. Esiste pure una variante di tali processi, il co detto processo per via "semisecca", in cui le materie pri sono macinate a secco e quindi con acqua per formare un m feriale granulato che viene alimentato al forno.I forni per la fabbricazione di clinker di cemento si sono evoluti dagli iniziali forni a tino discontinui, pas sando attraverso i forni anulari e i forni rotativi oggi"PROCEDIMENTO PER LA FABBRICAZIONE DI CLINKER DI CEMENTO"R I A S S U N T OProcedimento per la fabbricazione di clinker di cernente comprendente mezzi per la triturazione delle materie prime mezzi per la preparazione delle materie prime prima della loro introduzione nel reattore ad alta temperatura sia per via secca che per via semisecca e via umida, che, a titolo esemplificativo, possono comprendere la dosatura, preomogeneizzazine, macinatura e omogeneizzazione delle materie prime tramite le vie prima citate; mezzi per trasferire i calore dei gas caldi, lascienti il reattore, alle materie prime, prima della loro introduzione nel reattore; un reaf tore ad alta temperatura e mezzi.per introdurre le materie prime entro la camera di reazione attraverso l'estremit? d'entrata in modo che dette materie prime siano dirette se condo una traiettoria predominantemente assiale rispetto al tubo del reattore; mezzi per la refrigerazione del d ir ker di cemento prodotto nella camera di reazione e situat' giorno impiegati.Un forno rotativo ? costituito da un tubo di grande dia metro, generalmente di acciaio e con un rivestimento refr^t tario, il quale ? dotato di vari meccanismi atti a far s? che esso abbia a ruotare attorno al suo asse e a essere inclinato, formando un certo angolo con l'orizzontale, in modo tale che il materiale grezzo alimentato attraverso le estremit? pi? alta del forno abbia a discendere lentamente verso l'estremit? inferiore del forno stesso. L<1 >inc1inazicne del tubo ? da circa 2? sino a 6?, mentre la velocit? di rotazione pu? andare da circa 30 sino a 180 secondi ogni vo ta. Il diametro ? superiore a 7 metri, e le lunghezze ara -vano sino a 250 metri. Il forno viene riscaldato tramite un bruciatore, disposto nella parte inferiore del forno stesso, e impiegante un combustibile fossile come ad esempio carbone, petrolio o gas. Il materiale introdotto nel forno si sposta attraverso di esso in controcorrente con i gas residui della combustione e, nel suo percorso verso la parte inferiore del forno, il materiale viene essiccalo preriscaldato, calcinato e ridotto in forma di clinker, i quale viene raffreddato in un refrigeratore, situato in corrispondenza dell'estremit? del forno, tramite aria, e, successivamente, viene aspirata come aria per la combustione o anche come aria secondaria. Nella parte superiore del forno sono solitamente disposti vari dispositivi per favorire il trasferimento del calore dei gas del forno ai mate ria1i grezzi.La temperatura alla quale viene prodotto il clinker di cemento nei forni rotativi varia da 130CP a 1550?C, in dipi denza dalle materie prime. Il tempo impiegato dalle materie prime per il loro passaggio attraverso un forno rotat^o ? compreso fra un'ora e quattro ore, in dipendenza dalla lunghezza del forno e dalla capacit? di produzione. Quest grandi tempi di permanenza dei materiali nei forni rotativ convenzionali sono dovuti al fatto che le reazioni che hanno luogo nel forno, ossia essiccazione, preriscaldamen calcinazione e formazione del clinker, dipendono largamen dalla temperatura dei materiali solidi e questa dipende dal trasferimento di calore dei gas residui della combustione a detti materiali solidi. Tale trasferimento di ca lore fra i gas residui della combustione e le materie prine ? lento e poco soddisfacente, obbligando a costruire forn di grandi dimensioni in cui le materie prime possono rag giungere le temperature minime adeguate per la formazione del cemento. Tutto ci? ha determinato elevati costi di in vestimento.Se la miscela o mescola di materie prime impiegata per la fabbricazione del clinker di cemento potrebbe essere r scaldata molto rapidamente, quasi istantaneamente, a temp? rature molto elevate, superiori alle temperature incontra; nei forni rotativi convenzionali, allora i tempi di perma nenza delle materie prime nel forno potrebbero essero riddtti notevolmente, cos? da richiedere forni di lunghezza pii piccola a parit? di capacit? di produzione. D'altro canto man mano che la temperatura aumenta, la velocit? delle rea zioni chimiche che hanno luogo nel forno aumenta notevol mente. Questo aumento della velocit? delle reazioni chimicjhe con la temperatura presupporrebbe ulta-iore diminuzione ac dizionale del tempo di permanenza dei materiali nel forno.La presente invenzione fornisce un procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento in un reattore, in cui ? possibile raggiungere temperature elevate, e consentente di attuare una gran quantit? di reazioni, molte delle qualji non erano in precedenza possibili o erano possibili solo teoricamente .Entrambi , cio? procedimento e reattore, utilizzano l'irraggiamento come sorgente di calore e mantengono le reazio ni isolate, entro uno schermo fluido di protezione che non le porta in contatto con le superfici interne del reattore Nei reattori convenzionali il calore necessario per attuare le reazioni viene trasferito ai reagenti mediante convezione e/o conduzione ma, tuttavia, questa caratteristica determina notevoli problemi che limitano la natura e il conseguimento delle regioni che possono essere attuate. Il problema principale ? l'alimentazione delle temperature di reazione che sono imposte dalla resistenza alle alte tempe rature dei materiali che costituiscono la parete del reat tore. In secondo luogo, la parete di un reattore convenzio|~ nale si trova alla temperatura massima del sistema, ed ? perci? il luogo di reazione ideale del sistema, e, nella maggior parte dei casi, i prodotti di reazione si accumuleranno al disopra della parete. Tale accumulo riduce la capacit? del sistema a trasferire calore ai reagenti, richiedendo di aumentare progressivamente la temperatura della sorgente di calore per mantenere il livello iniziale della reazione, che pu? da ultimo superare la capacit? di resistenza termica del materiale della parete del reattore.Nel procedimento in oggetto per la fabbricazione di clinker di cemento ad alta temperatura, viene generato un "involucro" anulare di un fluido inerte che ? sostanzialmente trasparente alla radiazione; tale involucro ha una lunghezza sostanzialmente assiale. Successivamente la miscela o mesdola di materie prime ? fatta passare attraverso il nucleo dell involucro lungo una traiettoria predeterminata che coincidle sostanzialmente con l'asse dell'involucro, le materie prirrje essendo confinate entro quest'ultimo. Una volta iniziato il flusso delle materie prime, viene diretta energia raggiante di grande intensit? attraverso l'involucro, in modo tale che coincida con almeno una parte della traiettoria delle materie prime. Il nucleo assorbe la quantit? di energia ralg? giante sufficiente ad innalzare la temperatura delle mate rie prime sino al livello necessario per far iniziare le reazioni che determinano la formazione del clinker di cemejnto Nel caso in cui le materie prime sono di per s? stesse trasparenti all'energia raggiante, allora viene introcbtto nella corrente di materie prime un materiale assorbente. Tale materiale assorbir? una quantit? di energia raggiante sufficiente a innalzare la temperatura del nucleo sino al livello desiderato. Pu? capitare, tuttavia, che mentre le materie prime sono trasparenti alle radiazioni, uno o pi? dei prodotti di reazione possono assorbire l'energia raggiante, In questo caso, una volta iniziata la reazione, il materiale assorbente pu? essere separato dalla corrente di materie prj^ me, e la reazione potr? cos? continuare.Il reattore ad alta temperatura della presente invenziojne trasferisce sostanzialmente alle materie prime tutto il ca lore necessario, tramite radiazione. Detto reattore, o detti reattori, ? protetto da diversi brevetti. Tale reattore comprende un tubo con una estremit? di entrata ed una estremit? di uscita, all'interno del tubo essendo definita una camera di reazione, ove possono essere,attuate le reazioni. Mezzi per l'introduzione di un fluido inerte nella camera di reazione producono un involucro anulare di protezione per la superficie interna del tubo del reattore. Mezzi per l'introduzione delle materie prime nella camera di reazione attraverso l'estremit? di entrata, fanno in modo che dette mate rie prime abbiano ad essere dirette secondo una traiettori predeterminata assialmente rispetto al tubo del reattore. L'involucro anulare ed il fluido inerte confina o racchiude centralmente le materie prime entro il reattore, non conse tendone il contatto con il tubo del reattore. Energia raggiante di grande intensit? viene generata e diretta verso l'interno della camera di reazione per fare in modo che ab bia a coincidere con almeno una parte della traiettoria dell le materie prime, essendo assorbita una quantit? di energi raggiante sufficiente a innalzare la temperatura delle ma terie prime sino a valori estremamente elevati. Il procedi mento secondo la presente invenzione, per la fabbricazione di clinker di cemento, si basa sull'accoppiamento di radiazione per trasferire calore alla corrente di materie prime La considerazione primaria relativamente al trasferimento di calore nel procedimento in oggetto, ? il coefficiente di assorbimento delle radiazioni delle materie prime. E' desiderabile che l'involucro anulare ed il fluido inerte che protegge la parete del reattore abbia ad essere sostan zialmente trasparente alla radiazione e pertanto che abbia un valore molto basso del coefficiente di assorbimento dell radiazioni .Ci? consente il trasferimento di energia raggiante attra verso l'involucro anulare sino alla corrente di materie prime con una piccola o nessuna perdita di energia. Il trasferi v*; mento di calore ? quasi istantaneo ed ? soggetto ad un cor trollo rapido e preciso. In tale maniera nel reattore e procedimento secondo la presente invenzione, la temperatur del nucleo o camera di reazione pu? essere innalzata a valori estremamente elevati, mentre l'involucro anulare di protezione permane relativamente freddo. Il presente procedimento pu? fornire una densit? di potenza nel nucleo o camera di rea-2zione superiore a IO.000 watt/cm , con valori pi? adeguati 2 per fini commerciali dell'ordine di sino a 400 watt/cm .La presente invenzione fornisce un procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento, che comprende mezzi pier la triturazione delle materie prime; mezzi per la dosatura preomogeneizzazione, macinatura e omogeneizzazione delle materie prime, sia per via secca, via umida o via semi-sec mezzi per trasferire il calore dei gas caldi che lasciano il reattore alle materie prime, prima della loro introduzione nel reattore.Un reattore ad alta temperatura comprendente un tubo cojn estremit? di -.entrata e estremit? di uscita, definisce allo interno del tubo una camera di reazione ove vengono realizza te le reazioni. Mezzi per l'introduzione di un fluido inerte nella camera di reazione per produrre un involucro anulare di protezione attraverso la superficie interna del tubo reattore; essendo desiderabile che tale fluido inerte abbia a essere sostanzialmente trasparente alla radiazione. Mezzi per l'introduzione delle materie prime nella camera di rei zione attraverso l'estremit? di entrata in modo che dette materie prime abbiano ad essere dirette secondo una traie toria predominantemente assiale rispetto al tubo reattore o di reazione. Mezzi per trasferire calore alla corrente cji materie prime con accoppiamento di radiazione, in modo ta che energia raggiante di grande intensit? sia generata e diretta verso l'interno della camera di reazione per far s? che abbia a coincidere con almeno una parte della traiettoria delle materie prime.In corrispondenza dell'estremit? di uscita del reattore ad alta temperatura, mezzi per la refrigerazione e/o raffreddamento del clinker di cemento prodotto durante il passaggio delle materie prime attraverso il nucleo o camera di reazione del reattore ad alta temperatura. Mezzi per traspor tare e immagazzinare il clinker di cemento raffreddato. Mdzzi per miscelare o mescolare e dosare il clinker di cemento con altri composti come ad esempio gesso. Mezzi per macincre sino alla granulometria desiderata la miscela o mescola di clinker di cemento con i composti precedentemente citati, uno dei quali pu? essere costituito da gesso.Nel procedimento secondo l'invenzione per la fabbricazione di clinker di cemento, le materie prime all'interno del nucleo o camera di reazione del reattore ad alta temperatiir possono raggiungere temperature superiori ai 3000?C. Analogamente, essendo il trasferimento di calore quasi istantaneo, il procedimento secondo l'invenzione consente di far s? che il tempo impiegato dalle materie prime per passare dall'estremit? di entrata del reattore ad alta temperatura sino all'estremit? di uscita di detto reattore abbia ad essere molto minore di quello che si ha nei forni rotativi tale tempo essendo compreso tra 0,1 secondi e 600 secondi.Il clinker di cemento viene preparato, come si ? gi? in precedenza indicato, riscaldando una miscela di materie prine, una delle quali ? costituita principalmente da carbonato di calcio e l'altra da al1umino-si1icati. I materiali pi? tipici che corrispondono a tale specifica sono la roccia cal carea e l'argilla, entrambiiquali materiali sono presenti in natura in un gran numero di variet?. La qualit? di materie prime impiegate pu? essere molto ampia e, ad esempio, ? possibile impiegare marne, costituite da una miscela di argilla e calcare di origine organico, ardesie o schisti assendo pure materie prime comuni. In aggiunta ai materialji naturali, come materie prime sono pure utilizzati i prodot' artificiali. Esempi sono le scorie di altoforno, cenerini iella combustione di carbone, residui alcalini delle industrie di produzione di solfato d'ammonio e prodotti alcalidii, ?er regolare la composizione della miscela di materie prime sono impiegati altri materiali come ad esempio terre, guaiR I V E N D I C A Z I O N I1.- Procedimento per la fabbricazione di clinker di cemento, comprendente mezzi per la triturazione delle mate rie prime; mezzi per la preparazione d?lie materie prime prima della loro introduzione nel reattore ad alta temperai tura, sia per via secca, via semi-secca e via umida, che a titolo esemplificativo, possono comprendere la dosatura preomogeneizzazione, macinatura e omogeneizzazione delle materie prime tramite le vie prima citate; mezzi per tra sferire calore dei gas caldi, lascienti il reattore, alle materie prime prima della loro introduzione nel reattore, un reattore ad alta temperatura, e mezzi per introdurre l|a materie prime nella camera di reazione attraverso l'estre mit? di entrata in modo tale che dette materie materie prime siano dirette secondo una traiettoria predominantemenlte assiale rispetto al tubo del reattore; mezzi per la refri gerazione del clinker di cemento prodotto nella camera di reazione, e disposti in corrispondenza dell'estremit? di uscita del reattore; mezzi per trasportare e immagazzinar|e il clinker di cemento raffreddato; mezzi per miscelare o mescolare e dosare il clinker di cemento con altri compo nenti come ad esempio gesso; e mezzi per macinare sino al la desiderata granulometria la miscela prima citata.2.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il fluido inerte introdotto nella camera di reazione per pr? durre un involucro anulare di proteztne ? sostanzialmente trasparente alla radiazione.3.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il trasferimento di calore alle materie prime nella camera di reazione del reattore ad alta temperatura si basa sull'ac coppiamento di radiazione; nel caso in cui le materie prirr siano di per se stesse trasparenti al1'energia raggiante essendo prevista 1*introduzione nella corrente di materie prime di un materiale assorbente l'energia raggiante.4.- Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 3, in cui energia raggiante di grande intensit? viene generata e diretta verso l'interno della camera di reazione per far s? che abbia a coincidere con almeno una parte della traiettoria delle materie prime.5.- Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui nella camera di reazione del reattore ad alta temperatura ? possibile fornire una densit? 2di potenza superiore a 10.000 watt/cm e preferibilmente 2con valori dell'ordine di 400 watt/cm .6.- Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le materie prime nell'interno del la camera di reazione del reattore ad alta temperatura pos sono raggiungere una temperatura superiore ai 3000?C e pre feribilmente una temperatura di sino 2.500?C.7.- Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il tempo impiegato dalle materie prime a passare attraverso il reattore di alta temperatura ? compreso fra 0,1 e 600 secondi.8.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui le materie prime impiegate sono tutte quelle materie primd, siano esse naturali o artificiali, e siano prese singolarmente o in miscela fra loro, che possono essere alimentate in un forno per la fabbricazione di clinker di cemento.9.- Procedimento secondo le rivendicazioni le 8, in cui la miscela o mescola di materie prime contiene come ur componente principale di detta miscela i residui di lavaggio dell'estrazione mineraria di carbone, sia come materiale sostitutivo in parte o completamente della frazione argillosa della miscela, o come un componente principale de la miscela o mescola di materie prime.
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