MXPA98003499A - Metodo y aparato para producir clinker de cemento - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método y un aparato para producir clinker de cemento, caracterizado porque el clinker de cemento es ante todo calcinado en una zona de combustión y enfriado después en una zona de enfriamiento, caracterizado porque el enfriamiento ocurre por lo menos parcialmente por la liberación de combustible y vapor, caracterizado porque en la primera fase de enfriamiento, el combustible liberado se mezcla con el clinker de cemento y se piroliza inicialmente, y los productos resultantes de la pirólisis tienen una fuerte reacción endotérmica con el vapor, de modo que el clinker de cemento es templado de tal forma que por lo menos 95%, preferiblemente el 100%, de la fase líquida contenida en el mismo, es transformado en vidrio.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA PRODUCIR CLINKER DE CEMENTO ME.HQRI? PESCRIP V La invención se refiere a un método y a un aparato para producir clinker de cemento de conformidad con el preámbulo de la re vindicación 1 y el concepto genérico de la reivindicación 10. El llamado clinker de cemento portland consiste esencialmente de alita (CaS) y belita (CaS)? aluminato tricálcico <C.,A) y ferrita de aluminato tetracálcico (C^AF). Otros constituyentes son en particular óxido de magnesio libre» así como también álcalis. El enfriamiento del clinker de cemento determina su estructurar la composición mineralógica y las propiedades del cemento producido a partir del mismo. La velocidad de enfriamiento del clinker tiene efecto en particular sobre la relación entre el contenido de la fase cristalina y el contenido de la fase de vidrio en el clinker. Con enfriamiento lento» la formación de cristal ocurre para casi todos los componentes del clinker» mientras que el enfriamiento rápido impide la formación de cristales y permite que la llamada fase liquida (2,95 + 2.2 Fea+Mg0 + álcalis) se solidifique en forma de vidrio. La relación de la fase líquida en los crinkers de hornos giratorios es de aproximadamente 20 a 2BX. El enfriamiento rápido del clinker aumenta en particular la resistencia del cemento a los sulfatos (magnesio, sodio» potasio, etc.). Álcalis l bres y cristales de MgO (periclasa) entran en la formación del vidrio. Esto puede explicarse por el hecho de que el contenido de C A, el cual es responsable de la capacidad del cemento para mostrar resistencia a los sulfatos» llega a formar parte del vidrio» y también álcalis libres y MgO (periclasa)» debido al enfriamiento rápido del clinker y» por lo tanto, será resistente al ataque por sulfatos. Conforme los álcalis libres desaparecen, los álcalis libres no atacarán más al sílice en los agregados. Un clinker de cemento que consiste esencialmente sólo de alita, belita y vidrio, es decir, en el que C^A y C^AF están enlazados en el vidrio, puede designarse como cemento po tiand para vidrio. Se distingue en particular por una capacidad especial para mostrar resistencia a efectos ambientales sin restringir su resistencia. Aunque el llamado cemento portland para vidrio ya ha sido producido en el laboratorio, hasta ahora no se conoce método alguno que permita la producción comercial del mismo. La velocidad de enfriamiento necesaria no puede lograrse con los procedimientos de enfriamiento del clinker que se conocen en la técnica, particularmente con ayuda de los l amados enfriadores de parrilla. Un método para producir cemento de belita activo se conoce a partir del documento DD-A-20S 422. En este caso, el clinker de belita del horno giratorio se libera a una primera etapa de enfr amiento» en la que el polvo de l gnito y el gas de salida a baja temperatura contiene en particular dióxido de carbono y vapor. Esto conduce a gasificación del combustible suministrado con vapor o con dióxido de carbono» y estas reacciones de gasificación extraen la entalpia de reacción necesaria del clinker de cemento. El objeti o de la invención es proveer un método y un aparato para la producción industrial de cemento portland para vidrio. Este objetivo se logra mediante los rasgos característicos de las re vindicaciones 1 y 10. De conformidad con la invención, el combustible deliberado en la primera fase de enfriamiento se mezcla con el clinker de cemento, y se piroliza inicialmente. Los productos de pirólisis resultantes tienen una fuerte reacción endotérmica con el vapor, de modo que el clinker de cemento se templa de tal forma que por lo menos 9554. preferiblemente ÍOOX, de la fase líquida contenida en el mismo, se transforma en vidrio. Los productos gaseosos de la pirólisis, que resultan de la misma, reaccionan directamente con el vapor. Como resultado, el clinker de cemento puede templarse a partir de su temperatura de combustión del orden de magnitud de 1450°C al cabo de unos cuantos segundos. Este procedimiento de enfriamiento rápido efectúa la transformación de los constituyentes líquidos del crinker, C A y C^AF, en vidrio, incluyendo álcalis libres y MgO (periclasa). El enfriamiento adicional ocurre a través de la gasificación generalmente conocida del combustible con vapor, la cual se lleva a cabo también endotérmicamente, pero esto ocurre signif cat vamente más lentamente en comparación con la reacción de los productos gaseosos de la pirólisis con vapor. Otras modal dades y ventajas de la invención son la materia de las reivindicaciones subordinadas, y se explican en mayor detalle en relación a la descripción y los dibujos, en los que: La figura 1 muestra una representación esquemática del aparato de conformidad con la invención, y La figura 2 muestra una representación en sección a lo largo de la línea II-II de la figura 1. El aparato de conformidad con la invención para producir clinker de cemento se describe ante todo en relación a las figuras 1 y 2. Consiste esencialmente de un horno giratorio 21 para calcinar el clinker de cemento, una primera etapa de enfriamiento construida como un reactor 23, y una segunda etapa de enfriamiento construida, por ejemplo, como un enfriador de parrilla 22. En la modalidad ilustrada» el reactor 23 está construido como parte del horno giratorio 21 con diámetro aumentado, y está dispuesto en el extremo de salida del horno. El horno giratorio 21 tiene en su extremo de salida una campana de horno 21a, que junto con una disposición de conexión 24, constituye la transición del horno 21 al enfriador de parrilla 22. La campana de horno 21a, así como también la disposición de conexión 24, están construidas en forma convencional. Un triturador, preferiblemente un triturador de rodillos 25. el cual es enfriado ventajosamente desde el interior por agua desmineralizada, está dispuesto en la disposición de conexión 24. Ahí. el clinker es triturado, por ejemplo, hasta un tamaño de partícula de 25 mm antes de que pase a la compuerta giratoria de paletas 26» la cual libera el cl nker en el enfriador de parrilla 22. La compuerta giratoria de paletas 26 es enfriada también preferiblemente desde el interior con agua desmi eralizada. En el enfriador de parrilla 22» el clinker de cemento que ya ha sido enfriado previamente en el reactor 23, es enfriado aún más por medio de aire. El aire de enfriamiento calentado se utiliza así en el aparato como aire para combustión en la manera usual como aire secundario 27 o como aire terciario 28. Un disposi ivo medidor de presión 29 está provisto en la disposición de conexión 24 poco antes de la compuerta giratoria de paletas 26, y mediante un dispositivo de control 30, este dispositivo medidor de presión controla la velocidad de los dos primeros ventiladores 31a y 31b del enfriador 22» de tal forma que no se acumula presión en la región del dispositivo medidor de presión 29. El aire secundario 27 generado por el enfriador de parrilla 22 es introducido en el horno giratorio 21 en la región de la campana de horno 21a mediante una línea de aire secundario 31. La l nea de aire secundario 31 es de construcción de doble pared, y es enfriada con agua desmineralizada. A la mitad de la línea de aire secundaria 31 se provee un quemador adicional 32 para más combustible. El reactor ilustrado en esta modalidad es aproxi adamente 3 veces más grande en diámetro que el horno giratorio 21» y el ancho del reactor corresponde a aproximadamente 1/5 de su diámetro. En la modalidad ilustrada, el horno giratorio 21 está sostenido en la región del reactor 23 mediante dos soportes 36, 37 de rodillos neumáticos de soporte, los cuales están dispuestos respect vamente poco antes y poco después del reactor. Puede proveerse un soporte adicional de rodillos neumáticos para soporte» si es necesario» en la región de la salida del horno. Con los dos soportes de rodillos de soporte provistos antes y después del reactor 23, el peso adicional debido al reactor 23 puede ser mejor distribuido. Cada soporte de rodillos de soporte consiste de dos rodillos de soporte. En la Figura 1» pueden observarse rodillos de soporte 36a, 37a de los soportes de rodillos 36, 37 para soporte. El reactor 23 tiene también una disposición construida como un transportador sin fin 33 para liberar un combustible» en particular un combustible carbonáceo. El transportador sin fin es de nuevo de construcción de doble pared, y se enfría con agua desmineralizada. El punto de alimentación de combustible yace en la reacción de entrada del material a granel caliente en el reactor 23. El vapor saturado requerido en el reactor 23 se obtiene completamente o parcialmente del agua de enfriamiento de las diferentes partes del aparato descritas anteriormente. Además, el reactor 23 tiene una disposición 34 para soplar vapor en el clinker de cemento, el cual se mezcla con el combustible. Esta disposición está dispuesta paralela a las paredes que delimitan el reactor 23, y está construida en forma de una placa, cuyos bordes están biselados para proveer la menor resistencia posible al clinker que entra en el reactor. Preferiblemente, el vapor saldrá a torrentes en la región de la base del reactor 23. En el extremo inferior del reactor 23 está provista también una abertura 23a que se puede cerrar para transportar el clinker localizado en el reactor hacia la salida del enfriador mediante una disposición de transportación 35, representada por íneas punteadas, cuando es necesario un tope más largo en el horno. En la producción de c inker de cemento con ayuda del aparato descrito anteriormente, el clinker de cemento es ante todo calcinado en el horno giratorio 21 en una zona de combustión, y después pasa en el reactor 23. El combustible que también es liberado ahí. particularmente combustible carbonáceo con un componente pirolizable, se mezcla con el clinker de ? cemento en una primera fase de enfriamiento, y se piroliza. Los productos resultantes de la pirólisis, tales como en particular alquitrán, hidrocarburos ligeros con cierta cantidad de C0a y CO. tiene una fuerte reacción endotérmica con el vapor» el cual también es liberado. Una reacción particularmente rápida ocurre también entre los productos gaseosos de la pirólisis y el vapor, de tal modo que el clinker de cemento se templa de tal forma que por lo menos 95%. prefer blemente 100K. de la fase líquida contenida en el mismo, se transforma en vidrio. En esta primera fase de enfriamiento, el clinker de cemento se templa a partir de la temperatura de combustión del orden de magnitud de 1450°C a aproximadamente 1250°C. estando la velocidad de enfriamiento en la primera fase de enfriamiento entre 600 K/min y 6.000 K/min. En la reacción entre los productos de pirólisis y el vapor» se producen gases tales como CH . Ha» CO» COa hasta hidrocarburos de C„. En una segunda fase enfriamiento, la cual ocurre también en el reactor 23» la ocurrencia principal es una gasificación del combustible liberado, así como también de los productos de pirólisis todavía presentes con el vapor. De nuevo» esta reacción de gasificación ocurre endotérmicamente y extrae la entalpia de reacción necesaria del clinker de cemento. En la gasi icación» las siguientes reacciones ocurren en particular: C + Ha0 > Ha + CO CO + Hj.0 > Ha + CO,, C + CO% > 2C0 Así» en el método de conformidad con la invención para producir clinker de cemento, el clinker es ante todo templado en una primera fase de enfriamiento de aproximadamente 1450°C a 1250°C durante unos cuantos segundos. En la segunda fase de enfriamiento, el enfriamiento adicional del clinker de cemento ocurre principalmente a través de gasificación endotérmica. En la tercera fase de enfriamiento» el clinker de cemento que ha sido enfriado aproximadamente a 1000 a 1100°C, se alimenta al enfriador de parrilla. La cantidad de carbón mineral» o la relación entre carbón mineral y combustible líquido o gaseoso introducido en el reactor para producir mediante pirólisis productos gasificados suficientemente rápido» son completamente independientes del combustible necesario para realizar la calcinación previa en la salida del calentador (antee de la entrada al horno). El aire necesario para el proceso de combustión se introduce en el horno giratorio mediante la l nea de aire secundario 31. La temperatura del aire secundario es de aproximadamente 750°C. El quemador adicional 32 a la mitad de la línea de aire secundario 31 se utiliza en particular cuando se pone a funcionar el horno giratorio, y puede utilizarse también cuando el gas combustible producido en el reactor 23 no es suf ciente para concrecionar la materia prima para el clinker en la zona de concrecionamiento. Para lograr la mayor transformación posible de la fase líquida en vidrio» es necesario mezclar completamente el combustible con el clinker de cemento» y soplar el vapor lo más uniformemente posible. La disposición 34 para introducir el vapor se provee normalmente a fin de que sea estacionaria. Sin embargo» puede disponerse también a fin de que pueda moverse en dirección del movimiento giratorio (y desde el mismo) de la disposición de horno giratorio/reactor» para lograr la posición más efectiva para las reacciones químicas. Los combustibles líquidos y/o gaseosos reaccionan en la primera fase de enfriamiento signif cativamente más rápido que el combustible carbonáceo sólido» ya que este último debe ser degradado primero mediante pirólisis. Por lo tanto» para establecer una velocidad de enfriamiento suficiente» puede introducirse combustible adicional en forma líquida y/o gaseosa en el reactor 23. Disposiciones similares a aquellas utilizadas para soplar el vapor son part cularmente adecuadas para esto. La velocidad de enfriamiento en la primera fase de enfriamiento puede establecerse entre 600 K/min y 6000 K/min. El entremezclado del combustible liberado con el clinker de cemento ocurre particularmente en forma confiable en el reactor de conformidad con la invención. Dado que el reactor se mueve con el horno giratorio» el clinker de cemento introducido se mueve constantemente. En una modalidad ventajosa» el reactor puede proveerse internamente con elevadores cerámicos para elevar el clinker de cemento. Esto efectúa un entremezclado incluso más intenso y, además» el levantamiento y caída del clinker de cemento conduce a trituración del mismo» de modo que ocurre homogenización del tamaño de los terrones del clinker de cemento. Esto asegura a su vez un enfriamiento uniforme del clinker de cemento. Cuando se pone a funcionar la disposición de horno giratorio/reactor, se utiliza el quemador adicional 32 localizado en la línea de aire secundario 31. Si la relación de combustible/hidrógeno se ha ajustado a la capacidad de gasificación del reactor 23, el proceso de combustión puede operarse independientemente del quemador adicional 32» en cuyo caso el combustible consumido» la regulación de la llama y la cantidad de combustible liberado al horno giratorio, son independientes del combustible necesario para realizar la calcinación previa. Con ayuda del reactor 23 descrito anteriormente» el material a granel caliente entra en el enfriador habiendo sido ya previamente enfriado» de modo que la cantidad total de aire que va a util zarse en el enfriador puede utilizarse como aire secundario para el horno» y aire terciario para la calcinación previa. La cantidad de aire utilizado por el enfriador 22 es suficiente» por lo que no existe exceso de aire ni tampoco se desprende calor en la atmósfera. De esta forma» puede ahorrarse entre 75 y 100 kcal/kg de energía. Además» es posible surtir con filtros y disposiciones de limpieza las cantidades de aire que de otra manera se desprenderían en la atmósfera. El gas (CO + Hjg) producido en el reactor se encuentra con el aire secundario con una temperatura de 1000°C. mientras que el aire secundario y terciario está aproximadamente a 750°C. Por lo tanto» la temperatura de la llama puede alcanzar fácilmente temperaturas entre 2300 y 2500°C. El proceso de combustión puede controlarse mucho más fácilmente debido a esta alta temperatura de la llama. También el revestimiento del clinker, el cual es necesario para proteger el revestimiento de la zona de combustión, puede controlarse mucho más simplemente. Dado que el clinker de cemento en el reactor 23 es templado por 200 a 250°C dentro de unos cuantos segundos, sólo la alita y la belita se cristalizan. El otro consti uyente único presente es vidrio, en el cual en particular se enlazan C-,A. C.*AF» álcalis y óxido de magnesio. Dicho clinker de cemento puede designarse como cemento portland para vidrio. Las cenizas de combustible utilizadas en la reacción de gasificación no tienen que tomarse en cuenta en la composición de la materia prima. Estas cenizas forman un rellenador en el clinker. Por lo tanto, pueden utilizarse carbón mineral de superficie y carbón mineral café con altas proporciones de ceniza, así como también carbones minerales con componentes altamente volát les. El combustible suministrado al reactor 23 no tiene que ser secado o triturado, y puede liberarse en forma de partículas de 5 a ÍO mm.

Debido al templado rápido, los sulfatos de calcio no se descompondrán, y entrarán en el clinker como CaSO^ (anhidrita) . Esto puede tener como resultado reducir el problema de la circulación de azufre en los hornos giratorios, y simplificar substancialmente el problema del azufre que lleva a la posibilidad de usar combustibles con mayor contenido de azufre.

Claims (14)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN R?^ INDICA iP ES

1.- Un método para producir clinker de cemento» caracterizado porque el clinker de cemento es ante todo calcinado en una zona de combustión» y enfriado después en una zona de enfr amiento, caracter zado porque el enfriamiento ocurre por lo menos parcialmente por la liberación de combustible y vapor» caracterizado porque en la primera fase de enfriamiento» el combustible liberado se mezcla con el clinker de cemento y se piroliza inicialmente» y los productos resultantes de la pirólisis tienen una fuerte reacción endotérmica con el vapor» de modo que el clinker de cemento es templado de tal forma que por lo menos 95X, prefer blemente 100%, de la fase líquida contenida en el mismo, es transformado en vidrio.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se libera como combustible» combustible carbonáceo con un componente pirolizable.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado porque se añade combustible líquido y/o gaseoso para determinar la velocidad de enfriamiento en la primera fase de enfriamiento.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 1» caracterizado porque la velocidad de enfriamiento en la primera fase de enfriamiento está entre 600 K/mi y 6000 K/min.

5.- El método de conformidad con la re vindicación 1, caracterizado porque el clinker de cemento se enfría en aprox madamente 200 K en la primera fase de enfriamiento.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el clinker de cemento se templa en la primera fase de enfriamiento a partir de la temperatura de combustión del orden de magnitud de 1450°C a 1250°C.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque durante el mezclado del combustible con el clinker de cemento, ocurre simultáneamente trituración del clinker de cemento.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque en una segunda fase de enfriamiento. ocurre una gasificación del combustible liberado con vapor, la reacción de gasificación extrayendo la entalpia de reacción necesaria del clinker de cemento.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los gases combustibles producidos en la reacción de gasificación se utilizan en la combustión del clinker de cemento en la zona de combustión.

10.- Un aparato para producir clinker de cemento de conformidad con el método descrito en una de las reivindicaciones 1 a 9, el cual posee: a) un horno giratorio (21) para calcinar el clinker de cemento, b) un enfriador (22) para enfriar el clinker de cemento calcinado, c) una disposición (33) para liberar un combustible» d) una disposición (34) para soplar vapor» caracterizado porque e) se provee un reactor (23)» el cual tiene la disposición (33) para liberar el combustible» y la disposición (34) para soplar el vapor, y f ) el reactor (23) está construido como parte del horno giratorio, y gira con el mismo.

11.- El aparato de conformidad con la re indicación 10. caracterizado porque el reactor está construido como parte del horno giratorio (21) con diámetro aumentado.

12.- El aparato de conformidad con la re vindicación 10» caracterizado porque el reactor (23) está dispuesto substancialmente inmediatamente antes del extremo de descarga del horno giratorio (21).

13.- El aparato de conformidad con la reivindicación 10» caracterizado porque el horno giratorio (21) está sostenido inmediatamente antes y detrás del reactor (23).

14.- El aparato de conformidad con la reivindicación 10» caracterizado porque el reactor está provisto con una disposición adicional para introducir combustible líquido y/o gaseoso.