NO126434B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til kontinuerlig behandling av kalksten.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til kontinuerlig behandling av kalksten (CaCO^) i et fluidiseringsskiktreaktorsystem for fremstilling av et kalsinert eller brent produkt (CaO).

Det er vel kjent å kalsinere (brenne) kalkdannende materiale,

f.eks. kalksten, i en fluidiseringsskiktreaktor, hvorved karbondioksyd drives ut og kalkstenen omdannes til kalsiumoksyd eller brent kalk.

Ved de vanlige fremgangsmåter til fremstilling av kalk blir rå-materialet, som vanligvis er utvunnet kalksten, malt til en passende størrelse og deretter underkastet en varmebehandling i en flertrinns fluidiseringsskiktreaktor omfattende minst ett forvarmningstrinn og ett røstetrinn. Man har hittil hatt betydelige vanskeligheter med denne fremgangsmåte som følge av overføring av støv. Dette støv er av to typer, nærmere bestemt (1) kalkstenstøv (CaCO^) som dannes når kalkstenen males før den føres inn i reaktoren, og (2) brent kalkstøv (CaO) som dannes ved dekrepiteringen av den brente kalk i brenneavdelingen av reaktoren.

Uttrykket dekrepitering betegner i den foreliggende fremstilling smuldringen eller nedbrytningen av de faste partikler til finere partikler under behandlingen.

Der har vært fremsatt forslag om og utviklet fremgangsmåter til separat gjenvinning av dette støv, idet begge støvtyper er salgbare produkter. Kalkstenfingodset (CaCO^) finner utstrakt anvendelse som landbruksprodukt, mens kalken (CaO) er anvendelig som en reaksjons-bestanddel. Den økonomiske verdi av disse produkter er imidlertid av-hengig av deres renhet, d.v.s. at kalksten er av liten verdi med mindre den er hovedsakelig fri for brent kalk, mens brent kalk er av liten verdi med mindre den er hovedsakelig fri for kalksten.

De foreslåtte fremgangsmåter har således omfattet spesielle bearbeidelses- og gjenvinningstrinn som f.eks. forklassifisering av den malte malm for at kalkstenstøvet og kalkstøvet skulle kunne gjenvinnes hver for seg.

Disse ytterligere fremgangsmåtetrinn utgjør imidlertid en alvor-lig økonomisk begrensning for den økonomiske verdi av de nevnte fremgangsmåter som følge av det ytterligere utstyr og de ytterligere driftskostnader, og de nevnte fingods blir derfor ført ut i atmosfæren hvis dette er tillatt, eller de gasser som inneholder fingodset, blir vasket med vann og det resulterende utløp ført bort som avfall.

Nylig utførte forsøk på å brenne visse kalkstener i en flertrinns fluidiseringsskiktreaktor i overensstemmelse med disse tidligere kjente fremgangsmåter har vist seg ikke å føre frem, i første rekke som følge av at den mengde støv som ble frembragt i generatoren, var betydelig høyere enn hva man hadde ventet. Det ble funnet at denne store over-føring av støv skyldtes uventet termisk dekrepitering av kalkstenen i reaktorens forvarmningsavdeling, noe som står i strid med den tidligere erfaring at dekrepitering bare fant sted i brenneavdelingen. Denne fordekrepitering av kalkstenen i forvarmningsavdelingen førte til alt for store krav til matningsmaterialet for at den beregnede kapasitet skulle nås og økte problemene med bort skaffing av støvet.

For å redusere disse avfallstap til et minimum ble støvet ført tilbake til brenneavdelingen. Dette hadde imidlertid den ulempe at det forstyrret varmebalansen, idet det var nødvendig med ytterligere brensel og luft for å heve temperaturen av kalkstenstøvet til brenne-temperaturene. Det ble videre funnet at der mellom forvarmnings- og brenneavdelingene ble dannet en sirkulerende mengde av både brent og ikke brent kalkstenstøv. Det det brente støv som unnslapp, ble ført opp i forvarmningsavdelingen, ble mesteparten rekarbonert som følge av nærværet av høye CO^-konsentrasjoner ved reduserte temperaturer, eller hydratisert som følge av vanndusjer i forvarmningskammeret til temperaturregulering, hvorved tilbøyeligheten til tilstopping av blest-formene i forvarmningsavdelingen ble økt, noe som reduserte kapasiteten av brenningen.

Hovedhensikten med den foreliggende oppfinnelse er således å skaffe en fremgangsmåte som angitt innledningsvis, hvor de ulemper ved de tidligere kjente fremgangsmåter som skyldes dekrepitering av faste stoffer når disse behandles i et fluidiseringsskikt, er unngått.

Fremgangsmåten bygger på den oppdagelse at kalkstenstøv kan komprimeres eller briketteres ved temperaturer over ca. 200°C uten anvendelse av andre bindemidler enn brent kalk som er et produkt av brenne-operasjonen, for å danne et produkt som kan males til en størrelse og konsistens som egner seg til brennebehandling i en fluidiseringsskiktreaktor, og som motstår dekrepitering når det utsettes for termisk sjokk som f.eks. i forvarmningsavdelingen av en fluidiseringsskiktreaktor. Videre er det helt uventet funnet at når den således briket-terte kalksten utsettes for brennebehandling, vil den mengde av dekrepitering som finner sted, bli betydelig redusert.

Den foreliggende oppfinnelse skaffer således en praktisk løsning på problemet med utnyttelse av det nevnte overskytende kalkstenstøv og skaffer et produkt som er usedvanlig godt egnet som matningsmateriale for en brenning, idet det ikke dekrepiterer i samme utstrekning som man hittil har vært vant til.

Videre skaffer oppfinnelsen en fremgangsmåte til økonomisk gjenvinning og utnyttelse av fingods som hittil er blitt kastet, hvorved der unngås forurensning av den omgivende atmosfære.

Den foreliggende oppfinnelse går således ut på en fremgangsmåte som angitt i krav 1.

Por at fremgangsmåten skal bli klart forstått og lett kunne bringes til utførelse,vil der nå bli beskrevet et utførelseseksempel under henvisning til tegningen, som skjematisk viser et strømninga-diagram av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Et apparat til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter en fluidiseringsskiktreaktor med flere avdelinger (på tegningen vist bestående av to reaktorhus 10 og 30), et støvgjenvinningssystem bestående av en kald syklon 50 og et filterhus 60 og et komprimerings-granuleringssystem omfattende en komprimerings- eller briketteringspresse 70 og en granulator 80.

Nærmere bestemt inneholder reaktorhuset 10 en flerhet av forvarmningsavdelinger 12, 14 og 16 som hver inneholder et skikt av faste stoffer som skal behandles, og som bæres av gassfordelingsplater henholdsvis 13, 15 og 17. Reaktorhuset 10 er også.forsynt med et for avdelingene felles blestkammer 18. Reaktorhuset 30 omslutter en brenne-avdeling 32, en kjøleavdeling 34 og et blestkammer 36 adskilt av gassfordelingsplater 33, resp. 35, som hver bærer et skikt av faste stoffer som behandles.

Faste stoffer som skal behandles, i dette tilfelle knust og siktet kalksten, tilføres den øverste forvarmningsavdeling 12 via en egnet elevator som er betegnet med 20, og som via en ledning 22 mottar faste stoffer fra en matesilo som ikke er vist. De innmatede faste stoffer kommer inn i den øverste forvarmningsavdeling 12 gjennom en mateledning 24 som er forsynt med en egnet reguleringsventil som ikke er vist. De faste stoffer føres suksessivt fra forvarmningsavdelingen 12 til forvarmningsavdelingene 14 og 16 via overføringsledninger 26, resp. 28, som likeledes er forsynt med egnede ventiler som ikke er vist. De forvarmede faste stoffer i avdelingen 16 overføres gjennom en over-føringsledning 29 til brenneavdelingen 32 i reaktorhuset 30. Fra brenne-avdelingen 32 blir de behandlede faste stoffer, som nå er i form av brent kalk, ført gjennom en overføringsledning 37 til en avkjølingsavdeling 34 som får tilført fluidiseringsluft gjennom en ledning 39 fra en vifte 38. De behandlede faste stoffer fra avdelingen 34 blir deretter over-ført gjennom en ledning 41 til en produktkjøler 40, og de behandlede avkjølte produkter blir tatt ut gjennom en ledning 42.

Forbrennings- eller fluidiseringsluften blir av <y>iften 38 ført. inn i blestkammeret 36 og strømmer deretter opp gjennom avkjølings-avdelingen 34, brenneavdelingen 32 og deretter fra det åpne rom over skiktet i avdelingen 32 til en varm syklon 44 gjennom en ledning 43.

I den varme syklon 44 blir findelt, fast kalk som er ført med av de brukte fluidiseringsgasser som forlater brenneavdelingen 32, fraskilt og tømt ut gjennom en ledning 45 til kjøleren 40, hvor de samles som produkt. De brukte fluidiseringsgasser,som nå er relativt frie for fast kalk, føres u-t gjennom overløpet fra syklonen 44 og føres deretter suksessivt gjennom blestkammeret 18 og forvarmningsavdelingene 16, 14

og 12 for på denne måte .å fluidisere og forvarme det inngående matningsmateriale som beveger seg nedover. Fra den øvre forvarmningsavdeling 12 føres de brukte gasser gjennom en ledning 51 til den kalde syklon

50 av støvgjenvinningssystemet.

I den kalde syklon blir de fine, faste kalkstenstoffer som

er ført med av de brukte fluidiseringsgasser som forlater reaktorhuset 10, fraskilt og overført gjennom en ledning 55 til en svingesilo 52 som tjener som matningstrakt for briketteringspressen 70. Da den kalde syklon 50 ikke er tilstrekkelig effektiv til å fraskille de meget fine, støvformede faste stoffer, blir imidlertid de fraskilte gasser fra syklonen 50 overført gjennom en ledning 53 til en luftseparator eller et filtrerhus 60, hvor hovedsakelig alt støvet fraskilles før gassene føres ut i atmosfæren, f.eks. gjennom en ledning 54. De faste stoffer som fraskilles i filtrerhuset 60, samles ved 56 før de føres ut som produkt gjennom en ledning 57. Alternativt kan en del av disse faste stoffer resirkuleres gjennom en ledning 58 til siloen 52, hvor de blandes med de fine stoffer som er fraskilt i den kalde syklon 50.

De fine stoffer fra siloen 52 føres til briketterinps^ressen 70, og de resulterende plater eller briketter overføres gjennom en ledning 71 til en granulator, hvor platene males til egnet størrelse for behandling i fluidisert skikt.

Som vist blir det malte materiale fra granulatoren 80 siktet innledningsvis på sikten 84. Overkornspartiklene fra sikten 84 føres via en ledning 86 tilbake til granulatoren 80, mens underkornene gjennom en ledning 88 føres sammen med det inngående innmatningsmateriale før dette føres inn i forvarmningsavdelingen av fluidiseringsskiktreaktoren.

Under drift blir fast kalksten som er malt til en størrelse av

-6 masker, ført inn i forvarmningskammeret 12, hvor den oppvarmes til en temperatur av over 260°C og fortrinnsvis ca. 450°C. Deretter føres kalkstenen suksessivt gjennom avdelingene 14 og 16, som holdes på temperaturer over henholdsvis 650°C og 8l5°C av de varme oppadstigende utløpsgasser fra brenneavdelingen 32. Den forvarmede faste kalksten blir deretter overført til brenneavdelingen 32, hvor kalkstenen brennes

ved en temperatur av ca. 955°C ,og deretter i avdelingen 34 avkjølt til en temperatur av ca. 370°C ved direkte varmeutveksling med relativt kald oppadstigende fluidiseringsluft som føres inn av viften 38.

Fluidiseringsluft kommer inn i reaktorhuset 30 med en temperatur av ca. 60°C og en hastighet som er tilstrekkelig til å fluidisere skiktet av faste stoffer i avkjølingsavdelingen 34 og brenne-avdelingen 32.

Temperaturen i brenneavdelingen 32 holdes på det nevnte nivå ved forbrenning av et brensel, f.eks. naturgass, som føres direkte inn i brenne-avdelingen 32 gjennom én brenseltrykksprøyte som er generelt angitt med henvisningstallet 31.

Som angitt ovenfor passerer de brukte, varme fluidiseringsgasser fra det frie rom over fluidiseringsskiktet i avdelingen 32 gjennom den varme syklon 44 og inn i blestkammeret 18 i reaktorhuset 10. Etterhvert som de varme gasser beveger seg oppover i motstrøm til de nedad bevegede faste stoffer, vil de forvarme de faste stoffer i forvarmningsavdelingene 12, 14 og 16.

Før de brukte gasser føres ut til syklonen 50 blir temperaturen av gassene i forvarmningskammeret 12 og av de medførte faste kalksten-partikler ytterligere redusert til ca. 260°C ved at vann sprøytes inn i det frie rom over fluidiseringsskiktet i forvarmningsavdelingen 12, f.eks. gjennom en ledning 46.

I syklonen 50 vil fine faste stoffer av kalksten med en maske-størrelse på ca. -65 (Tyler) og en temperatur av ca. 260°C fraskilt og ført til briketteringspressen 70 som beskrevet foran. I pressen 70 blir de fine stoffer komprimert, fortrinnsvis ved et overtrykk på ca. 2060 N/cm 2,for å gi rektangulære små plater. Disse små plater blir deretter knust til en størrelse på ca. -6 masker i granulatoren 80 og siktet på en -6 maskers sikt.

Partiklene av størrelse -6 masker er nå egnet som matningsmateriale for fluidiseringsskiktreaktoren og overføres via ledningen 88 til forvarmningsavdelingen 12 sammen med det inngående matningsmateriale fra ledningen 22. Overkornpartiklene føres tilbake til granulatoren 80.

De etterfølgende eksempler tjener til ytterligere belysning av oppfinnelsen.

Eksempel I - Teknikkens stand

Kalksten med en kjemisk sammensetning som angitt i tabell 1, ble malt til en partikkelstørrelse av -6 x 0 masker og ført inn i en ^"'s prøvereaktor som ble drevet under betingelser som etterlignet en industriell enhet.

De i forvarnnings- og brenneavdelingene herskende betingelser

er angitt i tabell 2.

Resultatene av driften er angitt i tabell 3.

Tallene i tabell 3 viser at bare ca. 50% av den innmatede kalksten vil gjenvinnes som brent kalkprodukt. Av de resterende 50%

er ca. 19% fin kalksten som er tilstede i det innmatede materiale som -100 masker, mens de resterende J>1% er kalksten som dekrepiterer i forvarmningsavdelingene.

Eksempel II - Foreliggende oppfinnelse

I overensstemmelse med oppfinnelsen ble produktet fra den

kalde syklon ifølge eksempel 1 forvarmet til en temperatur av ca. 260°C og matet inn i en Komarck Greaves briketteringspresse av modell 75MS - med valser med en diameter av 51 cm og en bredde av 12 cm. Valsene ble drevet med 6 omdreininger per minutt med et hydraulisk overtrykk på 2060 N/cm 2. Mateskruen ble drevet med en hastighet av 96 omdreininger per minutt. De resulterende briketter hadde form av plater på ca.

11 x 11 cm med en tykkelse av ca. 352 mm. Disse briketter ble knust

til -6 masker i en Komarck Greaves granulator. Det pulveriserte produkt ble deretter siktet på en 6 x 50 maskers vibrerende sikt.

Det komprimerte støvprodukt på -6 masker ble tatt vare på og matet til den første av de tre forvarmningsavdelinger, som ble drevet under tilsvarende betingelser som en industriell enhet. Deretter ble de forvarmede partikler matet til brenneavdelingen. Det materiale som ble matet inn i den annen og tredje forvarmningsavdeling og i brenneavdelingen, var det formelle understrøms-produkt (the formal underflow produot) fra den foregående avdeling.

Operasjonsbetingelsene i de forskjellige avdelinger og de

oppnådde resultater fremgår av tabellene 4, 5, 6 og 7.

Hvis 100 maskers partiklene anvendes som et kriterium, viser resultatene at den grad av dekrepitering som finner sted når kalkstenen behandles i overensstemmelse med oppfinnelsen, er som følger:

Den samlede dekrepitering eller medføring til den kalde syklon var således 17,2?.

Eksempel III - Modifikasjon

I et annet forsøk ble hovedsakelig de samme betingelser som angitt i eksempel II overholdt med den modifikasjon at produktet fra den kalde syklon ble komprimert ved omgivelsestemperatur i Komarck Greaves briketteringspressen.

Under disse betingelser dekrepiterte brikettene når de ble ut-satt for fluidiseringsskikt-behandlingj og produktfordelingen var hovedsakelig den samme som angitt i tabell 3.

Størrelsesfordeling av matningsmateriale og produkt

Størrelsesfordeling av matningsmateriale og produkt

Størrelsesfordeling av matningsmateriale og produkt

Størrelsesfordeling av matningsmateriale og produkt

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig behandling av kalksten (CaCO-^) i et fluidiseringsskiktreaktorsystem for fremstilling av et kalsinert eller brent produkt (CaO), karakterisert ved at knust og siktet kalksten fluidiseres i en oppadstrømmende gass-strøm som består av brukte fluidiseringsgasser fra en brenne- eller kalsineringsreaktor med et fluidisert skikt, hvorved materialet forvarmes til en temperatur som ligger over ca. 200°C, men er utilstrek-kelig til å bevirke en vesentlig endring av den kjemiske sammensetning av det fingods som stammer fra dekrepitering av materialet og føres bort av de brukte forvarmingsfluidiseringsgasser, at det således forvarmede kalkstensmateriale overføres til brenne-eller kalsineringsreaktoren, som betjenes med en fluidiseringsgass ved brennetemperaturer, hvorved CaCO^ blir omdannet til CaO, at det brente eller kalsinerte fingods som føres med av de brukte brenne- eller kalsineringsgasser, fraskilles før gassene anvendes til fluidisering og forvarmning .av det materiale som føres i motstrøm gjennom forvarmningsreaktoren, at det brente eller kalsinerte produkt tømmes ut fra det fluidi-serte skikt i kalsineringsreaktoren, at det fraskilte kalkstenfingods gjenvinnes fra de brukte for-varmningsgasser under slike betingelser at temperaturen holdes på over 200°C, at det gjenvunne fingods komprimeres' ved denne temperatur for fremstilling av briketter, idet komprimeringen utføres uten tilsetning av bindemidler, at brikettene findeles, og at en valgt andel av det findelte produkt tilsettes den behandlede kalksten før forvarmningen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at den knuste og siktede kalksten forvarmes til en temperatur over 260°C som medfører at der ved dekrepitering fremstilles en betydelig méngde fingods med en partikkelstørrelse på mindre enn 65 mesh.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2,karakterisert ved at kalkstenen forvarmes til en temperatur av ca. 450°C.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den innmatede kalksten er malt til en partik-kelstørrelse av -6 mesh.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at fingodset oppvarmes til en temperatur av 260°C før det komprimeres.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at fingodset komprimeres ved et overtrykk på 2060 N/cm<2.>

7. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, hvor der ved findelingen fås en blanding av partikkelstørrelser, karakterisert ved at blandingen siktes for å skaffe en overkornandel og en underkornandel, at overkornandelen føres tilbake for ytterligere fin-deling, og at underkornandelen tilsettes den behandlede kalksten som den nevnte valgte andel.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det findelte produkt siktes på en 6 x 50 mesh sikt.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8,karakterisert ved at underkornene fra sikten forenes med den innmatede kalksten og forvarmes .

10. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den forvarmede, innmatede kalksten brennes eller kalsineres ved temperaturer i området fra ca. 925°C til ca. 985°C, og at de resulterende varme gasser anvendes til innledningsvis forvarmning av den innmatede kalksten.