NO147596B - Fremgangsmaate for automatisk regulering av brenning av caco3- og/eller mgco3-holdige stoffer, samt kontrollapparatur dertil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for automatisk regulering av brenning av CaCO^- og/eller MgCO^-holdige stoffer i rotasjons- eller stasjonære ovner, samt en apparatur for gjennomføring av fremgangsmåten.

Det er kjent å fremstille brent kalk ved å brenne kalsium-karbonat ved temperaturer i området fra ca. 900-1300°C, hvorved CaCO-j dekomponeres til CaO og C02< Dette forårsaker struktur-forandringer i materialet på grunn av en volumreduksjon kjent som krymping og som varierer fra 10-60% avhengig av blant annet brennetemperaturen og urenhetsinnholdet i råstoffet.

Ved lave brennetemperaturer, ca. 900°C, er resultatet en ubetydelig krymping og et meget porøst produkt, men reaksjons-tiden for CC^-utvikling er så lang at det teknisk ikke ér aksepterbart å arbeide ved en slik lav temperatur. CC^-dannel-sen skjer ved de høyere temperaturer som brukes i praksis ved tilstrekkelig høy hastighet, men under disse betingelser krymper materialet mer, noe som forårsaker en reduksjon av porøsiteten.

Vanligvis avkjøles materialet etter brenning hvoretter

det ofte overføres til Ca(OH)2 ved reaksjon eller lesking med vann.

Avhengig av de tekniske betingelser er det noen ganger ønskelig at leskingen skjer hurtig, men det kan også være ønskelig at den skjer langsomt. Leskingshastigheten er blant andre ting avhengig av det brente produkts reaktivitet som igjen er avhengig av porøsiteten, som i sin tur hovedsakelig er avhengig av brennetemperaturen, brennetiden og urenhetsinnholdet i råstoffet. For å opprettholde en gitt reaktivitet for et produkt fremstilt fra et råstoff med fluktuerende urenhetsinn-hold, må som følge derav, kompenserende justeringer for brenne-

temperatur og/eller brennetid foretas.

For tidligere å opprettholde en slik egnet reaktivitet

for produktet ved brenning av kalk, er en vanlig diskontinuerlig manuell kvalitetskontroll utført på den brente kalk ved å blande en kjent mengde vann med en viss temperatur, f.eks. 20°C, med en kjent mengde brent kalk med en viss finhet og temperatur. Ved dette utføres således en slagging av en prøve under kontrollerte betingelser, og da hydratiseringsreaksjonen er eksoterm, kan reaktiviteten for den kjente kalk bestemmes, enten ved å måle tiden som er nødvendig for å oppnå en gitt temperaturstigning, eller ved å måle temperaturøkningen som oppnås i et gitt tids-rom.

Hvis reaktiviteten er for liten, er materialet brent for hardtv og tilførselen av brennstoff til ovnen må reduseres og/eller materialoppholdstiden i ovnen må reduseres.

Tilsvarende betraktninger gjelder for brenning av f.eks. MgCO^ og dolomitt.

Det er imidlertid for å sikre optimale driftsbetingelser som sikrer et homogent produkt med den ønskede reaktivitet, ønskelig å ha automatisk regulering av brennebetingelsene.

Det er kjent å utføre kontinuerlige analyser og reaktivi-tetsbestemmelser på flytende produkter. Således angår tysk patent nr. 468.912 en fremgangsmåte for analysering av et flytende kjemisk produkt på,basis av reaksjonsvarmen ved en reaksjon med en flytende reagens der det kjemiske produkt og den benyttede reagens strømmer gjennom tilsvarende separate mottagere der temperaturene måles, hvoretter de forenes under grundig blanding i en reaktor som virker som et kalorimeter idet temperaturen måles i reaktoren. Temperaturøkningen som oppnås, gir et mål på varmen som settes fri i reaktoren og tjener således til å bestemme produktets konsentrasjon.

Tysk utlegningsskrift nr. 19 61 633 angår en fremgangsmåte for analyse for bestemmelse av konsentrasjonen av Mg og K i henhold til hvilken varmevekslingen på grunn av reaksjonen med en egnet reagens benyttes for konsentrasjonsbestemmelse. I

denne fremgangsmåte blir prøve og reagens matet ved konstant temperatur til et reaksjonskammer som er neddykket i et vannbad, og temperaturdifferansen mellom vannbad og reaktor brukes som mål på konsentrasjonen.

Videre er det kjent å benytte såkalt "isoterm kalorimetri" for analyseformål hvorved innholdet i kalorimeteret holdes ved en konstant temperatur.

Tysk utlegningsskrift nr. 21 58 377 og de tyske Offen-legungsskrifter nr. 23 32 135 og 23 55 952 er typiske eksempler på denne kjente teknikk, hvorved man benytter et kalorimeter neddykket i et vannbad med en konstant temperatur tbad og en varmekilde i kalorimeteret på en slik måte at innholdet i dette har en konstant temperatur t^a^ som er høyere enn t^a(j« Hvis prøve og reagens kontinuerlig mates til kalorimeteret ved konstant temperatur og strømningshastighet og hvis varmefrigjøringen i varmekilden reguleres slik at - tj3a(j er konstant, kan varme-frigjøringen fra varmekilden benyttes som et mål på reaksjonsvarmen som oppstår ved reaksjonen mellom prøve og reagens idet summen av varmefrisetting fra reaksjonen og varmen som settes fri fra varmekilden, er konstant.

Imidlertid er det ikke kjent å benytte disse anlysemetoder ved anlalysering av faststoffers reaktivitet.

Det er nå overraskende funnet at det å oppnå automatisk kontroll av brenningen av CaCO^- og/eller MgCO^-holdige stoffer i en rotasjons- eller stasjonær ovn, kan oppnås ved en fremgangsmåte der i henhold til oppfinnelsen en.strøm av brent materiale og en strøm av en flytende reagens mates til og omrøres i et reaksjonskammer der temperaturen og hastighten for de to strømmer som mates til reaksjonskammeret og temperaturen i reaksjonsblandingen måles; en kvantitet bestemmes som utgjør et mål for mengden av varme pr. vektenhet brent materiale pr. tidsenhet som frigjøres ved reaksjonen mellom brent materiale og flytende reagens, og denne kvantitet benyttes som en kontrpllparameter for brenningsprosessen.

I den herværende tekst betyr uttrykket "flytende reagens" en væske som reagerer eksotermt med brent materiale og omfatter vann, vandige oppløsninger samt organiske forbindelser slik som monohydroksy- eller polyhydroksyalkoholer, f.eks. glykol eller etanol.

Strømmen av brent materiale og flytende reagens til reaksjonskammeret kan være kontinuerlig eller periodisk, og en tilsvarende mengde av reaksjonsblandingen vil vanligvis fjernes samtidig fra reaksjonskammeret.

En spesiell fordel ved denne fremgangsmåte ligger i at

den kan utføres kontinuerlig eller semikontinuerlig og således sikre fremstilling av et produkt som er enhetlig hva angår reaktiviteten, selv når man bruker råstoffer som hurtig og sterkt varierer hva angår urenhetsinnholdet, noe som ofte er tilfelle både når man arbeider med f.eks. kalk fra diverse mineralogiske avsetninger, eller når man arbeider med kjemisk utfelte råstoffer slik som f.eks. fra kaustiseringsprosesser. Når man benytter slike råstoffer, har det tidlig vært ekstremt vanskelig å sikre fremstilling av et produkt med tilstrekkelig enhetlig reaktivitet på grunn av den diskontinuerlige art av den kvalitetskontroll som har vært benyttet til idag.

En ytterligere fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at fremgangsmåten i reaksjonskammeret er av samme type eller kan sågar falle sammen med den praktiske siste prosess for fremstilling som skjer i leskingsmaskinene ved fremstilling av f.eks. hydratisert kalk, og i kaustiseringsanlegget.

En stabil strøm av brent materiale og/eller flytende reagens kan kontinuerlig mates til reaksjonskammeret. Temperaturfluktueringer i reaksjonsblandingen som stammer fra en periodisk trinnvis tilsetning av reaksjonskomponentene, elimineres således i sterkest mulig grad.

Retensjonstiden for reaktantene i reaksjonskammeret velges fortrinnsvis slik at den er kort sammenlignet med fluktueringsperiodene som forventes når det gjelder brennebetingelsene. Karakteristisk mates 60 1 vann/time og 15 kg brent kalk/time

til en reaktor med et volum på 10 1, noe som tilsvarer en retensjonstid på ca. 10 min.

Ved en utførelsesform av fremgangsmåten utføres reaksjonen i reaksjonskammeret ved konstant temperatur ved bruk av de prinsipper som er kjent fra isoterm kalorimetri, der reaksjons-kammertemperaturen holdes konstant ved hjelp av en positiv eller negativ varmekilde, og mengden av varme som settes fri ved reaksjonen, bestemmes ved å måle varme som avgis eller absorberes av varmekilden.

Ved andre utførelsesformer av fremgangsmåten holdes temperaturen i reaksjonsblandingen konstant ved å regulere temperaturen i væsken som mates til reaksjonskammeret, eller

ved å regulere tilførslen av væske idet temperaturen i denne således holdes konstant.

Temperaturen i reaksjonsblandingen kan også holdes konstant ved å justere tilførslen av brent materiale.

Driftsfordelene ved å arbeide ved konstant temperatur i reaksjonsblandingen er at kontrollene er spesielt pålitlige fordi prosessens temperaturavhengighet elimineres.

Det har vist seg å være fordelaktig å benytte signalet fra reaktoren (varmevolumet som settes fri pr. tidsenhet) for å regulere mengden av brennstofftilførsel til ovnen, noe som sikrer en hurtig regulering, men det kan også være fordelaktig å benytte signalet for regulering av råstofftilførslen eller, når man brenner i en rotasjonsovn, for regulering av ovnens rotasjonshastighet.

Ofte blir brenneprosessene etterfulgt av en leskeprosess, og i et slikt tilfelle kan leskekammeret i leskeprosessen benyttes som reaksjonskammer for reguleringen. Det medfører bruk av en enklest mulig apparatur. Av nøyaktighetsgrunner kan det imidlertid være hensiktsmessig å benytte spesielle reaksjons-kammere med kortere retensjonstid.

Det er videre mulig å omdanne den vanlige leskemaskin til en isoterm reaktor ved å utstyre den med innretninger for direkte dampoppvarming eller med varmevekslere for regulering av temperaturen i leskekammeret og/eller i tilført væske. Dette resulterer i den fordel at det'er mulig direkte å kontrollere ovnen i henhold til reaktiviteten i det brente produkt i den etterfølgende fremstillingsprosess.

Den beskrevne automatiske kontroll av brennbetingelsene

i ovnen ved anvendelse av et spesielt reaksjonskammer, kan fordelaktig utvides med en etterfølgende måling av den virkelige temperatur/varmeutvikling i leskekammeret under fremstillingsprosessen for derved å sikre en ytterligere optimalisering av reaktiviteten i det brente produkt, som fremstilles i ovnen, ved hjelp av en langdistansejustering med henblikk på det generelle reaktivitetsnivå som ønskes oppnådd.

Supplementerende kontrollparametre for å oppnå den ende-lige ønskede optimale reaktivitet i ovnsproduktet, kan også bestå i måling under fremstillingsprosessen:

a) dreiningen av rotoren i leskemaskinen,

b) ledningsevnen for blandingen i eller etter leskemaskinen, c) automatisk utførte kjemiske analyser/titreringer av blandingen i leskemaskinen eller i etterfølgende

mottagere og apparaturer,

d) turbiditeten i blandingen på samme punkter som under

O .

Den elektriske ledningsevne for eller OH-konsentrasjonen i reaksjonsblandingen kan også bestemmes og benyttes som den kvantitet som utgjør et mål for mengden av varmeenhet/vektenhet brent materiale pr. tidsenhet som settes fri ved reaksjonen.

Oppfinnelsen omfatter også en ovnskontrollapparatur for å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, hvorved apparaturen

..omfatter en reaktor utstyrt med et røreverk og en temperatur-målingsinnretning, anordninger for å tilføre til reaktoren brent materiale med en i det vesentlige kontinuerlig enhetlig finhet, anordninger" for til reaktoren å tilføre en flytende reagens, anordninger for måling og/eller bestemmelse av ønskede verdier med henblikk på tilmatningshastighet pr. tidsenhet og tempera turen i reaksjonskomponentene som mates til reaktoren, anordninger for fjerning av reaksjonsblanding fra reaktoren, en signalbehandlingsapparatur idet utgangssignalet antyder den mengde varme som er satt fri i reaktoren pr. tidsenhet/vektenhet .brent, materi ale, 7-og en kontrollanordning for å regulere brenneprosessen avhengig av utgangssignalet fra signalbehandlingsapparaturen.

Foretrukne utførelsesformer av apparaturen karakteri-seres ved at signalbehandlingsapparaturen videre regulerer:

varmekilden i reaktoren,

temperaturen i den flytende reagens som mates til reaktoren,

mengden flytende reagens som mates til reaktoren, eller

mengden brent materiale som mates til reaktoren,

på en slik måte at temperaturen i reaksjonsblandingen holdes konstant.

Kontrollanordningen for apparaturen kan arrangeres for å regulere mengden av brennstoff som mates til ovnen, mengden av råstoff som mates til ovnen og, når brenningen skjer i en rotasjonsovn, rotasjonshastigheten for ovnen.

Et eksempel på en apparatur som er konstruert i henhold til oppfinnelsen er vist diagrammatisk i den ledsagende tegning.

Som vist omfatter apparaturen innretninger 1 for tilsetning av brent materiale med enhetlig finhet til et reaksjonskammer 8 via en transportanordning 2 utstyrt med innretninger 3

og 4 for å måle og/eller å opprettholde ønskede verdier for matehastigheten og temperaturen i det brente materiale som føres til reaksjonskammeret. Reaksjonskammeret 8 er utstyrt med et effektivt røreverk 11, en temperaturmåleinnretning 12, et utløp 22, anordninger 5 for tilførsel av vann eller en annen flytende reagens til reaksjonskammeret, og utstyrt med innretninger 6 og 7 for måling og/eller opprettholdelse av ønskede verdier for til-matning av råstoff og temperaturen i vannet eller den flytende reagens og, eventuelt, en variabel positiv eller negativ varmekilde 9 utstyrt med en kontrollinretning 10 som regulerer varme-forandringen. Apparaturen omfatter videre en databehandlings-apparatur 13 forbundet med anordningene 3, 4, 6 og 7 via signal-kommunikasjonslinjer 14, 15, 16 hhv. 17, og med temperaturmåle-innretninger 12 via en signallinje 18 samt en kontrollanordning 19 som mates med resultatet fra databehandlingsapparaturen via signallinjen 20. Når apparaturen omfatter en varmekilde 9 med en kontrollanordning 10, er den sistnevnte forbundet med databehandlingsapparaturen via en signallinje 21.

I henhold til den enkleste utførelsesform av reaksjonskammeret foreligger det ingen varmekilde, og anordningene 3, 4, 6 og 7 opprettholder konstant matehastighet og temperatur i reaktantene. I et slikt tilfelle blir temperaturnivået målt ved temperaturmåleanordningen 12 og gir et direkte mål for varmeproduksjonen i reaksjonskammeret.

I mange tilfelle vil temperaturfluktueringer i det brente materiale kun føre til ubetydelige variasjoner i temperaturen som måles ved temperaturmåleanordningen 12, og midlene 4 for måling og/eller opprettholdelse av en ønsket verdi for temperaturen i det brente materiale kan således sees bort fra.

I henhold til en foretrukket utførelsesform er imidlertid reaksjonskammeret utstyrt med en varmekilde 9, og anordningene 3, 4, 6 og 7 opprettholder konstante verdier for matehastighet og temperatur. Signalbehandlingsapparaturen regulerer mengden av varme som avgis fra varmekilden, for å holde temperaturen i reaksjonsblandingen på et ønsket nivå. I dette tilfelle varierer-kontrollsignalet til varmekilden omvendt med varmeproduksjonen i reaksjonskammeret på grunn av den kjemiske reaksjon.

Andre variasjoner vil være åpenbare for fagmannen.

I en typisk utførelsesform er utgangen fra signalbehandlingsapparaturen et mål på varmefremstillingen pr. min/g brent materiale målt i reaktoren, og denne verdi benyttes for å regulere brennstoffmengden til brenningen.

Det er unødvendig å basere en automatisk ovnskontroll på intrikate matematiske modeller, og i henhold til dette kan signalbehandlingsapparaturen fortrinnsvis kopiere arbeidet til en erfaren operatør. I dette tilfelle kan både den tidligere nevnte måling og dens tendens benyttes som hovedsakelige pro-duktkvalitetsparametre sammen med andre prosessmålinger, f.eks. temperaturer, trykk osv. for å bestemme ovnsdriften ved å sette i verk de nødvendige kontrolltrinn.

Når man utfører en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen,

er temperaturen i vannet og det brente materiale karakteristisk 20-25°C, og retensjonstiden ligger på ca. 10 min i reaksjonskammeret der reaksjonen mellom vann og lett brent/vanlig brent/ sterkt brent kalk f.eks. vil føre til reaksjonstemperaturer på ca. 70/60/50°C, dvs. en temperaturøkning på ca. 50/40/30°C i det.ikké-isoterme tilfelle.

Det brente materiale som mates til reaktoren, kan sepa-reres som en understrøm fra brent, avkjølt og eventuelt knust sluttprodukt fra brenningen. Da kjølingen og knusingen tar en viss tid, vil det gå med en viss tid i dette tilfelle fra brenningen til målingen av reaktiviteten av det brente produkt i reaktoren. I tilfeller der hurtige variasjoner av produkt-kvaliteten kan forventes (f.eks. på grunn av et ikke-homogent råstoff) kan det være hensiktsmessig å redusere denne tids-forsinkelse ved å grene av en understrøm av brent produkt direkte fra ovnen eller fra kjøleren og å føre denne direkte til reaktoren. Partikkelstørrelsen for materialet som mates til reaktoren, er fortrinnsvis mindre enn 5 mm og aller helst mindre enn 2 mm.

Som reagens ved hydratiséringsreaksjonen i reaktoren,

kan det benyttes vann eller en vandig oppløsning, f.eks. av alkalisalter. Når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen benyttes i forbindelse med kalkombrenningsprosesser, kan det være hensiktsmessig å benytte en grønnlut som vandig oppløsning.

Reaktoren kan være varmeisolert, og for å sikre spesielt effektivt omrøring, er det hensiktsmessig å utstyre reaktoren med turbulensdannende midler, f.eks. plater.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for automatisk regulering av brenning av CaC03- og/eller MgCO^-holdige stoffer i en ovn hvori en strøm av brent materiale og en strøm av en flytende reagens mates til og omrøres i et reaksjonskammer, karakterisert ved at temperaturen og strømningshastigheten for de to strømmer som mates til reaksjonskammeret samt temperaturen i reaksjonsblandingen måles i en størrelse bestemmes som utgjør et mål for den mengde varme pr. vektenhet brent materiale pr. tidsenhet som settes fri ved reaksjonen mellom brent materiale og flytende reagens, og denne mengde benyttes som kontroll-parameter for brenneprosessen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at en stabil strøm av brent materiale og/eller flytende reagens kontinuerlig mates til reaksjonskammeret.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert ved at materialretensjonstiden i reaksjonskammeret er kort sammenlignet med fluktueringsperiodene i brennebetingelsene.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at varme tilføres til reaksjonsblandingen ved hjelp av en positiv eller negativ varmekilde på en slik måte at temperaturen i reaksjonsblandingen holdes konstant og mengden av varme som frigjøres ved reaksjonen, bestemmes ved å måle den varme som avgis eller absorberes av varmekilden.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at temperaturen i reaksjonsblandingen holdes konstant ved å regulere temperaturen i væsken som mates til reaktoren ved å tilføre varme til væsken.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at temperaturen i reaksjonsblandingen holdes konstant ved å regulere tilførslen av væske, idet temperaturen i denne i det vesentlige holdes praktisk talt konstant.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at temperaturen i reaksjonsblandingen holdes konstant ved å regulere tilførselen av brent materiale der temperaturen holdes i det vesentlige konstant.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at brenningen reguleres ved å regulere mengden av brennstoff som mates til ovnen.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at brenningen reguleres ved å regulere mengden av råstoff som mates til ovnen.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, der brenningen gjennomføres i en rotasjonsovn, karakterisert ved at brenningen reguleres ved å for-andre ovnens rotasjonshastighet.

11. Ovnskontrollapparatur for gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en reaktor (8) utstyrt med røreverk (11) og en temperaturmåleinnretning (12), midler (2) for å tilføre brent materiale med i det vesentlige enhetlig finhet, midler (5) for til reaktoren (8) å tilføre en flytende reagens, midler (6,7) for måling og/eller .. opprettholdelse av ønskede verdier når det gjelder matehastighet pr. tidsenhet og temperaturen i reaksjonskomponentene som mates til reaktoren, innretninger (22) for å fjerne reaksjonsblanding for reaktoren, en signalbehandlingsapparatur (13) der utgangssignalene indikerer mengden av varme som frigjøres i reaktoren pr. tidsenhet pr. vektenhet brent materiale samt en kontrollanordning (19) for brenneprosessen avhengig av utgangssignalet fra signalbehandlingsapparaturen.

12. Apparatur ifølge krav 11, karakterisert ved at reaktoren (8) også er utstyrt med en positiv eller negativ varmekilde (9).

13. Apparatur ifølge krav 12, karakterisert ved at signalbehandlingsapparaturen (13) ytterligere kon-trollerer varmekilden i reaktoren (8) på en slik måte at temperaturen i reaks jonsblandingen er konstant..

14. Apparatur ifølge krav 11, karakterisert ved at signalbehandlingsapparaturen (13) videre kontrol-lerer temperaturen i den flytende reagens som mates til reaktoren (8) på en slik måte at temperaturen i reaksjonsblandingen er konstant.

15. Apparatur ifølge krav 11, karakterisert ved at signalbehandlingsapparaturen (13) videre kontrol-lerer mengden av flytende reagens som mates til reaktoren (8) på en slik måte at temperaturen i reaksjonsblandingen er konstant.

16. Apparatur ifølge krav 11, karakterisert ved at signalbehandlingsapparaturen (13) videre kontrol-lerer mengden av brent materiale som mates til reaktoren (8) på en slik måte at temperaturen i reaksjonsblandingen er konstant.

17. Apparatur ifølge et hvilket som helst av kravene 11-16, karakterisert ved at kontrollanordningen (19) er anordnet for å kontrollere mengden brennstoff til ovnen.

18. Apparatur ifølge et hvilket som helst av kravene 11-16, karakterisert ved at kontrollanordningen (19) er anordnet'for å kontrollere mengden råstoff som mates til ovnen.

19. Apparatur ifølge et hvilket som helst av kravene 11-16, til bruk sammen med en rotasjonsovn, karakterisert ved at kontrollanordningen (19) er anordnet for å kontrollere rotasjonshastigheten for ovnen.