TWI359122B - Method and apparatus for hydration of a particulat - Google Patents

Description

1359122 九、發明說明：

【發明所屬之技術領域:J 本發明係有關一種含氧化鈣之微粒狀材料或粉狀材料 之水合方法。水合產物寸用於減如由虞廠#參二氧化硫， 5例如製造水泥爐渣的窯廠。本發明亦係關於一種進行該方 法之裝置。 C先前技術】 前述類別方法例如由DK/EP 1 200 176為已知。此種已 知方法之主要缺點為水合速率緩慢，歸因於含氧化舞之原、 10料粉的水合係於空氣與水之混合物#在下寧行，此處水基 氣之分壓相當低。當希望達成材料所含氧化辦之8〇%至 100%間之水合程度時’此種已知方法需要耗時相當長的滞 留時間，讓材料粒子與水蒸氣接觸，因而耗用大量反應* 間。也已知一種方法，其中含氧化鈣材料係由窯系提取出， 15冷卻至C以下溫度，以及隨後與液體水混合時水人。此 種方法之缺點在於材料粒子傾向於附聚，造成隨後需要價 格昂貴的解除哗聚，或將攀、塊/的材料附聚體研磨成為小型 。單>粒子。弗種方法之又一β點為貪有氧价^辦孓材料粒子 水合無法經常性-由外至.内，朝，向粒于中心均勻進行反而 2〇某_粒子年全被水合..，而其它粒子絲毫也未被水合..，或只 被泰舍至★限程度。 ， - C發明内容j 本發明之目的係提供-種方法及裝置，藉此可減少前 述缺點。 5

N 1359122 此項目的根據本發明利用一種引言部分介紹之方法達 成，該方法之特徵在於水之添加量可確保隨溫度（°c)之函數 變化，添加水之分壓户；^係於下式界定之間隔範圍内 6,85- J4~~ < log P"2〇 < 5,45 -. 2032 (Γ + 273) (Γ + 273) 5 此處為水蒸氣分壓，以大氣壓表示，以及Τ為溫度， 以。C表示。

藉此獲得材料粒子不會結塊成為附聚體，粒子由外向 内均勻水合，故進行水合之材料粒子之活性表面係與部分 水合相關。原因在於由於水分係以於規定間隔範圍内之蒸 10 氣形式存在，故液體水不會接觸材料粒子。 傳統上，氫氧化鈣係經由燒製後的石灰與液態形式水 反應生成，但根據本發明，該反應係藉水蒸氣達成。經由 將粒子懸浮於水蒸氣，而非將粒子於液態水中熟化，可防 止粒子附聚，因而避免隨後價格昂貴的附聚體解除附聚或 15 研磨成為小型單一粒子的需求。

氫氧化鈣係於水合處理過程中生成。水合期間生成氫 氧化鈣之安定性主要係依據溫度以及生成的水蒸氣分壓決 定，如第1圖所示。水合處理較佳係於含最大量水蒸氣之氣 氛下進行。因此較佳根據本發明，含氧化鈣材料及水被導 20 入立式反應爐頂端，向下導引通過立式反應爐來同時進行 氣化與水合，水合後產物係於反應爐底端排放。由於於反 應爐内移動方向向下，故無需使用空氣作為材料粒子的輸 送媒質，因此可形成約100%純水蒸氣所組成的氣氛。水氣 ⑧ 6 化所需熱能係由材料提供β 另外’含氧化鈣材料可被導入立式反應爐頂端，向下 導引通過立式反應爐來同時以水水合，水被導入跨反應爐 高度分佈的多個位置’呈水蒸氣形式的任何多餘水經反應 爐頂端開口排放，而水合產物則由反應爐底端排放。 水合速率隨著溫度的升高及水蒸氣分壓的升高而加 快。但溫度不可超過氫氧化妈於指定水蒸氣分壓變成不穩 定之溫度。於實際實施上，溫度係由含氧化鈣材料之溫度、 被注入之水量、以及可能循環的水合產物支流決定，水合 產物於離開反應爐之前可能被進一步冷卻。重要地此種水 量適合讓含氧化鈣材料溫度與水蒸氣分學分別維持於某種 溫度及壓力範圍，於該溫度及壓力範圍，氫氧化鈣安定， 不存在有液體水，且水合不會停止。因此根據本發明，較 佳水合處理期間之溫度係維持高於10(rc，較佳高於2〇〇 C，及最佳尚於250 C ’以及水蒸氣分壓係維持於〇〇丨至1〇 atm.之範圍，較佳於n2 atm，及最佳〇 9至丨1 atm之範 圍。 水合產物隨後用來降低氣體之二氧化硫含量。與本處 理有關，唯有水合產物之外表面將與含有作為清潔目標之 二氧化硫氣體接觸，證實當材料粒子的水合一路進行至中 心時所此達成之一乳化硫減少量比水合被揭限於粒子表面 時可此達成的二氧化硫減少量顯著改善。也喊定初步表面 水合速率相當高，隨後中心的水合過程緩慢，原因在於水 必須由粒子表面向内通過一層水合產物，擴散至中心。因 此根據本發明，較佳水合被驗於#_子表面^結果水 合度可降至70%，難低於观β水合係舰於材料粒子 表面’則可使用小型反應爐，材料粒子㈣時間相當短。 於某些情況下’當水合產物係用於減少錢二氧化硫時， 水合產物隨後被加熱至高於80(TC溫度因此被煆燒，例如水 泥製造廠，除非全部水合氧化鈣皆與二氧化硫接觸，否則 將造成能源浪費，原因在於隨後接受煆燒期間脫水反應是 吸熱反應。 根據本發明方法較佳係用於水泥製造廠。水泥製造廠 包含一窯系，窯系典型包含一旋風預熱器、一煆燒爐、一 爐及一爐渣冷卻器，水泥原料粉係於窯系内經過預熱、煆 燒、以及燃燒成為水泥爐渣，水泥爐渣隨後接受冷卻。當 根據本發明方法用於此種窯廠或類似寞廠時，較佳呈瑕燒 原料粉开> 式的含氧化約材料係由水泥製造廠的假燒爐提取 出《隨後，水合產物被導引入於廢氣移動方向觀視時，恰 在該位置後方的水泥製造廠預熱器内，於該處形成二氧化 硫’俾便吸收二氧化硫且同時形成硫酸|弓，硫酸弼將連同 水泥爐渣一起由窯系排出。 根據本發明用於微粒狀或粉狀含氧化鈣材料之水合裝 置包含一立式反應爐，其結合一頂端及一底端；於反應爐 頂端供集合或分開導入含氧化4弓材料及水之裝置；以及於 反應爐底端供排放水合產物之裝置。 經由根據本發明方法提供之產物可適當用於寞廠例如 製造水溽爐渣的窯廠減少二氧化硫的排放。 現在將參照附圖說明本發明之進 圖解說明之用，咐圖者 步細節’附圖係供 第1圖顯示次 . (氣體)分壓之函數：化鈣及風礼化鈣等成分呈溫度及水 叫歎之相穩定性圖。 第2圖顯^用根據本發明之方法 第3圖顯示板據本發明之裝置之特佳:統水泥製造廠。 :_根據本發明之一:=，:，以及 【方fc» 具體例。 武；1 第1圖可見戏卜 圖。於虛線區，^蝴、或氫氧化料成分之相安定 圖中斜線區右方L匕約女疋水係呈水蒸氣形式存在。 万’氧氧化約不穩定，气与

Ca0+H20。I 錢化舰水變成 導致材料粒子的在有液體形式時，結果 導致讎子的附聚。當進行根 ：

的溫度及分壓必須維持於讀學式藉下式界定之範圍線Q 6,85^_Ji£9__ (Τ'+ 273) < < 5,45 (T + 273)5 此處為水蒸氣分壓，單位為大氣壓（atm)，T為溫 度，單位為°c。 '皿 第2圖顯示一座水泥製造廠，水泥製造廠包含一旋風預 熱器1，帶有4個旋風器階段13至1(1，一煆燒爐2帶有分開旋 風器2a ’ 一旋轉窯3 ’以及一爐渣冷卻器4。水泥製造廒係 以傳統方式操作，於旋風預熱器的第一旋風器階段la，原 料被導入入口管入口 8，當原料初步被輸送通過預熱器1、 煆燒爐2以及隨後通過旋轉寞3時，原料經過加熱、煆燒且 135.9122 被燃燒成為爐潰，原料被導引通過各爐係與熱廢氣呈逆流 方向，熱廢氣分別係於旋轉窯之燃燒器9以及煆燒爐2之燃 燒器1〇產生。隨後燃燒後的爐渣係於爐渣冷卻器4冷卻。 : 根據本發明方法較佳用於此種窯廠。 根據本發明，由窯廠之壓縮階段提取出定量熱的煆燒 冑原料A，該原料粉含向含量氧化舞。原則上，由此階段 $取之原料粉可以任—種適#方歧行例如制欲置於 φ ”離旋風盗2a下方之分裂閘進行。所示較佳具體例中，該 假燒的原料粉係利用小型旋風器5a提取，旋風器^係並聯 ;刀離旋風器2a女裝。藉旋風器5峨取的材料量可利用間 5b適田調整。然後提取出之經賴燒的原料粉被導引至水 。單元6水合單元6包含立式反應爐如(參考第3圖），其具 有-頂入口端，以及一底出口端。若所提取的材料支流不 ㈣’則可安裝中間倉(圖中未顯示），中間倉可作為緩衝來 b讓導引至水合單元6之材料流變平順。典型地被提取出之 • 煆燒後原料粉之溫度於由煆燒器階段提取出時約為_ °C，而於被導入中間倉(若有）之前，可能需進行原料粉的冷 卻。 含氧化辦之恨燒後原料粉的水合作用係於水合單元6 20進行，其進-步細節顯示於第3圖。根據本發明之較佳具體 例，假燒狀原⑽及水被導人水合單元6之反紐&之該 反應爐頂端。原料粉可經入口 6b而以適當方式導入，水可 利用-個或數個喷嘴6c而以適當方式導入，水可混合霧化 空氣導入。於水合單元6之第—頂部，注人之水冷卻所供給 10 之原料粉，而於水合單元6之後來底部，注入之水將與氧化 妈反應且同時生成氫氧化妈。所示具體例中，水合單元6包 含一底沈降室6d，沈降室6d直接嵌合於反應爐6a的延長 部。操作期間，水合產物將於沈降室6(1沈降，由沈降室6d 經出口 6e被提取出。 未與氡化鈣反應的水量以及霧化空氣(若施用時）量可 經導管6f提取出^此導管6f於底部可組配有旋風器，來分離 懸浮於所提取出之空氣中的粉塵。 根據本發明，水合後產物可用於降低離開旋風預熱器i 廢氣的二氧化硫。其適當進行方式係利用適當轉運裝置7， 由水合單tl6導引水合後產物，將該產物混合經入口 8被導 引入預熱器1内部之原料粉進料。但水合產物也可於其它位 置導入，例如水合產物可導入任意旋風器階段或可導入調 理塔(若有)(圖中未顯示）。 某些情況下，較佳循環若干水合產物至水合單元6。循 環方式可透過轉運裝置7ait行，轉縣置包含旋風器來由 轉運裝置7提取出若干水合產物。例如若欲水合之含氧化鈣 材料溫度超過提供熱能來讓氧化鈣水合需要的水量氣化之 熱能，例如當含氧化#5材料係由水泥製造廠的浪燒爐提取 得的情況，煆燒爐溫度典型係高於80(rc，則較佳^環部分 水合產物至水合單元6。結果，循環的冷卻產物將降::： 單元6之溫度’因此也降健含氧化骑_持於氫氧简 呈穩定溫度範圍之溫度所需水量。將水合產物重新循環至 水合單元，可與注入之水量獨立無關，調整水合單元6之溫 1359122 度，且材料的水合程度係因循環因數而異。也可減少潮濕 材料沾黏至反應爐壁而於反應爐壁上形成結餅的風險。

第4圖顯示實施本發明方法之裝置之另一具體例。本具 體例中，煆燒後之原料粉經入口 6b被導入水合單元6之反應 5 爐6a頂端。水可藉分散跨反應爐高度之一個或數個喷嘴6c 導入，水可能混合霧化空氣導入。於水合單元6之第一頂 部，注入的水將冷卻所供給的原料粉；而於最末底部，水 將與氧化鈣反應，同時係呈氫氧化鈣。水合產物可透過閘 閥12提取。未與氧化鈣反應的水量以及（適用時）霧化空氣量 10 可經開口 6f提取出，開口6f於所示實施例係與入口6b完全相 同。部分水合產物可經導管7a循環至入口 6b。若要求冷卻 循環產物，則該裝置可結合冷卻單元11。 【圖式簡單說明3 第1圖顯示水、氧化鈣及氫氧化鈣等成分呈溫度及水 15 (氣體）分壓之函數之相穩定性圖。 第2圖顯示使用根據本發明之方法之傳統水泥製造廠。 第3圖顯示根據本發明之裝置之特佳具體例，以及 第4圖顯示根據本發明之裝置之另一具體例。 【主要元件符號說明】 1.. .旋風加熱器 2.. .煆燒爐 2a...旋風器 3.. .旋轉窯 4.. .爐渣冷卻器 5a...旋風器 5b...閘 6.. .水合單元 6a...立式反應爐 6b."入口 6c…喷嘴 6d...沈降室 6e."出口 6f...導管 7、7a...轉運裝置 8·.·入口 ⑧ 12 1359122 9、10...燃燒器 12...閘閥 11...冷卻單元

⑧ 13

Claims (1)

1359122

申讀^專勒範Μ替換本 第0941〇43〇2號專利申請案十、申請專利範圍：

θ λ曰 100.11.30

-種用於水合含氧化敎微粒狀㈣或缝材料之方 法，該方法包含：將水添至_含氧化@之_狀材料或 粉狀材料’其中該水之添加量可確保該添加水隨溫度 fC)而呈函數變化的分壓％保持在下式所界定之區間 範圍内： 6,85- 5459 (Γ + 273) <1〇g^2〇 <5,45 翌L_ (Γ + 273)5

10

其中％為水蒸氣分壓’以大氣壓表示，以及了為溫度， 以。C表示’且其中氧簡的水合反應發生於—包含最大 量水蒸氣之氣氛下，於該氣氛中，該溫度維持在細。C 以上，且該水蒸氣分壓係自09-1丨大氣壓。 2.如申請專利範圍第i項之方法，其中該含氧蝴材料及 水係破導人-立式反應爐上端，並被向下導引通過該立 式反應爐而同時進行氣化與水合，以及該經水合之產物 係自反應爐之下端排出。 3·如申請專利範圍第旧之方法，其中該含氧化敵材料 係被導入至-立歧應爐之上端，並被向下導引通過該 ，應爐而同雜水所水合’該水係於分佈在整個反應爐 咼度上的多個位置被導入，其中呈蒸氣形式的任何多餘 水係經由該反應爐上端的開口排放，且其令該經水合之 產物係由該反應爐自其之下端排放。 4.如申請專利範圍第丨項之方法，其中該水合 度係維持在高於250t。 ' 14 20 1359122 第〇941〇43〇2號專利申請案申請專利範圍替換本100.U.30 5. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中部分該經水合之產 物被供給至一水合單元。 6. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中水合反應係侷限於 該材料粒子表面。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該水合之程度係小 於 70%。 8.如申請專利範圍第6項之方法，其中該水合之程度係小 於50% 〇 9.如申請專利範圍第丨項之方法，其進一步包含自水泥製 造廠之煆燒爐將呈一經煆燒後生料形式之含氧化鈣材 料提取出。 10.如申請專利範圍第9項之方法，其中當從廢氣移動之方 向觀察，該水合產物隨後被導入緊接於二氧化硫形成處 後之水泥製造廠的預熱器内，以用來吸收二氧化硫。 15 U. 一種用於水合氧化鈣以形成含氫氧化鈣粒子之方法，該 方法包括：將含氧化鈣的粒子加入至一立式反應爐的上 端，以形成一向下通過該立式反應爐之粒子流；將水加 入至該向下流動的粒子，其中該粒子流於水加入處的溫 度係維持在200°C以上，使得該水被轉變為水蒸氣，該 2〇 水之加入量將水蒸氣分壓維持在〇·9-1.1大氣壓，以致使 水合反應於氧化鈣與水之間發生以形成實質上沒有附 聚體的含氫氧化練子；允許超量的水蒸氣自該立式反 應爐之上端排放出；且將該含氫氧化鈣粒子由該立式反 應爐之下端排放出。 15 1359122 第094104302號專利申請案申請專利範圍替換本100.11.30雙面影印 12. 如申請專利範圍第丨丨項之方法，其中該反應之進行使得 含氫氧化鈣粒子外表面的水合反應大於該粒子内部之 水合反應。 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該水合反應之程度 5 係小於70%。 1个如申請專利範圍第12項之方法，其中該水合反應之程度 係小於50%。 丨5.如申請專利範圍第11項之方法，其中該含氫氧化鈣粒子 包括一自水泥製造廠之煆燒爐提取出之一經煆燒後生 1〇 料。 16·如申請專利範圍第_之方法，其中用於自水形成水蒸 氣之熱能係由該含氧化鈣之粒子提供。 17. —種用於降低自水泥製造廠之窯廠排放二氧化硫量的 方法，該方法包含：將自水泥製造廠之煆燒爐提取出之 15 —經煆燒後生料所形成之含氧化鈣的粒子加入至一立 ^ 式反應爐的上端以形成一向下通過該立式反應爐之粒 子流；將水加入至該向下流動的粒子，其中該粒子流於 水加入處的溫度係維持在200t以上，使得該水被轉變 2〇 為水蒸氣，該水之加入量將水蒸氣分壓維持在0.9-1.1大 氣壓，以致使水合反應於氧化鈣與水之間發生，以形成 實質上沒有附聚體的含氫氧化鈣粒子’且於該含氫氧化 詞粒子之表面上形成較其内部大的氫氧化舞濃度；允許 超量的水蒸氣自該立式反應爐之上端排放出丨將該含氫 氧匕句粒子由該立式反應爐之下端排放出丨且供給至少 16 1359122 第094104302號專利申請案申請專利範圍替換本 100.11.30 |雙面影印 一部分之含氫氧化鈣粒子至出自窯廠之含二氧化硫的 排放物，以致使該二氧化硫與該氫氧化鈣反應以降低二 氧化硫的排放量。 5 18·如申請專利範圍第丨6項之方法，其中該水合反應之程度 係小於70%。 19.如申請專利範圍第16項之方法’其中該水合反應之程度 係小於50%。 20·如申請專利範圍第16項之方法，其中用於自水形成水蒸 氣之熱能係由該含氧化約之粒子提供。 17