Способ производства клинкера с контролируемыми выбросами co2


 


Владельцы патента RU 2469969:

Л'ЭР ЛИКИД, СОСЬЕТЕ АНОНИМ ПУР Л'ЭТЮД Э Л'ЭКСПЛУАТАСЬОН ДЕ ПРОСЕДЕ ЖОРЖ КЛОД (FR)

Способ производства клинкера из сырьевой смеси включает подогрев сырьевой смеси дымовыми газами, предварительный обжиг сырьевой смеси, обжиг сырьевой смеси, предварительно обожженной во вращающейся печи, в котором при предварительном обжиге и обжиге во вращающейся печи образуются дымовые газы, содержащие CO2. Дымовые газы, образованные при предварительном обжиге, подвергают обработке для удаления СО2 без смешения вышеназванных газов с дымовыми газами, образованными при обжиге во вращающейся печи. Газы предварительного обжига подают на контактный обогрев сырьевой смеси, а дымовые газы, образующиеся при обжиге во вращающейся печи, либо удаляют из процесса в агрегат для регенерации теплоты без соприкосновения с подогреваемой сырьевой смесью или продуктами предварительного обжига, либо используют, по меньшей мере, часть их для косвенного обогрева обрабатываемой смеси. Технический результат: снижение выброса СО2 при снижении затрат на его удаление. 16 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к способу производства клинкера, позволяющему контролировать выбросы СО2 в атмосферу.

Способы производства клинкера относятся к промышленным способам, в которых выделяется наибольшее количество СО2, в таких же объемах, что и в черной металлургии. Каждый из них представляет порядка 5% от выбросов СО2 антропогенного происхождения. В цементной промышленности источником этого значительного количества выбросов СО2 является не только интенсивное потребление энергии в процессе выработки клинкера, но и, главным образом, реакция обжига известняка, при которой высвобождается очень значительное количество СО2 (0,5 тонн СО2, выработанного таким образом, на каждую тонну произведенного клинкера). Введение новых ограничений в рамках Киотского протокола предписывает странам, ратифицировавшим этот протокол, снизить выбросы СО2 в соответствии с задачами, определенными на данный период. И если представляется, что краткосрочных задач относительно просто достичь первичными средствами снижения СО2, то среднесрочные и долгосрочные цели, которые еще только должны быть поставлены, должны стать гораздо более сложными, особенно для таких промышленностей как цементная. Поэтому в настоящее время разрабатываются технологические решения, позволяющие достичь эти будущие цели при разумных расходах, не подвергая опасности жизнеспособность настоящей отрасли.

Современные решения, предусмотренные в рамках цементных заводов по уменьшению их выбросов СО2, подразделяются на два типа. Прежде всего, первичные меры, позволяющие при умеренных расходах снизить выбросы СО2 примерно на 15-20% максимально, то есть:

- снижение потребления углеродного топлива (повышение энергетического КПД, замена нефтяного кокса природным газом),

- расширенное использование альтернативного топлива, рассматриваемого как нейтральное по отношению к циклу производства СО2 (биомасса, различные отходы),

- использование заменителей клинкера при получении цемента, таких как сажа тепловых станций и шлак доменных печей.

К сожалению, данные способы не способны обеспечить снижение СО2 на более чем 15-20% и сталкиваются с транспортными проблемами, которые не позволяют представить данные решения как постоянные.

В настоящее время вторичные меры находятся в разработке, чтобы ввести технологии, позволяющие значительно снизить выбросы СО2, а именно более чем на 50%. Применяемые технологии относятся, главным образом, к двум типам:

- способы удаления СО2 из дымовых газов в процессе (так называемое дожигание) промывкой амином, или адсорбцией, или конденсацией, или через мембраны,

- способы сжигания в кислороде, позволяющие сконцентрировать поток газа в СО2, удаляя азот в процессе горения. Таким образом, в этом случае данный поток может состоять практически полностью из СО2 (после конденсации пара), если воздух горения полностью заменен на кислород или если достаточно обогащен СО2 (в случае частичной замены данного воздуха горения), чтобы использование технологий отделения СО2 было бы более экономичным.

Вторичные способы в большинстве своем технически подтверждены, часто в других областях применения и в ограниченных масштабах, но еще и по запретительной стоимости.

Цель настоящего изобретения заключается в предложении способа производства клинкера, позволяющего извлекать образующиеся в данном способе дымовые газы таким образом, чтобы удалить СО2 при разумных затратах.

Для достижения цели изобретение относится к способу производства клинкера из сырьевой смеси путем:

- подогрева сырьевой смеси дымовыми газами,

- предварительного обжига сырьевой смеси,

- обжига предварительно обожженной сырьевой смеси во вращающейся печи,

в котором при предварительном обжиге и обжиге во вращающейся печи образуются дымовые газы, содержащие СО2,

и в котором дымовые газы, образующиеся при предварительном обжиге, подвергают обработке для удаления СО2 без смешения вышеназванных газов с дымовыми газами, образованными при обжиге во вращающейся печи.

Три стадии подогрева, предварительного обжига и обжига во вращающейся печи по способу настоящего изобретения относятся к обычному способу производства клинкера. Исходные материалы или сырьевая смесь состоят главным образом из известняка и кремнезема. На первой стадии сырьевая смесь подогревается дымовыми газами, например, введением сырьевой смеси в свод центробежного пылеуловителя, в глубине которого сырьевая смесь приводится в соприкосновение с горячими дымовыми газами. На второй стадии сырьевая смесь подвергается предварительному обжигу; теплота, выделяющаяся при горении, приводит к частичному обжигу подогретой сырьевой смеси по следующей реакции: CaCO3→CaO+CO2. Газы, образующиеся во время предварительного обжига, служат, главным образом, для подогрева сырьевой смеси на первой стадии подогрева. В данных дымовых газах содержание СО2 составляет, по меньшей мере, 30% по объему. На третьей стадии предварительно обожженные материалы перемещаются сквозь вращающуюся печь, в которой они превращаются в клинкер по реакции между оксидом кальция и кремнеземом при очень высокой температуре (>1450°С). Необходимая на данной третьей стадии теплота выделяется при горении на уровне нижней части вращающейся печи. На данной третьей стадии образуются дымовые газы, содержащие главным образом не более 15% СО2.

В соответствии с изобретением обеспечивается обработка для удаления СО2 из дымовых газов, образующихся на второй стадии предварительного обжига без смешения вышеназванных газов с дымовыми газами, образованными при обжиге во вращающейся печи. Этот признак отличается от используемого в предшествующем уровне техники, в котором газы, образующиеся при обжиге во вращающейся печи, затем движутся вверх через устройство для предварительного обжига и зону подогрева исходных веществ, смешиваясь с дымовыми газами, образованными при предварительном обжиге. В настоящем изобретении газы, образующиеся при обжиге во вращающейся печи, не перемещаются в устройство для предварительного обжига. Напротив, они являются объектом повышения ценности энергии. Таким образом, первые две стадии полностью разъединены с третьей стадией. Дымовые газы, образующиеся при обжиге во вращающейся печи, удаляются из процесса непосредственно без соприкосновения с продуктами первой и второй стадий.

Тем не менее, теплота, присутствующая в дымовых газах при обжиге, используемая во вращающейся печи, может быть учтена в различных воплощениях. В одном воплощении, по меньшей мере, часть дымовых газов, образующихся при обжиге во вращающейся печи, может косвенным образом подогревать сырьевую смесь. В другом воплощении, по меньшей мере, часть дымовых газов, образующихся при обжиге во вращающейся печи, может косвенным образом подогревать реагенты, введенные во вращающуюся печь. Согласно этим двум воплощениям под выражением «косвенным образом» понимают тот факт, что дымовые газы, образующиеся при обжиге во вращающейся печи, не смешиваются с подогреваемыми материалами, подогрев происходит через перегородку, отделяющую газы от подогреваемых веществ. Непрямой обмен может осуществляться любым известным типом теплообмена между сырьевой смесью или предварительно обожженной сырьевой смесью и дымовыми газами, выходящими из вращающейся печи. В третьем воплощении, по меньшей мере, часть дымовых газов, образующихся при обжиге во вращающейся печи, используется в котле или в агрегате для регенерации теплоты.

В соответствии с предпочтительным воплощением способа настоящего изобретения при предварительном обжиге сырьевой смеси проводится сжигание в кислороде. Под сжиганием в кислороде подразумевают сжигание, проводимое в среде топлива и окислителя, причем концентрация кислорода составляет более 21%, предпочтительно более 25%. Таким окислителем может быть смесь воздуха и кислорода в выбранных соотношениях. Сжигание в кислороде позволяет обогатить дымовые газы СО2 на уровне первой и второй стадий. Концентрация СО2 в дымовых газах, образовавшихся после данного сжигания в кислороде, составляет главным образом более 50% по объему.

В соответствии с предпочтительным применением данного воплощения окислитель, используемый в процессе сжигания в кислороде, является чистым кислородом. Под чистым кислородом подразумевают газообразный кислород, содержащий не менее 90% кислорода. Данное применение позволяет получить дымовые газы, содержащие после конденсации более 90% СО2. Подобные сконденсированные дымовые газы не нуждаются ни в какой обработке для удаления СО2. В таком случае они могут быть частично рециркулированы на стадии предварительного обжига для того, чтобы увеличить поток газа на первых стадиях и поддержать благоприятные условия конвективного теплообмена. Изобретение также включает случай, когда дымовые газы, образующиеся при сжигании в кислороде, конденсируются, и сконденсированные газы, по меньшей мере, частично рециркулируют при предварительном обжиге сырьевой смеси. Поскольку при частичном обжиге сырьевой смеси естественным образом образуется богатый СО2 вытекающий газообразный поток, то частичное обогащение кислородом окислителя позволяет быстро достичь очень высокой концентрации СО2 в отходящих при предварительном обжиге газах.

Использование изобретения позволяет сконцентрировать СО2 в дымовых газах, исходящих из зон подогрева и предварительного обжига. Так, от 50 до 90% от общего объема СО2, производимого цементной промышленностью, может быть снова собрано в потоке дымовых газов в совокупности устройств по предварительному обжигу и подогреву, поток которых меньше половины по сравнению с цементной промышленностью предшествующего уровня техники; эта разница делает использование способов удаления СО2 из дымовых газов гораздо более выгодным, даже при современном уровне технологий, поскольку таким образом способы удаления обрабатывают потоки меньшие, с большими содержаниями СО2, которые обычно составляют, по меньшей мере, от 40% по объему.

В соответствии с воплощением изобретения, использующим сжигание в кислороде в процессе предварительного обжига, стоимость способов удаления СО2 из дымовых газов является более сниженной из-за уменьшенного потока газов и еще больших концентраций СО2 в них, которые обычно составляют, по меньшей мере, более 50% по объему.

1. Способ производства клинкера из сырьевой смеси посредством:
- подогрева сырьевой смеси дымовыми газами,
- предварительного обжига сырьевой смеси,
- обжига сырьевой смеси, предварительно обожженной во вращающейся печи,
в котором при предварительном обжиге и обжиге во вращающейся печи образуются дымовые газы, содержащие СО2,
отличающийся тем, что дымовые газы, образованные при предварительном обжиге, подвергают обработке для удаления CO2 без смешения вышеназванных газов с дымовыми газами, образованными при обжиге во вращающейся печи, при этом газы предварительного обжига подают на контактный обогрев сырьевой смеси, а дымовые газы, образующиеся при обжиге во вращающейся печи, либо удаляют из процесса в агрегат для регенерации теплоты без соприкосновения с подогреваемой сырьевой смесью или продуктами предварительного обжига, либо используют, по меньшей мере, часть их для косвенного обогрева обрабатываемой смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть дымовых газов, образующихся при обжиге во вращающейся печи, подогревает косвенным образом сырьевую смесь.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть дымовых газов, образующихся при обжиге во вращающейся печи, подогревает косвенным образом реагенты, введенные во вращающуюся печь.

4. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть дымовых газов, образующихся при обжиге во вращающейся печи, используется в котле или в агрегате для регенерации теплоты.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть дымовых газов, образующихся при обжиге во вращающейся печи, используется в котле или в агрегате для регенерации теплоты.

6. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что для предварительного обжига сырьевой смеси используется сжигание в кислороде.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что для предварительного обжига сырьевой смеси используется сжигание в кислороде.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что для предварительного обжига сырьевой смеси используется сжигание в кислороде.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что окислитель, используемый при сжигании в кислороде, является чистым кислородом.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что окислитель, используемый при сжигании в кислороде, является чистым кислородом.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что окислитель, используемый при сжигании в кислороде, является чистым кислородом.

12. Способ по п.6, отличающийся тем, что газы, образовавшиеся при сжигании в кислороде, конденсируются, и сконденсированные газы, по меньшей мере, частично рециркулируют при предварительном обжиге сырьевой смеси.

13. Способ по п.7, отличающийся тем, что газы, образовавшиеся при сжигании в кислороде, конденсируются, и сконденсированные газы, по меньшей мере, частично рециркулируют при предварительном обжиге сырьевой смеси.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что газы, образовавшиеся при сжигании в кислороде, конденсируются, и сконденсированные газы, по меньшей мере, частично рециркулируют при предварительном обжиге сырьевой смеси.

15. Способ по п.9, отличающийся тем, что газы, образовавшиеся при сжигании в кислороде, конденсируются, и сконденсированные газы, по меньшей мере, частично рециркулируют при предварительном обжиге сырьевой смеси.

16. Способ по п.10, отличающийся тем, что газы, образовавшиеся при сжигании в кислороде, конденсируются, и сконденсированные газы, по меньшей мере, частично рециркулируют при предварительном обжиге сырьевой смеси.

17. Способ по п.11, отличающийся тем, что газы, образовавшиеся при сжигании в кислороде, конденсируются, и сконденсированные газы, по меньшей мере, частично рециркулируют при предварительном обжиге сырьевой смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горно-добывающей отрасли хозяйства, перерабатывающей промышленности, может найти применение в производствах цемента и железорудного концентрата.
Изобретение относится к активируемому щелочью гидравлическому вяжущему, содержащему шлаки и алюмосиликаты. .

Изобретение относится к области изготовления строительных материалов. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к способу производства цементного клинкера с минеральными добавками. .

Изобретение относится к доменным шлакам, в целом включающим охлажденные воздухом и охлажденные водой доменные шлаки. .

Изобретение относится к производству цементного клинкера. .

Изобретение относится к способам получения специальных минеральных вяжущих веществ, обладающих свойством набирать высокую прочность в ранние сроки твердения, что позволяет применять его для скоростного строительства и одновременно обеспечивать долговечность строительных сооружений и деталей в условиях воздействия агрессивных сульфатных сред.

Изобретение относится к способу снижения выбросов от отработавшего газа и к устройству для снижения выбросов от отработавшего газа. Изобретение включает создание циркуляции отработавшего газа между сырьевой мельницей и холодильником клинкера. В холодильнике клинкера по меньшей мере часть выбросов направляется в цементную обжиговую печь, в которой эти выбросы удаляются за счет выжигания и/или поглощения. Изобретение обеспечивает снижение выбросов загрязняющих веществ в процессе помола сырья. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обжигу кусковых материалов в шахтных печах. Шахтная печь для осуществления способа согласно изобретению содержит зону обжига по меньшей мере с одним копьем горелки, а также устройство для добавления средства для сокращения содержания NOx, образующегося в процессе производства. Согласно предлагаемому способу, шахтная печь эксплуатируется таким образом, чтобы температура поверхности слоя материала составляла 900-1100°С, а средство для сокращения содержания NOx добавлялось над поверхностью слоя материала. Таким образом хорошо распределяется средство снижения содержания NOx и повышается коэффициент полезного действия в сокращении количества вредных веществ. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к способу и установке для получения клинкерного цемента. Способ включает этапы, на которых предварительно нагревают первую (4) и вторую (6) части сырья, основным компонентом которого является карбонат кальция, соответственно в первом (5) и во втором (7) циклонных подогревателях. Первую (41) и вторую (61) подогретые части сырья предварительно обжигают при использовании газа (9), обеспечивающего горение топлива, в реакторе (1) с псевдоожиженным слоем (13). Поток дымов (8), производимых реактором (1), без возврата в реактор (1) направляют во второй циклонный подогреватель(7). Обжигают прокаленное сырье с получением клинкера во вращающейся печи (2). Дымы (18), производимые вращающейся печью (2), направляют в первый циклонный подогреватель (5). Охлаждают полученный клинкер в охладителе (3) нагнетанием охлаждающего газа через клинкер на уровне выхода из вращающейся печи (2). В качестве газа псевдоожижения используют газ (9), в котором содержание кислорода составляет от 90% до 100% и скорость которого менее 2 м/с. Изобретение облегчает комплексообразование основной части получаемого диоксида углерода. 2 н. и 13 з.п.ф-лы, 1 ил.

Способ обжига активного смешанного материала, предусматривающий подачу материала вне головки обжигательной печи и включающий в себя следующие этапы: загружают клинкер после высокотемпературного обжига во вращающейся обжигательной печи в колосниковый холодильник через колпак обжигательной печи и одновременно с этим вторично подают материал вне головки обжигательной печи, причем указанный материал представляет собой материал, способный образовывать активный компонент цемента посредством обжига при температуре от 700°С до 1200°С и имеющий теплоту сгорания от 100 кДж/кг до 12000 кДж/кг, и обжигают указанный материал при указанной низкой температуре. Изобретение также относится к смеси активного материала с цементным клинкером, приготовленной вышеуказанным способом. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - уменьшение энергоёмкости и повышение эффективности способа. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил., 18 табл.
Наверх