Способ получения низкотемпературного портландцементного клинкера

Авторы патента:

Теляшев Эльшад Гумерович (RU)

Жирнов Борис Семёнович (RU)

Арпишкин Игорь Михайлович (RU)

Хайрудинов Ильдар Рашидович (RU)

C04B7/44 - обжиг, плавление

Владельцы патента RU 2566159:

Государственное унитарное предприятие "Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан" (ГУП "ИНХП РБ") (RU)

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства низкотемпературного портландцементного клинкера. Способ получения низкотемпературного портландцементного клинкера путем измельчения цементного сырья с добавлением катализатора и последующим обжигом шихты в печи обжига, при этом в качестве катализатора используют бромид Na или K или смесь бромидов металлов Ca, Na, K в количестве 0,1-15% масс. к исходной сырьевой смеси, взятых в сухом виде, а на выходе из печи обжига дымовые газы подвергают охлаждению и очистке. Предлагаемое изобретение позволяет получить портландцементный клинкер при пониженной температуре обжига сырья на 4,45-10,2%, что позволяет снизить расход топлива на декарбонизацию и обжиг клинкера в печи примерно на 5,5-8%. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства низкотемпературного портландцементного клинкера.

Известен способ получения портландцементного клинкера на установках для обжига, в котором для уменьшения образующихся на установке соединений хлора часть содержащих хлориды газов отводят из газового пространства печи в конденсатор, охлаждают соединения хлоридов в конденсаторе, отводят очищенные газы из конденсатора и возвращают их в газовое печное пространство (Патент РФ №2171129, МПК B01D 53/00, оп. 27.07.2001).

Известный способ направлен на уменьшение содержания соединений хлора для получения клинкера из сырья с повышенным содержанием хлоридов. Однако известно, что хлориды способствуют снижению температуры декарбонизации и температуры плавления сырьевой шихты в процессе получения клинкера обжигом, что может обеспечить значительную экономию используемого для нагрева и обжига шихты топлива.

Известен способ производства портландцементного клинкера, в котором цементные сырьевые материалы предварительно подогревают в преднагревателе (система циклонных теплообменников) до температуры 600-800°С, прокаливают во взвешенном состоянии горячими газами в печи прокаливания до температуры 700-1000°С, обжигают в цементный клинкер во вращающейся печи обжига при температуре 1400-1500°С и затем охлаждают в холодильнике. Некоторое количество прокаленного сырьевого материала с высоким содержанием оксида кальция (СаО) извлекают через стадию прокаливания посредством дополнительного циклона разделения от газов и получают в чистом виде в смеси с небольшим количеством оксидов щелочных металлов. Газы отводят из дополнительного циклона разделения через отдельную систему, содержащую вентилятор (Патент РФ №2387606, МПК С04В 7/36, оп. 27.04.2010).

Недостатком данного способа является высокая температура прокаливания и обжига, что приводит к высокому расходу топлива.

Известен способ получения низкотемпературного портландцемента, принятый в качестве прототипа, в котором низкотемпературный портландцементный клинкер получают из сырьевой смеси путем совместного помола сырьевых компонентов с раствором хлористого кальция (катализатором), обжига шихты с последующим помолом полученного клинкера и специальных добавок, например гипса, при этом, с целью повышения качества цемента, снижения удельного расхода топлива, хлористый кальций вводят в смесь из расчета содержания его 10-20% по отношению к декарбонизированной шихте, а обесхлоривание клинкера производят путем просасывания парогазовоздушной смеси через слой нагретого до 1000-1200°С клинкера (Авторское свидетельство №326152, МПК6 С04В 7/44, оп. 19.01.1972).

Известный способ направлен на снижение удельного расхода топлива путем использования раствора хлорида кальция в качестве катализатора снижения температуры декарбонизации и обжига сырьевой смеси при получении клинкера.

Однако добавление катализатора - хлористого кальция в сырьевую смесь в виде раствора потребует дополнительного количества тепла для последующего извлечения из смеси растворителя хлористого кальция. Также хлориды являются нежелательными компонентами в портландцементе, поэтому необходимо их удалять, при этом хлористый кальций довольно сложно извлечь из готового клинкера, так как он плохо растворим в воде.

Задачей настоящего изобретения является снижение расхода топлива и энергии при получении низкотемпературного портландцементного клинкера.

Вышеуказанная задача решается тем, что в способе получения низкотемпературного портландцементного клинкера путем измельчения цементного сырья, добавления катализатора и последующего обжига шихты в печи обжига, согласно изобретению, в качестве катализатора используют бромид Na или К или смесь бромидов Са, Na, К в количестве 0,1-15% масс. к исходной сырьевой смеси, взятых в сухом виде.

Целесообразно проводить подогрев цементного сырья в циклонных теплообменниках при температуре 600-800°С, кальцинирование в печи обжига при температуре 800-1000°С, а обжиг при температуре 1100°С путем регулирования температуры подачей топлива и/или воздуха по длине печи обжига.

Целесообразно проводить одноступенчатое или многоступенчатое охлаждение клинкера при температуре 30-900°С дымовыми газами и воздухом.

На чертеже показана принципиальная схема получения низкотемпературного портландцементного клинкера, где:

1 - дробилка;

2 - железобетонные силосы для корректировки состава;

3, 4, 5, 6 - циклонные теплообменники (зона прогрева сырьевой шихты);

7 - поток бромида кальция;

8 - поток бромида натрия;

9 - поток бромида калия;

10 - смеситель для приготовления катализатора;

11 - форсунки для подачи топлива в печь обжига и декарбонизации;

12 - подача воздуха в печь обжига и декарбонизации;

13 - прямоточная вращающаяся печь обжига;

14 - зона декарбонизации сырьевой шихты;

15 - питающий вход воздуха во вращающуюся трубу печи;

16 - топливоподатчики;

17 - зона обжига печи;

18 - поток дымовых газов;

19 - устройство забора воздуха;

20 - вентилятор;

21 - воздушный холодильник для охлаждения дымовых газов и нагрева воздуха;

22 - водяной холодильник для охлаждения дымовых газов;

23 - фильтр грубой очистки (осадитель пыли);

24 - поток осажденной пыли;

25 - аппарат охлаждения клинкера дымовыми газами и воздухом с хемосорбированием оксидов серы, хлоридов и щелочных металлов;

26 - поток водяного пара;

27 - вентилятор;

28 - дымовая труба;

29 - поток воздуха;

30 - поток клинкера;

31 - коллектор воздуха.

Способ получения низкотемпературного портландцементного клинкера осуществляют следующим образом.

Исходное сырье - известняк или другой кальцийсодержащий материал совместно с глиной или другим материалом подобного функционального назначения подвергают предварительному дроблению и размолу сырьевых компонентов с последующей сушкой и подогревом в дробилке 1. Затем сырьевые материалы направляют в виде тонкодисперсного порошка - сырьевой муки в железобетонные силосы 2, где производят корректировку ее состава до заданных параметров и гомогенизацию перемешиванием со сжатым воздухом.

Далее однородную сырьевую смесь подвергают предварительному подогреву до 600-800°С с частичной и/или полной дегидратацией в циклонных теплообменниках 3, 4, 5, 6 с последующим прокаливанием и обжигом в обжиговой печи 13, где сырьевую смесь нагревают до 800-1100°С, подвергая при этом окончательной дегидратации, декарбонизации и обжигу в печи.

После теплообменников 3, 4, 5, 6 в сырьевую смесь вводят катализатор, приготовленный путем смешения бромидов кальция 7, бромидов натрия 8 и бромидов калия 9 в смесителе 10, либо в качестве бромида натрия или калия (8 или 9), взятый в виде порошка или гранул.

Все процессы в обжиговой печи 13 производят за счет самостоятельного сжигания топлива через форсунки 11 и топливоподатчики 16 с подводом воздуха 29 через коллектор 31 в устройства 12 и 15.

Топливо (газообразное, и/или жидкое, и/или твердое размельченное) сернистое или высокосернистое подают через форсунки 11 с того же конца печи, что и сырьевую смесь, а также через топливоподатчики 16 в одном направлении. Топливоподатчики находятся между зоной декарбонизации 14 и обжига 17. Зажигание твердого или тяжелого жидкого топлива производят от факела, работающего на газообразном или жидком топливе (на рисунке не показан). Клинкер декарбонизируют и обжигают в длинной вращающейся трубчатой печи 13 (в зонах декарбонизации 14, обжига 17), которую обычным способом устанавливают с возможностью вращения вокруг своей собственной оси и располагают с легким наклоном, поэтому сырьевая смесь в процессе обжига непрерывно транспортируется вдоль обжиговой печи 13 к ее концу.

На выходе из прямоточной вращающейся печи обжига 13 полученный клинкер 30 и клинкерную пыль отделяют от дымовых газов 18.

Дымовые газы 18 сначала охлаждают до температуры 200-900°С в воздушном холодильнике 21 за счет нагрева воздуха для сжигания топлива в печи 13, забираемого через устройство забора воздуха 19 вентилятором 20, а затем доохлаждают в водяном холодильнике 22 до температуры 30-800°С.

Клинкер, выходящий из печи 13, направляют для охлаждения в аппарат 25, где осуществляют двухступенчатое охлаждение дымовыми газами 18, поступающими через воздушный холодильник 21, водяной холодильник 22 и фильтр 23 до температуры 500-900°С на первой ступени и до температуры 30-800°С на второй ступени. Здесь же в режиме псевдоожиженного слоя проводят адсорбцию предварительно подвергшихся грубой очистке осаждением дымовых газов, при этом оставшиеся в дымовом газе и не вошедшие в состав клинкера при обжиге бромиды и оксиды щелочных металлов и оксиды серы хемосорбируют на охлаждаемый клинкер. Для доочистки готового клинкера от бромидов кальция, бромидов натрия и бромидов калия в аппарат 25 подают водяной пар 26.

Вновь нагретые дымовые газы 18, очищенные от оксидов серы и других нежелательных вредных веществ, направляют через вентилятор 27 в дымовую трубу 28.

Дымовые газы 18 после охлаждения клинкера из аппарата 25 направляют в циклонные теплообменники 3, 4, 5, 6. Оксиды серы, образующиеся при сжигании топлива, сорбируются на вновь поступающие сырьевые материалы, с которыми затем поступают в печь обжига 13.

По ходу продвижения в печи сырья и топлива в печь дозируют топливо через топливоподатчик 16 и окислитель (воздух) через окружающий вращающуюся трубу печи питающий вход 15, направляя при этом в пространство печи, что позволяет регулировать температурный профиль по длине прямоточной вращающейся обжиговой печи и создавать необходимые температурные зоны. Количество топливоподатчиков 16 и окружающих вращающуюся трубу печи питающих входов 15 определяется на стадии проектирования печи, исходя из материально-теплового баланса.

Вышеописанный способ пригоден для использования сырья и топлива с относительно высоким содержанием сернистых (S до 5-10% масс.) и щелочных соединений (до 5-10% масс.).

Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа изготовления низкотемпературного портландцементного клинкера в прямоточной вращающейся обжиговой печи в сравнении с использованием катализатора - раствора хлористого кальция (по прототипу).

В качестве топлива используется нефтяной кокс с теплотворной способностью 35301 кДж/кг, содержащий, % масс.: 89,1% углерода; 3,9% водорода; 3,8% серы; 3,2% - зола, азот, кислород, следы хлора.

Пример 1 (по прототипу):

На общую массу (100%) известняка и глины дополнительно взято, % масс.: CaCl₂ - 7,58%.

Получено 65,7% клинкера, основную массу которого образуют, % масс.: C₃S - 56,2; C₂S - 14,1; C₃F - 12,1; C₄F - 6,6; C₂FS - 1,8, а также растворенные в клинкере в небольших количествах: Na₂O, K₂O, СаО, CaCl₂, MgO, SO₃, SO₂ и другие соединения.

Пример 2:

На общую массу (100%) известняка и глины дополнительно взято, % масс.: CaBr₂ - 4,18%, NaBr - 2,22%, KBr - 1,18%.

Получено 66,2% клинкера, основную массу которого образуют, % масс.: C₃S - 55,6; C₂S - 14,7; C₃F - 12,1; C₄F - 6,6; C₂FS - 1,9, а также растворенные в клинкере в небольших количествах: NaBr, KBr, CaBr₂, Na₂O, K₂O, СаО, MgO, SO₃, SO₂ и другие соединения.

Пример 3:

На общую массу (100%) известняка и глины дополнительно взято, % масс.: NaBr - 4,22%, KBr - 3,36%.

Получено 66,2% клинкера, основную массу которого образуют, % масс.: C₃S - 56,3; C₂S - 14,1; C₃F - 12,2; C₄F - 6,6; C₂FS - 1,7, а также растворенные в клинкере в небольших количествах: NaBr, KBr, CaBr₂, Na₂O, K₂O, СаО, MgO, SO₃, SO₂ и другие соединения.

Полученный цемент соответствует ГОСТу 10178-85 для цементов ПЦ-Д0, ПЦ-Д5, ПЦ-Д20, ШПЦ марки 500.

Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет получить портландцементный клинкер при пониженной температуре обжига сырья на 4,45-10,2% и тем самым снизить расход топлива на декарбонизацию и обжиг клинкера в печи примерно на 5,5-8%, а также повысить выход готовой продукции - клинкера.

1. Способ получения низкотемпературного портландцементного клинкера путем измельчения цементного сырья, добавления катализатора и последующего обжига шихты в печи обжига, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют бромид Na или К или смесь бромидов Са, Na, К в количестве 0,1-15% масс. к исходной сырьевой смеси, взятых в сухом виде.

2. Способ получения низкотемпературного портландцементного клинкера по п. 1, отличающийся тем, что подогрев цементного сырья в циклонных теплообменниках проводят при температуре 600-800°С, кальцинирование в печи обжига проводят при температуре 800-1000°С, а обжиг при температуре 1100°С путем регулирования температуры подачей топлива и/или воздуха по длине печи обжига.

3. Способ получения низкотемпературного портландцементного клинкера по п. 1, отличающийся тем, что проводят одноступенчатое или многоступенчатое охлаждение клинкера при температуре 30-900°С дымовыми газами и воздухом.

Изобретение относится к области промышленного производства цемента, более конкретно к способу производства цементного клинкера из высокоглиноземистых золошлаковых отходов угольных электростанций, и может найти применение, в том числе при переработке золоотвалов Экибастузской ГРЭС.

Способ получения низкотемпературного портландцементного клинкера // 2552277

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства низкотемпературного портландцементного клинкера. В способе получения низкотемпературного портландцементного клинкера путем измельчения цементного сырья с добавлением катализатора - хлорида кальция, и последующим обжигом шихты в печи обжига, в котором удаление хлора из клинкера проводят путем пропускания парогазовоздушной смеси через слой клинкера, в качестве катализатора используют смесь хлоридов в количестве 0,2-15% масс.

Способ утилизации фосфоросодержащего альтернативного топлива при производстве цемента // 2551613

Способ утилизации фосфоросодержащего альтернативного топлива при производстве цементного клинкера, при котором альтернативное топливо термолизируют с использованием тепла, которое образуют в одном из различных термолизньгх реакторов с вращающейся трубчатой печью и отводят из технологического процесса производства цементного клинкера; при этом высвободившуюся энергию направляют в технологический процесс производства цементного клинкера и остатки термолиза фосфоросодержащего альтернативного топлива выводят из термолизного реактора, отличающийся тем, что остатки термолиза фосфоросодержащего альтернативного топлива преобразуют в термолизном реакторе с помощью байпасных продуктов цементной печи в носители галогенов и образующиеся галогениды тяжелых металлов отводят.

Способ получения портландцементного клинкера (варианты) // 2547195

Группа изобретений относится к промышленности строительных материалов и может быть использована для производства портландцементного клинкера. Способ включает предварительный нагрев цементного сырья до температуры 600-800°C, кальцинирование при температуре 700-1000°C и дальнейший обжиг во вращающейся печи при температуре 1400-1500°C, который проводят в прямотоке цементного сырья и топлива с последующей адсорбцией оксидов серы, оксидов щелочных металлов и хлоридов из предварительно охлажденных дымовых газов частицами клинкера при температуре 100-1100°C.

Способ обогащения альтернативных, углеродосодержащих, низкокалорийных отходов для применения в топочных установках // 2536719

Изобретение относится к способу обогащения альтернативных, углеродосодержащих, низкокалорийных отходов для получения синтез-газа для применения в топочных установках.

Способ и установка для изготовления цементного клинкера // 2535855

В способе изготовления цементного клинкера согласно изобретению цементная сырьевая мука предварительно нагревается в подогревателе, предварительно нагретая цементная сырьевая мука предварительно кальцинируется в кальцинаторе, а предварительно кальцинированная цементная сырьевая мука обжигается в печи, причем в кальцинаторе используются топливо и воздух для горения с содержанием кислорода, по меньшей мере, 75 мольных %, а цементная сырьевая мука предварительно кальцинируется в кипящем слое в кальцинаторе.

Способ получения плавленых минеральных компонентов для шлакопортландцемента ( варианты) // 2534682

Изобретение относится к металлургической и строительной отраслям промышленности и может быть использовано для получения плавленого клинкера и активной минеральной добавки для шлакопортландцемента из огненно-жидкого металлургического шлака, а также для получения металла посредством восстановления соответствующих оксидов, содержащихся в шлаке, в прокатной окалине, в пыли воздухоочистки, в рудных концентратах и т.д.

Способ получения портландцементного клинкера // 2525555

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства портландцементного клинкера и серной кислоты. Способ включает подогрев цементного сырья в циклонных теплообменниках, прокаливание во взвешенном состоянии в кальцинаторе, обжиг в цементный клинкер во вращающейся печи обжига и затем охлаждение в холодильнике с отделением газов, образующихся в циклонных теплообменниках, в кальцинаторе и печи обжига и отводом их через вентилятор, при этом прокаленный сырьевой материал из кальцинатора с частью газов отводят в отдельную систему с циклонами и вентилятором с частичным выводом прокаленных сырьевых материалов из установки, при этом отвод прокаленных сырьевых материалов с частью газов в вышеупомянутую отдельную систему осуществляют при содержании оксидов серы в газах в количестве не менее 2% об.

Способ изготовления высокопрочного и быстротвердеющего алитового портландцемента и технологическая линия для его реализации // 2520739

Изобретение относится к способу изготовления высокопрочного и быстротвердеющего алитового портландцемента и технологической линии для его реализации. Технический результат - снижение длительности процесса изготовления, повышение прочности портландцемента и экологичности процессов.

Установка для получения цемента и способ эксплуатации такой установки // 2503630

В способе в соответствии с настоящим изобретением эксплуатации установки для получения цемента, сырьевая смесь предварительно нагревается в зоне предварительного нагрева, предварительно нагретый материал предварительно прокаливается в зоне прокаливания и, наконец, предварительно прокаленный материал спекается в зоне спекания.

Способ получения портландцементного клинкера (варианты) // 2574795

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства портландцементного клинкера и серной кислоты. Способ по первому варианту включает предварительный подогрев высокосернистого цементного сырья, содержащего до 40% масс. серы в циклонных теплообменниках, прокаливание к кальцинаторе, обжиг в цементный клинкер во вращающейся печи обжига в присутствии высокосернистого топлива, подаваемого противотоком к сырью, и последующее охлаждение в холодильнике с отделением и отводом образующихся при этом газов по байпасу в систему получения серной кислоты из оксидов серы с последующим выводом дымовых газов в дымовую трубу, при этом в кальцинатор и на вход в печь обжига подают углеродсодержащий материал - нефтяной кокс с содержанием серы до 5% серы в количестве до 20% от массы сырья. По второму варианту при прямотоке подачи цементного сырья и высокосернистого топлива в печь обжига углеводородный материал - нефтяной кокс вводят непосредственно на вход в печь обжига, а дымовые газы отводят в систему получения серной кислоты непосредственно из выхода печи обжига. Технический результат- получение клинкера необходимого качества из высокосернистого цементного сырья-гипса или сернистого кальция и одновременное упрощение технологии его получения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ и устройство для производства цементного клинкера // 2638059

Изобретение относится к способу производства цементного клинкера и к установке для его осуществления. Способ производства цементного клинкера, в котором сырьевую муку предварительно подогревают в подогревателе, используя горячие отходящие газы из клинкерной печи, при этом подогретая сырьевая мука, которая по усмотрению может быть кальцинирована в кальцинаторе, обжигается до получения клинкера в клинкерной печи, подогреватель содержит по меньшей мере одну из нескольких ветвей циклонных подвесных теплообменников, через которые последовательно протекает печной отходящий газ и в которых сырьевую муку предварительно подогревают в несколько приемов, при этом частичный поток печного отходящего газа отводят таким образом, что для предварительного подогрева сырьевой муки используется только оставшийся остаточный поток печного отходящего газа, причем отводимый частичный поток печного отходящего газа и печной отходящий поток, отводимый от последнего циклонного подвесного теплообменника (9) в направлении потока печного отходящего газа, подают на термическую утилизацию, будучи смешанными друг с другом или по отдельности. Установка для производства цементного клинкера, в частности, для осуществления указанного способа, содержащая клинкерную печь (2), которая на выходной торцевой стороне соединена с клинкерным холодильником (6) и на торцевой стороне подачи соединена с подогревателем (3) и, по усмотрению, с кальцинатором (4), при этом подогреватель (3) содержит по меньшей мере одну из нескольких ветвей циклонных подвесных теплообменников (8, 9, 10), через которые отходящий газ печи может последовательно протекать по траектории течения и в которых сырьевая мука предварительно подогревается в несколько приемов, и для отвода частичного потока печного отходящего газа от траектории потока предусмотрен отводной газоход (16), в котором отводной газоход (16) и газоход горячих газов (13), идущий от последнего циклонного подвесного теплообменника (9) в направлении потока печного отходящего газа, расположены с возможностью смешивания указанных печных отходящих газов и подачи их на термическую утилизацию или подачи их на термическую утилизацию по отдельности. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение эффективности способа производства цементного клинкера. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.