RS63453B1

RS63453B1 - Proizvodnja oxyfuel klinkera sa specijalnim dodavanjem kiseonika

Info

Publication number: RS63453B1
Application number: RS20220725A
Authority: RS
Inventors: Jost Lemke; Eike Willms
Original assignee: Thyssenkrupp Ind Solutions Ag
Priority date: 2018-04-30
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2022-08-31
Also published as: EP3788314A1; SA520420447B1; MA51539A1; BR112020022064A2; US20210198142A1; DK3788314T3; ZA202006722B; ES2923580T3; LT3788314T; EP3788314B1; WO2019211202A1; IL278379B1; BR112020022064B1; EA202092594A1; PL3788314T3; IL278379B2; DE102018206673A1; SI3788314T1; IL278379A; CN112105880B

Description

Opis

[0001] Ovaj pronalazak se odnosi na postupak za proizvodnju cementnog klinkera, pri čemu se gas koji sadrži kiseonik, koji ima udeo od 15 zapr.% ili manje azota i udeo od 50 zapr.% ili više kiseonika, iz prve sekcije uređaja za hlađenje direktno susedne glavi peći vodi u rotacionu peć i opciono se dodatno vodi u kalcinator.

[0002] Postupci i postrojenja sistema su poznati iz prethodnog stanja tehnike u kom se vazduh uvodi u uređaj za hlađenje klinkera i prethodno zagreva, pri čemu deo ovog vazduha može da teče u peć. Takođe je poznato da se uređaj za hlađenje snabdeva mešavinama CO2i O2umesto vazduhom.

[0003] Primeri iz prethodnog stanja tehnike su EP 1037 005 B1, JP 2007-126328 A ili DE 100 13 929 C2, a još neki primeri su WO 99/06778 A1 i US 3162 431 A.

[0004] Zbog stalno rastućih zahteva u pogledu ekonomičnosti i ekologije, i dalje postoji potreba za poboljšanim postrojenjima i postupcima za proizvodnju cementnog klinkera.

[0005] U skladu sa ciljem ovog pronalaska treba obezbediti, između ostalog, poboljšana postrojenja i postupke za proizvodnju cementnog klinkera, koji nemaju nedostatke iz prethodnog stanja tehnike i poboljšani su u pogledu ekonomičnosti i ekologije u poređenju sa postrojenjima i postupcima iz prethodnog stanja tehnike.

[0006] Cilj se prema ovom pronalasku postiže predmetom iz priloženih patentnih zahteva, sa zavisnim patentnim zahtevima koji ukazuju na preporučena izvođenja.

[0007] Dalja izvođenja prema ovom pronalasku su izvedena iz opisa u nastavku.

[0008] Ovaj pronalazak obezbeđuje, u jednom obliku izvođenja, postrojenje sa rotacionom peći za proizvodnju cementnog klinkera, koje obuhvata aparat konfigurisan za dovod gasa koji sadrži kiseonik koji ima udeo od 15 zapr.% ili manje azota i udeo od 50 zapr.% ili više od kiseonika iz prvog segmenta uređaja za hlađenje koji je direktno susedan glavi peći, u rotacionu peć i opciono dodatno u kalcinator, i pri čemu je postrojenje konfigurisano za struje dovodnog gasa u postupcima sagorevanja koji se ukupno sastoje od više od 50 zapr.%, poželjno više od 85 zapr.%, kiseonika.

[0009] U još jednom izvođenju, ovaj pronalazak odgovarajuće obezbeđuje postupak za proizvodnju cementnog klinkera, pri čemu se gas koji sadrži kiseonik i koji ima udeo od 15 zapr.% ili manje azota i udeo od 50 zapr.% ili više kiseonika iz prvog segmenta uređaja za hlađenje koji je direktno susedan glavi peći, dovodi u rotacionu peć i opciono dodatno u kalcinator gde ukupne struje gasa koje se dovode u postupke sagorevanja sadrže više od 50 zapr.%, poželjno više od 85 zapr.%, kiseonika.

[0010] Postrojenje iz ovog pronalaska ili postupak iz ovog pronalaska može dakle da se uporedi sa jednim oblikom Oxyfuel postupka.

[0011] U poređenju sa ovde poznatim konceptima, postrojenje prema ovom pronalasku se ističe i zahvaljujući činjenici da se, između ostalog, nijedna uobičajena mešavina O2/CO2ne doprema kao sekundarni gas u glavu peći, već se umesto toga koristi čisti gas kiseonik. Ovo u daljem tekstu neće biti obrazlagano detaljnije zbog pretpostavljenih problema usled viših temperatura sagorevanja u cevi rotacione peći i smanjene zapremine protoka gasa (tj. manjeg kapaciteta prenosa gasa ili gasova za čvrste supstance u kalcinatoru i području predgrejača). Međutim, ove probleme moguće je prevazići brojnim ciljanim modifikacijama postupka koje shodno tome dovode do značajno smanjene konstrukcione visine i smanjenog neophodnog prostora postrojenja kombinovano sa višom koncentracijom CO2u izduvnom gasu.

[0012] U preporučenim oblicima izvođenja ovog pronalaska, postrojenje sa rotacionom peći se sastoji od ciklonskog predgrejača, In-line kalcinatora bez tercijarnog voda za vazduh, rotacione peći i uređaja za hlađenje. Vod za neposredni vazduh teče iz uređaja za hlađenje do srednjeg stepena ciklona u predgrejaču i naknadno do mlina za sirovi materijal.

[0013] U preporučenim oblicima izvođenja ovog pronalaska, ciklonski predgrejač se sastoji od višefazne ciklonske kaskade koja radi korišćenjem značajno manje količine gasa. Količina izduvnog gasa nizvodno od predgrejača je otprilike od 0,50 do 0,70 Nm<3>/kg klinkera. Odnos početne količine i izduvnog gasa može prema tome da bude viši od ovde mogućeg i jeste, u jednoj varijanti, od 1 do 2 kg/kg čvrste materije prema gasu, poželjno od 1,3 do 1,9 kg/kg čvrste materije prema gasu. Paralelno sa kaskadom ciklona, postoji dodatni stepen ciklona kojim se doprema vruć vazduh iz uređaja za hlađenje. Na osnovu protoka emulzije, ovaj dodatni stepen je, u preporučenom izvođenju, smešten centralno unutar ciklonske kaskade.

[0014] Ako treba da se u ovu svrhu koristi izduvni vazduh iz uređaja za hlađenje u svrhu koja nije predzagrevanje emulzije, moguće je da se predzagrevanje izvede samo pomoću izduvnih gasova iz kalcinatora.

[0015] U daljim oblicima izvođenja ovog pronalaska, predgrejač može da bude konfigurisan kao reaktor sa fluidizovanim ležištem, posebno u obliku takozvanog fluidizovanog ležišta koje formira mehuriće.

[0016] U skladu sa tim u nekim oblicima izvođenja ovog pronalaska, odnos dovoda čvrste materije i izduvnog gasa u koraku prethodnog zagrevanja se postavlja na više od 1,0 kg, poželjno više od 1,3 kg, čvrste materije na 1 kg gasa, poželjno od 1 do 2 kg/kg čvrste materije prema gasu, specifično poželjno od 1,3 do 1,9 kg/kg čvrste materije prema gasu, odn. postrojenje je prikladno konfigurisano za postavljanje takvog odnosa (početna količina prema struji izduvnog gasa) u predgrejaču.

[0017] Kalcinator odgovara pretežno klasičnoj konstrukciji, sa značajno višim odnosom čvrste materije/gasa, javljaju se lokalno dopunjavanja čvrste materije od više od 2 kg po kg gasa, na primer od 2 do 8 kg po kg gasa. Glavni deo (više od 60%, na primer oko 80%) toplote goriva je pretvoreno u kalcinatoru. Uprkos početnoj koncentraciji kiseonika od oko 75%, prisutna emulzija obezbeđuje dovoljno spuštanje toplote da izmenjivač toplote spreči pregrevanje. Ako treba sagorevati grubo zamensko gorivo (koje ima dužine ivice od >100 mm), možda će biti neophodno da se obezbedi nagnuto područje sa relativno visokim vremenom boravka za to gorivo. Primeri takvih nagnutih područja su stepenici, rešetke koje se povlače napred, rešetke koje se povlače unazad, itd.

[0018] Prema tome, u nekim oblicima izvođenja ovog pronalaska, odnos dovoda čvrste materije i izduvnog gasa u koraku kalcinacije se postavlja na više od 1,0 kg, poželjno više od 1,3 kg, čvrste materije prema gasu, specifično poželjno od 1,3 do 1,9kg/kg čvrste materije prema gasu, ili se postrojenje konfiguriše odgovarajuće za postavljanje takvog odnosa u kalcinatoru.

[0019] Pošto postrojenje, u svrhu ovog pronalaska, poželjno funkcioniše bez ‚“tercijarnog vazduha“ ili ‚“tercijarnog gasa“ (tj. struja gasa koja zaobilazi peć i spojena je na kalcinator), moguće je koristiti, na primer, odvojenu komoru za sagorevanje koja se snabdeva sa „tercijarnim vazduhom“ ili „tercijarnim gasom“ u konstrukciji različitoj od uobičajene konstrukcije.

[0020] Moguće alternative u kontekstu ovog pronalaska su poželjno mešanje protoka izduvnog gasa peći sa gorivom u nagnutom području kalcinatora kao varijante integrisane u kalcinatoru ili skraćena konstrukcija koja je spojena na jedan kalcinator bez nagnutih površina.

[0021] Prema ovom pronalasku, u rotacionu peć se doprema vruć gas iz segmenta uređaja za hlađenje najbližeg prednjoj strani. Ovo je gas koji sadrži kiseonik sa udelom od 15 zapr.% ili manje azota i udelom od 50 zapr.% ili više kiseonika.

[0022] U jednoj varijanti ovog pronalaska, gas je što čistiji kiseonik (više od 90%).

[0023] Gorionik rotacione peći prenosi gorivo u zonu sinterovanja, i u tu svrhu se kao transportni gas za to gorivo koristi recirkulisani CO2ili mešavina CO2i kiseonika.

[0024] U svrhu ovog pronalaska, količina goriva se bira tako da se postiže zahtevana priroda zone sinterovanja. Za proizvodnju cementnog klinkera se sagorevanjem obezbeđuje, vruće, prvo područje peći koje ima dužinu od oko 1/3 ukupne dužine peći, čija je funkcija formiranje C3S (trikalcijum silikat ili alit) i čije temperature materijala dostižu u najtoplijoj tački dostižu i preko 1450° C. Da bi se omogućilo dovoljno produženje ovog vrućeg područja do oko prve trećine peći, je upotreba relativno grubih goriva u poređenju sa prethodnim stanjem ostvariva u nekim izvođenjima, jer u atmosferi vrućeg kiseonika nastaje veoma brzo sagorevanje. U isto vreme ili kao alternativa, moguće je zamisliti smanjenje primarne količine gasa i/ili pritiska na strani ventilatora što je obično neophodno u gorionicima rotacione peći da bi se formirao plamen. Oba daju kao rezultat uštede u pogledu potrošnje električne energije i manji broj protočnih mašina za povećanje pritiska i ubrzavanje primarnog gasa. Količina goriva pretvorenog u zoni sinterovanja je 20% ili više od ukupne toplote koja se dobije pomoću tog goriva. Pošto se cela količina kiseonika neophodna za postupak sagorevanja dovodi u rotacionu peć, višak kiseonika u zoni sinterovanja je oko λ = 5 (tj. višak u odnosu na količinu kiseonika neophodnu za sagorevanje).

[0025] Međutim, jednako je moguće u kontekstu ovog pronalaska da se peče klinker koji ima visoke sadržaje C3S i niske sadržaje C2S (dikalcijum silikat). Mineralogija klinkera se obično podešava preko mešavine sirove emulzije. Uobičajene vrednosti za cementni klinker koji sadrži 65 % C3S, 13 % C2S itd. su standardna količina kreča od 95, TM=2,3 (modul aluminijum (II) oksida), SM=2,5 (silikatni modul). Ako se viša temperatura podesi u zoni sinterovanja uz isto vreme boravka, moguće je povećati standardnu količinu kreča. U ovom slučaju, viši sadržaj C3S se postiže uz iste slobodne sadržaje kreča u proizvodu. Klinkeri bogati sa C3S postižu bolja svojstva čvrstoće u cementu u poređenju sa klinkerima koji imaju niži udeo C3S. Pošto je komponentu C2S teže samleti nego komponentu C3S, viši sadržaj C3S takođe daje kao rezultat smanjenje potrošnje električne energije neophodne za mlevenje cementa.

[0026] Kao alternativa, postoji i mogućnost smanjenja vremena boravka materijala u peći. U varijantnim rešenjima, moguće je skratiti vreme u peći u odnosu na vreme boravka kada cementni klinker koji ima pomenute „standardne vrednosti“ treba da se proizvede na relativno visokim temperaturama. Jedno preporučeno izvođenje bi moglo biti brže rotiranje peći (npr.na više od 5 o/min) i /ili postavljanje manjeg nagiba peći.

[0027] Zbog značajno povećane količine kiseonika dostupnog u zoni sinterovanja, može se očekivati brzo sagorevanje čak i manje dobro obrađenih goriva. Ovo mogu biti goriva koja su grublja, vlažnija ili imaju nižu kalorijsku vrednost. Ako se, na primer, čvrsto gorivo kao što je ugalj, koristi za postupak iz ovog pronalaska, to gorivo može da bude samleveno manje fino. Ovo štedi električnu energiju koju bi inače bilo neophodno obezbediti za mlevenje goriva. Međutim, gorivo se može isto tako osušiti u nešto manjoj meri. Ovo štedi toplotnu energiju koja može da se koristi drugačije. Postupak iz ovog pronalaska i postrojenje iz ovog pronalaska su posebno pogodni za upotrebu frakcija otpada, poznatih kao zamenska goriva.

[0028] U svrhu ovog pronalaska, plamen u peći za pečenje može da bude ohlađen, na primer, pomoću tri sledeća postupka A), B) i C) ili njihovom kombinacijom. Ovo je posebno pogodno kada količina goriva neophodna za sagorevanje ili za uslove sagorevanja, a posebno visoko kiseonikom obogaćena atmosfera dovodi do visokih temperatura plamena.

A) Recirkulacija dela izduvnog gasa peći do ulaznog otvora peći kombinovano sa ciljanim hlađenjem ovog gasa. Hlađenje gasa se poželjno odvija indirektno pomoću izmenjivača toplote koji može da bude iza uređaja za uklanjanje prašine, kao što je na primer ciklonski separator. Količina toplote uklonjene indirektnom izmenom toplote može da se integriše u koncept korišćenja otpadne toplote.

B) Recirkulacija dela izduvnog gasa peći pomoću odvojenog sklopa za kalcinaciju koji prethodi uređaju za ciklonsko odvajanje, kombinovano sa ciljanim hlađenjem ovog gasa. Hlađenje gasa se poželjno odvija direktno u odvojenom kalcinatoru sa ciklonskim separatorom, pomoću dela sirove emulzije koja nije podvrgnuta uklanjanju kiseline i može da se uvede u struju gasa i ta temperatura gasa može da se podesi. C) Uvođenje prašine klinkera u dovod vrućeg vazduha koji se dovodi do peći. Ovo u praktičnom smislu produžava plamen, tako da se vruća područja peći pomeraju prema sredini peći, i područje ulaznog otvora u peć takođe radi na višoj temperaturi. Ovo u celini dovodi do smanjenja toplote potrebne u području kalcinatora.

[0029] Uređaj za hlađenje, ili uređaj za hlađenje klinkera, može za potrebe ovog pronalaska da bude podeljen u smislu inženjerskog postupka na najmanje tri funkcionalno različita dela:

• Prvi deo u koji se dovodi gas koji sadrži kiseonik i u kom se kiseonik prethodno zagreva i dovodi u rotacionu peć. Ovaj deo se razlikuje od uobičajenog postupka proizvodnje cementa i poznat je kao oxyfuel postupak po tome što se, za razliku od uobičajenih postupaka proizvodnje cementa, ne uvodi vazduh okoline i, nasuprot poznatim oxyfuel postupcima, nema prethodnog mešanja recirkuliranog izduvnog vazduha predgrejača sa kiseonikom i kao rezultat nastaje manja količina gasa koja se dovodi do peći. U isto vreme, međutim, toplota se vraća iz vrućeg proizvoda peći i recirkulira se u rotacionu peć, sa strujom gasa koja može da bude značajno vrelija u poređenju sa drugim postupcima zbog njegove manje količine. U jednom varijantnom rešenju ovog pronalaska, količina kiseonika dovoljna za sagorevanje u peći i uređaju za kalcinaciju se posebno dovodi u ovaj deo.

• Drugi deo u kojem dolazi do razdvajanja između struje vrućeg gasa koji se dovodi u rotacionu peć i struje gasa koja se vodi pored peći. Razdvajanje može, na primer, a) mehanički da nastane, npr. preko uređaja za drobljenje, opciono sa prethodnim stubom za materijal, ili razdelnim zidom koji je pozicioniran iznad ležišta klinkera i odvaja prostore gasa, ili

b) nastaje pomoću sistema koji obuhvata dva ili više uređaja za prostorno razdvajanje, sa posrednim proizvodom gasa, koji deluje bilo kao inertni gas (posebno CO2, Ar, H2O) za postupak sagorevanja ili deluje kao gas za sagorevanje (O2), ili mešavinom ovih gasova, koji se dopremaju u na taj način nastali međuprostor.

• Treći deo u kom se završno hlađenje klinkera izvodi korišćenjem bilo koje željene podloge. Ovo može poželjno biti vazduh ili interno recirkulirana struja vazduha koja se dovodi do uređaja za hlađenje u cilju daljeg hlađenja, npr. za korišćenje u daljem postupku u sistemu za korišćenje otpadne toplote.

[0030] U ovom pronalasku značajan višak toplote može da nastane zbog male količine gasa koja je uklonjena iz uređaja za hlađenje kao vazduh sagorevanja, na primer kada se koristi uređaj za hlađenje sa unakrsnim protokom. Klinker koji izlazi iz tog područja čiji se sadržaj toplote ne koristi za sagorevanje, može imati temperature od oko 1000 °C. Višak toplote moguće je proizvesti hlađenjem klinkera sa oko 1000 °C na oko 100 °C. Ovu toplotu je moguće koristiti za dovođenje toplote do prelaznog stadijuma prethodnog zagrevanja u predgrejaču i dovođenje preostale toplote do mlina za sirov materijal. Kao alternativa, ova toplota može da se koristi, barem delimično, za proizvodnju električne energije.

[0031] U kolu sa klasičnom parom, moguće je postići značajno više pritiske vrele pare u poređenju sa uobičajenim postrojenjima za proizvodnju cementa, jer nivo temperature gasa u poslednjem stepenu supergrejača iznosi i do 900°C, ili u nekim varijantnim rešenjima čak i više od ovoga. U poređenju sa temperaturama od oko 350 °C - 400 °C uobičajeno prisutnim nizvodno od predgrejača, ovo je značajno više. Ova parna turbina može takođe da postigne veću efikasnost. Pored toga, manji gubici toplote nastaju u slučaju proizvodnje električne struje zbog izmenjivača toplote koji se koriste za oduzimanje toplote i mogu da budu postavljeni jedan pored drugog.

[0032] Da bi se prethodno osušila sirova emulzija u mlinu za sirov materijal na takav način da samo komparativno niska termička snaga mora da se obezbedi za sušenje u tom predgrejaču, obično je od interesa postojeća količina toplote i ne toliko raspoloživa temperatura. U ovu svrhu, moguće je koristiti uređaj za hlađenje izduvnog gasa koji se ne koristi za korišćenje otpadne toplote ili druga struja gasa koja proizilazi iz korišćenja otpadne toplote. Ona generalno ima dovoljno visoku temperaturu ili sadržaj toplote da bi se ostvarilo sušenje suve emulzije.

[0033] Idealno, i samim tim preporučeno, je pozicioniranje mlina za sirov materijal u blizinu uređaja za hlađenje da bi se putanje gasa za mrežu za gas držale kratkim. U slučaju korišćenja prelaznog proizvoda otpadne toplote, na primer za proizvodnju električne energije, mlin se postavlja nizvodno od uređaja za hlađenje.

[0034] U slučaju oxyfuel postupka, kružni tokovi štetnih materija se pojavljuju na način sličan uobičajenom postupku za proizvodnju cementnog klinkera. Ako postoji interni kružni tok štetnih materija između peći i predgrejača, jer se slično dešava za sumpor i hlor za proizvodnju klinkera, sistem koji uklanja zagađivače iz kružnog toka na sučelju između peći i predgrejača ili peći i klinkera je ovde takođe neophodan. Ako se čvrsta materija ukloni i naknadno tretira dalje eksterno da bi se smanjio nivo štetnih materija, neće biti promena u odnosu na uobičajeni postupak proizvodnje klinkera. Ako se struja gasa ukloni zbog toga što je kružni tok hlora visok, ona takođe sadrži visok udeo kiseonika. U uobičajenim rotacionim pećima, količina nusproizvoda gasa od 15% se sada uklanja, gledano u odnosu na struju gasa prisutnu u ulaznom otvoru peći. Pošto je kiseonik ili gas koji sadrži kiseonik u slučaju ovog pronalaska prethodno proizveden na primer, frakcionisanjem vazduha, tj. postupkom koji ima visoku potrošnju energije, korisno je dovesti ovu struju nazad u uređaj za kalcinaciju kao gas sagorevanja.

[0035] Iz ovog razloga, sledeći režim protoka se koristi za zaobilazno postrojenje u izvođenjima iz ovog pronalaska. Zaobilazna struja se aktivira od ulaznog otvora u peć pomešano sa hladnim povratnim gasom, naknadno ohlađenim dodatno do oko 140 °C pomoću izmenjivača toplote gas-gas i rashladnog tornja za isparavanje i naknadno se podvrgava uklanjanju prašine, pri čemu se štetne materije, pretežno alkali, sumpor i hlor, kondenzuju na prašini filtera i zajedno sa njom izbacuju. Preostala struja gasa se deli i dovodi do dodatnog uređaja za hlađenje koji je pretežno indirektan i opciono takođe hladi do ispod tačke rošenja, tako da se vlaga prisutna u gasu kondenzuje. Ovaj deo se koristi da bi se ohladio vrući zaobilazni gas. Drugi deo se, pre nego što može da se recirkulira u uređaj za kalcinaciju, pogodno barem delimično oslobađa vlage i naknadno se zagreva u izmenjivaču toplote gasgas pomoću izduvnog gasa koji se hladi u zaobilaznom uređaju za hlađenje. Voda korišćena za rashladni toranj za isparavanje se, pošto se uzme iz skladišta za vodu, prethodno zagreva pomoću indirektnog izmenjivača toplote da bi se ohladila voda koja izlazi iz uređaja za injekciono hlađenje. Voda koja izlazi iz uređaja za injekciono hlađenje se dodatno hladi u uređaju za hlađenje vazduha i naknadno se delimično dovodi u rezervoar za vodu ili recirkulira u uređaj za injekciono hlađenje.

[0036] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postupak za proizvodnju hidrauličnog vezivnog materijala, poželjno cementnog klinkera, iz najmanje jednog početnog materijala, koji obuhvata barem korake predgrevanja početnog materijala, kalcinaciju prethodno zagrejanog početnog materijala, paljenje kalcifikovanog početnog materijala u cilju proizvodnje hidraulično aktivnih mineralnih faza, hlađenje hidrauličnog vezivnog sredstva, naznačen time što sve struje gasa koje se dovode za postupke sagorevanja obuhvataju u izvesnoj meri više od 50 zapr.%, poželjno više od 85 zapr.%, kiseonika.

[0037] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postupak proizvodnje cementnog klinkera i/ili hidrauličnog klinkera, koji može biti, na primer, Portland klinker, koji se sastoji od predgrejača, kalcinatora (povučene struje), rotacione peći i uređaja za hlađenje, naznačen time što se gas koji se dovodi iz uređaja za hlađenje u postrojenje peći (rotaciona peć i kalcinator) sastoji od više od 50 zapr.%, preporučljivo više od 85 zapr.%, kiseonika.

[0038] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postupak za proizvodnju hidrauličnog vezivnog sredstva iz barem jednog početnog materijala, koji obuhvata barem korake prethodnog zagrevanja početnog materijala do temperature kalcinacije, kalcinaciju prethodno zagrejanog početnog materijala, pečenje kalcifikovanog početnog materijala u cilju proizvodnje hidraulično aktivnih mineralnih faza, hlađenje hidrauličnog vezivnog sredstva, naznačeno time što struje gasa koje se dovode do postupaka sagorevanja obuhvataju više od 50 zapr.% kiseonika i obuhvataju manje od 50 zapr.% recirkuliranog izduvnog gasa iz postupka sagorevanja koji se odlikuje sadržajem azota od manje od 8 zapr.% u vlažnom referentnom stanju.

[0039] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postupak proizvodnje hidrauličnog cementnog klinkera iz barem jednog početnog materijala, koji obuhvata barem korake prethodnog zagrevanja početnog materijala, kalcinacije prethodno zagrejanog početnog

1

materijala, paljenja kalcifikovanog početnog materijala u cilju proizvodnje hidraulično aktivnih mineralnih faza, hlađenje hidrauličnog vezivnog sredstva, koje karakteriše to što se prethodno zagrevanje dešava u ciklonskom predgrejaču u kom odnos početne čvrste materije i izduvnog gasa jeste veći od 1 do 2 kg čvrste materije po 1 kg gasa, poželjno od 1,3 do 1,9 kg čvrste materije po kg gasa.

[0040] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postrojenje za proizvodnju hidrauličnog cementnog klinkera, koje obuhvata najmanje jedan ciklonski predgrejač, uređaj za kalcinaciju povučenog toka, rotacionu peć i uređaj za hlađenje klinkera, naznačen time što taj uređaj za kalcinaciju povučenog toka ima nevertikalnu zonu u koju se gruba goriva koja imaju dužinu ivice od više od 100 mm (tj. veličinu koja se ne može povući protočnom strujom) uvode i vrući gasovi teku preko njih u uređaj za kalcinaciju.

[0041] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postupak za proizvodnju hidrauličnog cementnog klinkera iz barem jednog početnog materijala, kalcinaciju prethodno zagrejanog početnog materijala, pečenje kalcifikovanog početnog materijala u cilju proizvodnje hidraulično aktivnih mineralnih faza, hlađenje hidrauličnog vezivnog sredstva, naznačeno time što se podstruja gasa iz komponenata postrojenja smeštenih uzvodno u smeru toka materijala (npr. iz ulaznog otvora peći ili nizvodno od kalcinatora) recirkuliše u glavu peći/sagorevanje, tj. glavni gorionik.

[0042] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postupak za proizvodnju hidrauličnog cementnog klinkera od barem jednog početnog materijala, koji obuhvata barem korake prethodnog zagrevanja početnog materijala, kalcinaciju prethodno zagrejanog početnog materijala, pečenje kalcifikovanog početnog materijala u cilju proizvodnje hidraulično aktivnih mineralnih faza, hlađenje hidrauličkog vezivnog sredstva, naznačeno time što se prvom segmentu uređaja za hlađenje dovodi gas koji ima sadržaj od 85 zapr.% kiseonika.

[0043] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postupak za proizvodnju hidrauličnog cementnog klinkera iz barem jednog početnog materijala, koji obuhvata barem korake sušenja i mlevenja sirovine, prethodnog zagrevanja početnog materijala, kalcinacije prethodno zagrejanog početnog materijala, pečenja kalcifikovanog početnog materijala u cilju proizvodnje hidraulično aktivnih mineralnih faza, hlađenje hidrauličnog vezivnog sredstva, naznačeno time što vruć vazduh iz uređaja za hlađenje klinkera jeste barem delimično doveden do prethodnog zagrevanja i naknadnog sušenja i mlevenja, pri čemu je mešanje sa izduvnim gasom iz kalcinacije i postupka pečenja izbegnuto.

[0044] Jedno izvođenje ovog pronalaska se odnosi na postupak za proizvodnju hidrauličnog cementnog klinkera iz barem jednog početnog materijala, koji obuhvata barem korake sušenja i mlevenja sirovine, prethodnog zagrevanja početnog materijala, kalcinacije prethodnog zagrejanog početnog materijala, pečenja kalcifikovanog početnog materijala u cilju proizvodnje hidraulično aktivnih mineralnih faza, hlađenja hidrauličnog vezivnog sredstva, karakterističnog po tome što je gas bogat kiseonikom iznet iz ulaznog područja peći, pošto je osiromašen za komponente sumpora, hlora i slično, recirkuliran u sistem peći. U ovom izvođenju se kiseonik koji se obično proizvodi u skupom postupku prvo prikuplja i može se i dalje koristiti i, drugo, postiže se odvajanje otpadnih proizvoda hlora i sumpora na prašini.

[0045] U jednom izvođenju ovog pronalaska, gas koji sadrži kiseonik je vazduh osiromašen N2, naročito sa N2veoma osiromašen vazduh.

[0046] U jednom izvođenju ovog pronalaska gas koji sadrži kiseonik je vazduh koji je visoko obogaćen sa O2.

[0047] U jednom izvođenju ovog pronalaska, gas koji sadrži kiseonik je čist kiseonik (tehnički).

[0048] U jednom izvođenju ovog pronalaska, gas koji sadrži kiseonik nije mešavina O2/CO2.

[0049] U jednom izvođenju ovog pronalaska, dopremljeni tok gasa nije recirkulirani gas. U jednom izvođenju ovog pronalaska, dopremljeni tok gasa ne sadrži nikakav recirkulirani gas.

[0050] U jednom izvođenju ovog pronalaska, gas koji obuhvata kiseonik nije vazduh ili bilo koji tretirani ili obrađeni vazduh. Ovo je preporučeno izvođenje.

[0051] Uzeto je u obzir da mala količina vazduha može eventualno da bude usisana iz okruženja tokom rada postrojenja pod smanjenim pritiskom. Mala količina u ovom slučaju znači manje od 10 zapr.% zapremine, naročito od 1 do 5 zapr.%. Ovaj vazduh koji je moguće usisati iz okruženja nije uzet u obzir za definiciju gasa koji sadrži kiseonik.

[0052] U jednom izvođenju ovog pronalaska, samo mali delovi, preporučljivo ništa, gasa koji sadrži kiseonik izlazi iz uređaja za hlađenje kao izduvni vazduh.

[0053] U nekim izvođenjima ovog pronalaska energija goriva uvedenog u rotacionu peć (sekundarni aparat za sinterovanje vezivnog sredstva) iznosi manje od 33% (1/3) energije goriva neophodnog za taj postupak.

[0054] U nekim izvođenjima ovog pronalaska, količina toplote uvedene u rotacionu peć je manja od 30% ukupne količine toplote uvedene u taj postupak, sa ukupnom toplotnom energijom koja odgovara zbiru toplotne energije uvedene u rotacionu peć, uređaj za kalcinaciju, putanju izduvnog gasa i gasove rotacione peći.

[0055] Kod nekih izvođenja ovog pronalaska, ukupna količina izduvnog gasa proizvedenog sagorevanjem i kalcinacijom za vezivno sredstvo (cementni klinker) je manja od < 1 Nm<3>/kg klinkera. Jedan Nm<3>gasa odgovara 1 m<3>gasa na pritisku od 101,325 kPa na temperaturi od 273,15 K.

[0056] Kod nekih izvođenja ovog pronalaska, koncentracija CO2u izduvnom gasu je iznad 85% ili više.

[0057] Kod nekih izvođenja ovog pronalaska, recirkulacija izduvnog gasa je ograničena na manje od 15%.

[0058] U kontekstu ovog pronalaska, moguće je dobiti CO2koji ima značajno povećanu čistoću nizvodno od predgrejača, tako da dalja obrada u odnosu na prethodno stanje tehnike biva lakša ili povoljnija.

[0059] U kontekstu ovog pronalaska, moguće je upariti količine gasa i goriva jednu sa drugom tako da, nasuprot očekivanjima iz prethodnog stanja tehnike, one dovode do značajno manjih ili čak nikakvih problema prouzrokovanih višim temperaturama sagorevanja i smanjenim zapreminama protoka gasa.

1

[0060] Ovaj pronalazak je detaljnije objašnjen dole u tekstu sa pozivom na slike. Slike ne treba tumačiti kao ograničenja i one nisu verodostojne u pogledu razmere. Pored toga, slike ne sadrže sve karakteristike koje se nalaze u uobičajenim postrojenjima, ali su redukovane na karakteristike koje su ključne za ovaj pronalazak i njegovo razumevanje.

[0061] Opis slika:

Na slikama 4 i 5, prikazan i su prelazi čvrste materije kao pune strelice i prelazi gasovitih materijala su prikazani kao tačkaste strelice.

[0062] Slika 1 prikazuje ilustrativno uređaj za hlađenje (uređaj za hlađenje klinkera ) K koji je podeljen u pet različitih zona hlađenja K1 do K5. Ovde se gas dovodi prikladno preko različitih ventilatora G. Rashladni vazduh za klinker, ali bez vazduha sagorevanja, u peć se dovodi preko ventilatora G dodeljenog zonama K3 do K5. Gas A koji sadrži kiseonik, koji se prenosi kao vazduh sagorevanja u peć, dovodi se preko ventilatora dodeljenog zoni K1.

Barijerni gas B se dovodi preko ventilatora dodeljenog zoni K2. Ovaj barijerni gas može, na primer, da sadrži 85 zapr.% ili više ugljen dioksida, sa inertnim gasom kao ravnotežnim, ili , na primer, da se sastoji od 85 zapr.% ili više kiseonika sa inertnim gasom kao ravnotežnim. Ovde se pojam inertni gas poželjno odnosi na komponente kao što je para vode, argon, itd. U oba slučaja, gas B služi kao barijerni gas za zaptivanje područja kiseonika iz bilo kog regiona uređaja za hlađenje. Pored toga je na slici 1 prikazan CO2razdelnik Ta koji funkcioniše kao rezultat dovoda barijernog gasa.

[0063] Slika 2 ilustrativno prikazuje uređaj za hlađenje (uređaj za hlađenje klinkera) K uglavnom kako je prikazan na slici 1. Jedina razlika u odnosu na sliku 1 je što CO2razdelnik Tb jeste konfigurisan kao mehanički razdelnik pri čemu odvajanje gasa koji sadrži kiseonik jeste izvedeno pomoću dovoda barijernog gasa i mehaničkog sredstva, na primer razdelnim zidovima nalik na klatno koji su postavljeni pokretno na ležište. Iako nije prikazano na slici 2, zona K2 može opciono da se izostavi kada je mehanički CO2razdelnik dovoljno efikasan.

[0064] Slika 3 prikazuje dva dijagrama toka koja prikazuju dve moguće varijante ovog pronalaska, pri čemu vrući klinker iz peći ulazi u deo 1 uređaja za hlađenje i u isto vreme se gas koji sadrži kiseonik prenosi iz dela 1 uređaja za hlađenje u peć (rekuperacija gasa sagorevanja u peć). Uređaj za odvajanje gasa se postavlja uz deo 1 uređaja za hlađenje, i ovaj uređaj zauzvrat se spaja sa delom 2 uređaja za hlađenje. U delu 2 uređaja za hlađenje, klinker zatim izlazi iz postrojenja i dovodi se do silosa. U gornjem delu slike, prikazan je mehanički uređaj 2b za odvajanje gasa između dela 1 uređaja za hlađenje (koji odgovara rashladnoj zoni K1) i dela 2 uređaja za hlađenje (odgovara rashladnim zonama K3 do K5), pri čemu uređaj 2a za odvajanje gasa na bazi barijernog gasa jeste prikazan u donjem delu. U vezi sa delom 2 uređaja za hlađenje, rekuperacija toplote u svrhu koja nije sagorevanje nastaje u obe varijante, sa nosačima toplote koji su vazduh sagorevanja, CO2, itd. Deo 2 uređaja za hlađenje u oba slučaja se prvo spaja na sistem izmenjivača toplote koji može da se bazira na direktnoj izmeni toplote ili na indirektnoj izmeni toplote. Osim toga za obe varijante je prikazana obrada otpadnog gasa, koja može da obuhvata uklanjanje prašine i/ili kamin.

[0065] Slika 4 prikazuje postrojenje za proizvodnju klinkera, pri čemu se prikazuje uključivanje uređaja za hlađenje izduvnog vazduha u prethodno zagrevanje. Uređaj za hlađenje je, u poređenju sa slikama 1 i 2, prikazan u pojednostavljenom obliku tako što je samo jedan ventilator za dovođenje gasa koji sadrži kiseonik prema ovom pronalasku prikazan sa leve strane, i prikazana su ostala četiri ventilatora za dovođenje vazduha. U izvođenju prikazanom na ovoj slici, izduvni vazduh uređaja za hlađenje se preko ciklonskog separatora za uklanjanje čvrstih čestica dovodi u predgrejač.

[0066] Slika 5 opisuje slično izvođenje kao na slici 4, ali se otpadna toplota koristi drugačije nego što je prikazano na slici 4. Ovde se, takođe, izduvni vazduh uređaj za hlađenje vodi kroz ciklonski separator, ali se zatim ne vodi u stepen predgrejača već umesto toga se vodi kroz izmenjivač toplote i zatim u postrojenje za mlevenje sirovog u svrhu sušenja sirove emulzije.

Spisak referentnih oznaka:

[0067]

K uređaj za hlađenje (Uređaj za hlađenje klinkera)

Ta uređaj za odvajanje gasom u kombinaciji sa barijernim gasom (CO2separator (barijerni gas))

Tb mehanički uređaj za odvajanje gasa ili mehanički uređaj za odvajanje gasa u kombinaciji sa barijernim gasom (CO2razdelnik (mehanički ili kombinacija mehanički/barijerni gas))

G Ventilator

K1 1. zona hlađenja (prva zona hlađenja)

K2 2. zona hlađenja (druga zona hlađenja)

1

K3 3. zona hlađenja (treća zona hlađenja)

K4 4. zona hlađenja (četvrta zona hlađenja)

K5 5. zona hlađenja (peta zona hlađenja)

A gas koji sadrži kiseonik

B barijerni gas

hV vrući vazduh sagorevanja

Al izduvni vazduh

O peć

KT1 uređaj za hlađenje, deo 1

KT2 uređaj za hlađenje, deo 2

AB tretiranje izduvni gasa

W sistem izmenjivača toplote

S silos

1 predgrejač

1a predgrejač (gornja zona)

1b predgrejač (donja zona)

1c ciklon prethodnog zagrevanja se isporučuje sa izduvnim vazduhom uređaja za hlađenje

2 kalcinator

3 rotaciona peć

4a uređaj za hlađenje korišćenjem kiseonika kao rashladnog medija

4b uređaj za hlađenje sa vazduhom kao rashladnim medijom

5 izmenjivač toplote vazduh-vazduh

100 sirovi materijal

100a,b vruća emulzija

101 vruća emulzija u kalcinator

102 vruća emulzija u rotacionu peć

103 vrući klinker

104 vrući klinker (oko 1000 °C)

105 hladni klinker

200 kiseonik (> 85 %)

201 sekundarni gas

202 izduvni gas iz peći

203 izduvni gas iz kalcinatora

1

a izduvni gas iz donje zone predgrejača

izduvni gas predgrejača

dovodni vazduh uređaja za hlađenje

izduvni vazduh uređaja za hlađenje

izduvni vazduh uređaja za hlađenje u mlin za sirov materijal vazduh u izmenjivač toplote

zagrejani vazduh u mlin za sirov materijal

gorivo za glavno ložište

gorivo za kalcinator

1

Claims

Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju cementnog klinkera, koji obuhvata korake

a) prethodnog zagrevanja početnog materijala do temperature kalcinacije,

b) kalcinacije prethodno zagrejanog početnog materijala,

c) pečenje kalcifikovanog početnog materijala u rotacionoj peći,

d) hlađenje cementnog klinkera,

e) dovod gasa koji sadrži kiseonik koji ima udeo od 15 zapr.% ili manje azota ili udeo od 50 zapr.% ili više kiseonika iz prvog segmenta uređaja za hlađenje direktno susednog glavi peći u

i) rotacionu peć,

naznačen time, što struje gasa koje se dovode za postupke sagorevanja u zbiru sadrže više od 50 zapr.% kiseonika,

naznačen time što se dovođenje gasa koji sadrži kiseonik postavlja tako da postoji višak kiseonika u glavnom gorioniku i zaostale količine kiseonika idu u kalcinator da bi tamo sagorele.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time, što korak e) još obuhvata ii) dovođenje gasa koji sadrži kiseonik u kalcinator.

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što se odnos početne čvrste materije i izduvnog gasa u koraku a) postavlja da bude veći od 1,0 kg, poželjno veći od 1,3 kg čvrste supstance po 1 kg gasa, poželjno od 1 do 2 kg/kg čvrste supstance prema gasu, poželjno od 1 do 2 kg/kg čvrste supstance prema gasu, naročito poželjno od 1,3 do 1,9 kg/kg čvrste supstance prema gasu, pri čemu se najmanje jedan ciklonski predgrejač poželjno koristi za prethodno zagrevanje.

4. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3, naznačen time, što odnos čvrste materije koja se dovodi i izduvnog gasa u koraku b) jeste postavljen da bude veći od 1,0 kg, poželjno veći od 1,3 kg, čvrste materije po 1 kg gasa, poželjno od 1 do 2 kg/kg čvrste materije prema gasu, posebno poželjno od 1,3 do 1,9 kg/kg čvrste materije prema gasu, pri čemu je taj kalcinator poželjno kalcinator povučenog toka.

5. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 4, naznačen time, što se gruba goriva koja imaju dužinu ivice od 70 mm ili više, poželjno 100 mm ili više, uvode u kalcinator, koji je poželjno kalcinator povučenog toka koji ima nevertikalnu zonu, tako da vrući gasovi teku preko njih u kalcinator.

6. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 5, naznačen time, što se podstruja gasa iz komponenata postrojenja smeštena uzvodno u smeru toka materijala, poželjno iz ulaznog otvora peći ili nizvodno od kalcinatora, recirkulira u glavu peći za sagorevanje.

7. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 6, naznačen time, što se vruć izduvni vazduh iz uređaja za hlađenje klinkera dovodi

a) barem delimično do prethodnog zagrevanja,

ili,

b) barem delimično do sušenja i mlevenja,

ili

c) barem delimično do prethodnog zagrevanja i naknadno do sušenja i mlevenja, pri čemu je izbegnuto mešanje sa izduvnim gasom iz kalcinacije iz postupka pečenja.

8. Postupak prema bilo kom od patentnih zahtev 1 do 7, naznačen time, što se gas bogat kiseonikom uklanja iz područja ulaznog otvora peći, pošto je osiromašen za barem sumpor i hlor, recirkulira u sistem peći.

9. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 8, naznačen time, što gas

i) sadrži 75 zapr.% ili više kiseonika, poželjno 85 zapr.% ili više, 90 zapr.% ili više, 95 zapr.% ili više, 98 zapr.% ili više ili 99 zapr.% ili više, ili

ii) sadrži 10 zapr.% ili manje azota, poželjno 8 zapr.% ili manje, 6 zapr.% ili manje, 4 zapr.% ili manje, ili ima sadržaj azota ispod granice detekcije,

ili

iii) sadrži 75 zapr.% ili više kiseonika, poželjno 85 zapr.% ili više, 90 zapr.% ili više ili 99 zapr.% ili više, i sadrži 10 zapr.% ili manje azota, poželjno 8 zapr.% ili manje, 6 zapr.% ili manje, 4 zapr.% ili manje, ili ima sadržaj azota ispod granice detekcije.

10. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 9, naznačen time, što se količine gasa ili goriva koje su uvedene regulišu kao funkcija temperature sagorevanja i tokova zapremine gasa.

1

11. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 10, naznačen time, što dodavanje gasa koji sadrži kiseonik jeste postavljeno tako da je dovedeni kiseonik dovoljan za potpuno sagorevanje u glavnom gorioniku i u kalcinatoru.

12. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 11, naznačen time, što se dodavanje gasa koji sadrži kiseonik izvodi isključivo na strani uređaja za odvajanje gasa koji se postavlja u uređaju za hlađenje i direktno je susedan glavi peći,

pri čemu je uređaj za odvajanje gasa

i) mehanički uređaj za odvajanje gasa,

ii) sistem na bazi dovoda barijernog gasa, ili

iii) kombinovani sistem.

2