從水泥生料混合物生產(chǎn)水泥熟料的方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】從水泥生料混合物生產(chǎn)水泥熟料的方法與系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及生產(chǎn)水泥熟料的工藝與設(shè)施，其中水泥生料被預(yù)熱、煅燒并且隨后在爐中燒制，以得到水泥熟料。
[0002]在生產(chǎn)水泥熟料的過(guò)程中，在煅燒生料時(shí)每千克的熟料形成約0.53kg的C02，并且在燃燒所需燃料時(shí)每千克熟料形成0.26-0.29kg的C02。這些CO2通常被排放到大氣。取決于氣旋預(yù)熱階段的數(shù)量以及輻射和對(duì)流損失，具體燃料能量要求是2800-3200kJ/kg熟料。為此，對(duì)其中形成的CO2實(shí)質(zhì)上集中在廢氣中并且0)2隨后被液化并被長(zhǎng)期存儲(chǔ)在適合的裝置中或者用于其他目的的工藝已有討論。
[0003]DE102008023899B4公開(kāi)了一種用于減少水泥熟料生產(chǎn)中的CO2排放的工藝，其中富含石灰材料成分和低石灰材料成分在單獨(dú)的預(yù)熱器中預(yù)熱，在聯(lián)合煅燒爐中煅燒，并且隨后在爐子中燒制，以得到水泥熟料。這里，來(lái)自煅燒爐的廢氣被用在用于預(yù)熱富含石灰材料成分的預(yù)熱器中，并且來(lái)自爐子的廢氣被用在用于預(yù)熱低石灰材料成分的預(yù)熱器中。此夕卜，燃料和純氧氣被引入煅燒爐用于燃燒從而形成煅燒爐廢氣，其主要包含二氧化碳和水蒸汽。來(lái)自用于預(yù)熱富含石灰材料成分的預(yù)熱器的廢氣作為循環(huán)氣體至少被部分再循環(huán)到煅燒爐，以便作為載氣被引入其中。
[0004]W02008/059378A2公開(kāi)了一種生產(chǎn)水泥的工藝，其中生料首先通過(guò)來(lái)自旋轉(zhuǎn)管式爐(1100-1300°C)的廢氣而被預(yù)熱，并且隨后通過(guò)煅燒爐中的氧-燃料燃燒在氣體側(cè)分離于爐廢氣地被大部分煅燒，在氧-燃料燒制中，氧氣而非空氣被用作氧化劑。氧氣可以通過(guò)所討論的氧氣制造工藝之一來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)(低溫、吸附、膜工藝)。富含0)2的煅燒爐廢氣以此方式生產(chǎn)。生料通過(guò)氣旋與氧-燃料煙氣分離并進(jìn)入旋轉(zhuǎn)管式爐。煅燒爐廢氣必須被冷卻以便子流后續(xù)可以再循環(huán)到氧-燃料燃燒。在煙氣冷卻期間，例如可以生產(chǎn)工藝蒸汽或用于發(fā)電的蒸汽。然而，此類對(duì)煅燒爐廢氣的利用導(dǎo)致了水泥生產(chǎn)所需燃料能源的顯著增加，因?yàn)榇饲樾沃袕U氣未被用于預(yù)熱生料。與傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)相比，燃料能源需求自身將增加近似高達(dá)70 %至超過(guò)5000kJ/kg熟料。此外，工業(yè)實(shí)踐表明熱交換器在氣體進(jìn)入溫度為850-950°C時(shí)非常難以操作，同時(shí)每立方米產(chǎn)生達(dá)幾百克的高粉塵負(fù)荷:粉塵牢牢附著并且由于高溫很難清除。因?yàn)楦邷匾约耙蚋邷匾鸬牟牧舷魅?，傳統(tǒng)清除方法在這里不起作用。
[0005]W02010/046345提出了一種根據(jù)固定流化床原理操作的煅燒爐，其不是作為煅燒爐而是被配置為夾帶流反應(yīng)器。因?yàn)椴恍枰陟褵隣t內(nèi)生料的氣動(dòng)傳輸，因此該概念不涉及或僅僅涉及非常少的煙氣再循環(huán)。因此不需要或僅僅需要冷卻和再循環(huán)非常少的煙氣，并且廢氣可以照常被用于預(yù)熱生料。此工藝中的燃料能源要求因此不高于或者僅僅略高于使用預(yù)熱爐的經(jīng)典水泥生產(chǎn)情形。
[0006]作為將煅燒爐配置為固定流化床的結(jié)果，明顯更少的預(yù)煅燒熱料進(jìn)入將要冷卻的氧-燃料煙氣路徑。這樣可能的再碳化效應(yīng)可以被最小化。來(lái)自氧-燃料煙氣的熱量被用作后燃燒單元的熱源，后燃燒單元用于從爐廢氣吸收CO2并且隨后從洗滌液解吸相對(duì)純的co2。此外，來(lái)自冷卻器廢氣流的余熱這里被用作解吸的額外熱源。
[0007]然而對(duì)流化床概念的詳細(xì)審視發(fā)現(xiàn)，流化床煅燒爐除了純氧操作外還需要非常大的橫截面積，因?yàn)閷?duì)于通常非常細(xì)小生料的情形，即使是在非常低的氣體流速下也不再能夠建立固定流化床。低再碳化的優(yōu)點(diǎn)將不復(fù)存在，并且流化床在非常大建筑體積和高壓降方面的劣勢(shì)將變得突出。
[0008]因此本發(fā)明的目的是改善生產(chǎn)水泥熟料的工藝與設(shè)施，以便實(shí)現(xiàn)更高等級(jí)的CO2去除，同時(shí)不顯著增加工藝中的燃料需求。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過(guò)權(quán)利要求1-10的技術(shù)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0010]本發(fā)明用于從水泥生料生產(chǎn)水泥熟料的工藝包括以下步驟:
[0011]-水泥生料的一部分在煅燒爐預(yù)熱器中預(yù)熱，并且水泥生料的其余部分在爐預(yù)熱器中預(yù)熱，
[0012]-在煅燒爐預(yù)熱器和爐預(yù)熱器中預(yù)熱的水泥生料在運(yùn)行有氧-燃料工藝的煅燒爐中被預(yù)煅燒，
[0013]-預(yù)煅燒的水泥生料在爐中被燒制，
[0014]-燒制的水泥生料在冷卻器中被冷卻，
[0015]-煅燒爐預(yù)熱器使用來(lái)自煅燒爐的煅燒爐廢氣來(lái)運(yùn)行，以及
[0016]-爐預(yù)熱器使用來(lái)自爐的爐廢氣來(lái)運(yùn)行，
[0017]-其中夾帶流反應(yīng)器被用作煅燒爐，其中在已在煅燒爐預(yù)熱器中被利用之后，煅燒爐廢氣的一部分被再循環(huán)到煅燒爐，以及
[0018]-爐廢氣經(jīng)受后燃燒去除CO2。
[0019]本發(fā)明用于從水泥生料生產(chǎn)水泥熟料的設(shè)施實(shí)質(zhì)上包括:
[0020]-用于預(yù)熱水泥生料第一部分的煅燒爐預(yù)熱器，
[0021]-用于預(yù)熱水泥生料第二部分的爐預(yù)熱器，
[0022]-用于預(yù)煅燒已在煅燒爐預(yù)熱器和爐預(yù)熱器中進(jìn)行預(yù)熱的水泥生料的煅燒爐，
[0023]-用于燒制經(jīng)預(yù)煅燒的水泥生料的爐，
[0024]-用于冷卻經(jīng)燒制的水泥生料的冷卻器，
[0025]-其中煅燒爐預(yù)熱器使用來(lái)自煅燒爐的煅燒爐廢氣來(lái)運(yùn)行，以及
[0026]-爐預(yù)熱器使用來(lái)自爐的爐廢氣來(lái)運(yùn)行，
[0027]-其中煅燒爐被配置為夾帶流反應(yīng)器并且配備有用于再循環(huán)在煅燒爐預(yù)熱器中加以利用之后的煅燒爐廢氣的一部分的裝置，以及
[0028]-用于去除CO2的后燃燒單元被布置在爐廢氣流動(dòng)方向上爐預(yù)熱器的下游。
[0029]為了本發(fā)明的目的，運(yùn)行氧-燃料工藝的煅燒爐是這樣的煅燒爐，其中使用燃料和燃燒空氣，其中氧氣的比例為至少75mol%，優(yōu)選至少95mol%。
[0030]作為傳統(tǒng)夾帶流反應(yīng)器帶有煙氣再循環(huán)的煅燒爐實(shí)施例明顯更易于實(shí)現(xiàn)。此外，實(shí)驗(yàn)證明煅燒爐廢氣中預(yù)期的再碳化效應(yīng)弱于預(yù)期。
[0031]本發(fā)明的其他實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。
[0032]后燃燒單元優(yōu)選是經(jīng)典的煙氣洗滌器，其中注入低CO2溶劑，該溶劑優(yōu)選吸收CO 2，并且因而去除煙氣中的C02。富含CO2的溶劑在工藝余熱的幫助下被再次去除CO2，從而能夠作為用于吸收CO2的低CO 2溶劑被再次注入，從而其可以循環(huán)操作。
[0033]然而作為替代，其還可以是基于固體的后燃燒單元，其中煙氣中存在的CO2與固體反應(yīng)以形成碳酸鹽化合物，并且該碳酸鹽通過(guò)工藝余熱被再次煅燒(被稱為碳循環(huán))。這里的碳酸鹽優(yōu)選為碳酸鈣、碳酸鎂和碳酸鈉。水泥生料自身因此也可以被使用。然而，對(duì)于碳循環(huán)概念的情形，對(duì)于再生的加熱將預(yù)期明顯更高的溫度等級(jí)。
[0034]在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，后燃燒去除CO2的熱需求至少部分地由優(yōu)選完全由來(lái)自冷卻器的廢氣、爐廢氣和/或煅燒爐廢氣的至少一部分的余熱承擔(dān)。這里，后燃燒去除CO2的熱需求可以部分由在煅燒爐預(yù)熱器中利用之后的非再循環(huán)煅燒爐廢氣的余熱承擔(dān)，或者部分由在爐預(yù)熱器中利用之后的爐廢氣的余熱承擔(dān)。
[0035]此外，可以設(shè)計(jì)再循環(huán)到煅燒爐的煅燒爐廢氣部分由來(lái)自冷卻器的廢氣直接或間接加熱。煅燒爐廢氣的非再循環(huán)部分優(yōu)選地經(jīng)歷CO2的去除，特別是CO2液化。通常，在分離出多種雜質(zhì)源之前的煅燒爐廢氣并不足夠純凈到進(jìn)行進(jìn)一步的傳輸和存儲(chǔ)/利用。因此CO2純度必須在將被分離的流中進(jìn)一步增加。為此，提出了上文討論的方法，其中采用了單個(gè)或多個(gè)階段的去除操作，其中基于質(zhì)量流占主要成分的CO2為液相，而難以液化的元素如氧、氮和氬以氣相聚積。然而，該氣相有時(shí)仍包含高濃度的co2。因此將該氣相流(也被稱作尾氣)連同爐廢氣一起傳送到CO2的后燃燒去除是有用的。在優(yōu)選實(shí)施例中，在煅燒爐預(yù)熱器中利用之后的煅燒爐廢氣和/或在爐預(yù)熱器中利用之后的爐廢氣被饋送到用于產(chǎn)生工藝蒸汽(水蒸汽)的余熱鍋爐中，產(chǎn)生的工藝蒸汽被用于0)2的后燃燒去除。
[0036]此外，嘗試以下述方式相互匹配氧-燃料工藝和0)2的后