2
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КЛИНКЕРА С КОНТРОЛИРУЕМЫМИ ВЫБРОСАМИ CO
2
METHOD OF PRODUCING CLINKER WITH CONTROLLED CO EMISSION

2
Настоящее изобретение относится к способу производства клинкера, позволяющему контролировать выбросы СО в атмосферу.
2
2
2
2
2
2
2
Способы производства клинкера относятся к промышленным способам, в которых выделяется наибольшее количество СО, в таких же объемах, что и в черной металлургии. Каждый из них представляет порядка 5% от выбросов СО антропогенного происхождения. В цементной промышленности источником этого значительного количества выбросов СО является не только интенсивное потребление энергии в процессе выработки клинкера, но и, главным образом, реакция обжига известняка, при которой высвобождается очень значительное количество СО (0,5 тонн СО, выработанного таким образом, на каждую тонну произведенного клинкера). Введение новых ограничений в рамках Киотского протокола предписывает странам, ратифицировавшим этот протокол, снизить выбросы СО в соответствии с задачами, определенными на данный период. И если представляется, что краткосрочных задач относительно просто достичь первичными средствами снижения СО, 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.
2
2
Современные решения, предусмотренные в рамках цементных заводов по уменьшению их выбросов СО, подразделяются на два типа. Прежде всего, первичные меры, позволяющие при умеренных расходах снизить выбросы СО примерно на 15-20% максимально, то есть:
- снижение потребления углеродного топлива (повышение энергетического КПД, замена нефтяного кокса природным газом),
2
- расширенное использование альтернативного топлива, рассматриваемого как нейтральное по отношению к циклу производства СО (биомасса, различные отходы),
- использование заменителей клинкера при получении цемента, таких как сажа тепловых станций и шлак доменных печей.
2
К сожалению, данные способы не способны обеспечить снижение СО на более чем 15-20% и сталкиваются с транспортными проблемами, которые не позволяют представить данные решения как постоянные.
2
В настоящее время вторичные меры находятся в разработке, чтобы ввести технологии, позволяющие значительно снизить выбросы СО, а именно более чем на 50%. Применяемые технологии относятся, главным образом, к двум типам:
2
- способы удаления СО из дымовых газов в процессе (так называемое дожигание) промывкой амином, или адсорбцией, или конденсацией, или через мембраны,
2
2
2
2
- способы сжигания в кислороде, позволяющие сконцентрировать поток газа в СО, удаляя азот в процессе горения. Таким образом, в этом случае данный поток может состоять практически полностью из СО (после конденсации пара), если воздух горения полностью заменен на кислород или если достаточно обогащен СО (в случае частичной замены данного воздуха горения), чтобы использование технологий отделения СО 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.
2
Цель настоящего изобретения заключается в предложении способа производства клинкера, позволяющего извлекать образующиеся в данном способе дымовые газы таким образом, чтобы удалить СО 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,
2
в котором при предварительном обжиге и обжиге во вращающейся печи образуются дымовые газы, содержащие СО,
2
и в котором дымовые газы, образующиеся при предварительном обжиге, подвергают обработке для удаления СО без смешения вышеназванных газов с дымовыми газами, образованными при обжиге во вращающейся печи.
3
2
2
2
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: CaCO→CaO+CO. Газы, образующиеся во время предварительного обжига, служат, главным образом, для подогрева сырьевой смеси на первой стадии подогрева. В данных дымовых газах содержание СО 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% СО.
2
В соответствии с изобретением обеспечивается обработка для удаления СО 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.
2
2
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 СО на уровне первой и второй стадий. Концентрация СО в дымовых газах, образовавшихся после данного сжигания в кислороде, составляет главным образом более 50% по объему.
2
2
2
2
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% СО. Подобные сконденсированные дымовые газы не нуждаются ни в какой обработке для удаления СО. 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 СОвытекающий газообразный поток, то частичное обогащение кислородом окислителя позволяет быстро достичь очень высокой концентрации СО в отходящих при предварительном обжиге газах.
2
2
2
2
Использование изобретения позволяет сконцентрировать СО в дымовых газах, исходящих из зон подогрева и предварительного обжига. Так, от 50 до 90% от общего объема СО, 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 СО из дымовых газов гораздо более выгодным, даже при современном уровне технологий, поскольку таким образом способы удаления обрабатывают потоки меньшие, с большими содержаниями СО, которые обычно составляют, по меньшей мере, от 40% по объему.
2
2
В соответствии с воплощением изобретения, использующим сжигание в кислороде в процессе предварительного обжига, стоимость способов удаления СО из дымовых газов является более сниженной из-за уменьшенного потока газов и еще больших концентраций СО в них, которые обычно составляют, по меньшей мере, более 50% по объему.