CN101541702A - 可控制co2排放的水泥熟料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由生料制备水泥熟料的方法，包括以下步骤：用燃烧烟气预热生料；预煅烧生料；在回转窑中煅烧预煅烧过的生料，其中预煅烧和在回转窑中煅烧产生包含CO₂的燃烧烟气，预煅烧生成的燃烧烟气经过一个脱除CO₂的处理步骤，其中不将该燃烧烟气与在回转窑中煅烧产生的燃烧烟气混合。

Description

可控制CO2排放的水泥熟料的制备方法

本发明涉及一种水泥熟料的制备方法，该方法使得CO₂往大气中的排放是可以控制的。

水泥熟料的制备是其中CO₂排放最多的工业方法中的一种，其排放程度与钢铁工业相当。它们中的每一种都意味5％量级的人工来源的CO₂排放量。水泥工业中这一高的CO₂排放不仅来自于水泥熟料生产中高度的能源消耗，特别地还来自煅烧石灰石的反应，其释放非常高数量的CO₂(根据该机理每制备1吨水泥熟料将产生0.5吨的CO₂)。京都议定书框架下新提出的规则要求认可了该议定书的各国家根据每个时期规定的目标来降低这些CO₂排放。尽管用降低CO₂的初级措施使得短期目标看起来相对容易去实现，但将被建立的中期和长期目标可能变得更具限制性，特别是对于如水泥工业的那些工业。因此，目前正在寻求使得这些未来目标可以完成的技术上的解决方案，其有合理的成本，不会危害到现有部门的生存。

目前在水泥工业生产设备范围内所能设想的降低其CO₂排放的解决方案有两种类型。首先，出于有合理的成本的考虑，可以使CO₂排放量最多降低至15-20％的主要措施包括：

-降低含碳燃料的消耗(能量利用率的提高，石油焦炭被天然气替代)

-增大替代燃料的使用，就CO₂的产生循环而论其被视为中性(生物质，各种各样的废弃物)

-在水泥生产中使用水泥熟料的替代品，例如来自热电厂的粉煤灰和来自高炉的炉渣

遗憾的是，这些技术并不具备使CO₂减少高于15-20％的潜力，并且常常碰到补给方面的问题，使得这些解决方案不能完全长久维持。

目前正在研究第二级措施，以提出允许降低CO₂排放量至更大规模的、超过50％的技术。所能想到的技术通常有两种类型：

-通过用胺类清洗或通过吸附法或液化法或用膜除去生产过程中产生的燃烧烟气中的CO₂的方法(称作“后燃烧”)；

-有氧燃烧(oxycombustion)，通过在燃烧过程中除去氮气使气流中浓缩CO₂成为可能。这样，如果助燃空气完全被氧气代替，则之后该气流可能完全是CO₂(在蒸气浓缩之后)，或可能成为足以富含CO₂的气流(助燃空气被部分代替的情况下)，从而可以更经济地使用分离CO₂的技术。

在大多数情况下，这些第二级的方法常常在其它领域得到应用并且在更为限制的规模上被证明在技术上是可行的，但仍具有高昂的成本。

本发明目的在于提供一种水泥熟料的制备方法，其中回收生产过程中产生的燃烧烟气以便除去其中的CO₂，其成本是有收益的。

为此，本发明涉及一种由原料制备水泥熟料的方法，包括：

-用燃烧烟气预热原料，

-预煅烧该原料，

-在回转窑中煅烧预煅烧过的原料，

其中在预煅烧和在回转窑的煅烧中产生包含CO₂的燃烧烟气，预煅烧产生的燃烧烟气经过一个脱除CO₂的处理步骤，不将该烟气与在回转窑中煅烧产生的烟气混合。

根据本发明的预热、预煅烧、在回转窑中煅烧这三个步骤均按照制备水泥熟料的常规方法。起始材料或原料主要由石灰石和二氧化硅组成。在第一步中，将该原料用燃烧烟气预热，例如在旋风机顶部加入原料，在旋风机中原料被引入与燃烧烟气接触。在第二步中，预煅烧该原料：用燃烧形成的热，预热过的原料被部分煅烧，其反应如下：CaCO₃→CaO+CO₂。预煅烧中产生的烟气通常用来在第一步预热步骤中预热原料。这些燃烧烟气通常具有至少30体积％的CO₂浓度。在第三步中，这些预煅烧过的材料继续它们的流程进入回转窑，在回转窑中通过生石灰与二氧化硅在很高的温度(＞1450℃)下的反应，被转化为水泥熟料。第三步中所需的热量由回转窑底端的燃烧来提供。第三步也生成包含CO₂的燃烧烟气，其浓度通常最高为15％。

根据本发明，第二步预煅烧步骤生成的燃烧烟气经过一个除去CO₂的处理步骤，且该烟气不与在回转窑中煅烧产生的燃烧烟气混合。这一特征与现有技术所采用的不同，现有技术中，在回转窑的煅烧中产生的烟气循环至上游，通过预煅烧装置和预煅烧原料室与预煅烧产生的燃烧烟气混合。在本发明中，回转窑中的煅烧烟气不被输送到预煅烧设备中。相反地，它们形成能量利用的对象。因而前两个步骤与第三步是完全分离的。回转窑中煅烧生成的燃烧烟气直接从工艺中脱离，而不与第一步和第二步的产物相接触。

然而，在回转窑中实施煅烧所产生的燃烧烟气中存在的热量可以根据很多种选择来加以利用。根据第一种选择，回转窑中煅烧产生的至少部分燃烧烟气可以以一种间接的方式预热原料。根据第二种选择，回转窑中煅烧产生的至少部分燃烧烟气可以以一种间接的方式预热加入到回转窑的反应物。在这两种选择中，“以一种间接的方式”被理解为回转窑中煅烧产生的燃烧烟气不与待加热的原料混合，预热是通过一个将烟气和待加热的原料相隔离的壁来进行的。根据本发明，这两种间接加热选择可以防止预煅烧产生的燃烧烟气与在回转窑中煅烧产生的燃烧烟气相混合。原料或预煅烧过的原料与来自回转窑中的燃烧烟气之间的间接交换可以通过任何已知类型的热交换器来进行。根据第三种选择，回转窑中煅烧产生的至少部分燃烧烟气可以在锅炉或热回收单元中利用。

根据本发明方法的一个有利的实施方式，原料的预煅烧采用有氧燃烧。有氧燃烧被理解为采用燃料和氧化剂的燃烧，其中该氧化剂的氧气浓度大于21％，优选大于25％。所述氧化剂可以是空气和氧气的合适比例的混合物。有氧燃烧使第一步和第二步的燃烧烟气中富含CO₂。该有氧燃烧得到的烟气中CO₂的浓度通常大于50体积％。

按照该实施方式中的一个优选的实施例，在有氧燃烧期间使用的氧化剂为纯氧气。纯氧气被理解为包含至少90％氧气的含氧气体。这种优选手段的采用可以得到浓缩后CO₂含量大于90％的燃烧烟气。这种浓缩烟气不需要用更强的CO₂脱除工艺来处理。之后可以使烟气部分地在预煅烧步骤中循环，以增加前两个步骤中的气流量，以及保持好的对流热交换条件。因而本发明也覆盖了有氧燃烧产生的烟气被浓缩以及在原料的预煅烧过程中至少部分循环该浓缩烟气的情形。由于原料的部分煅烧自然会生成富含CO₂的气体排出物，用于燃烧的富含氧气的氧化剂进而可以使在预煅烧烟气中较快地获得很高浓度的CO₂。

通过实施本发明可以提高在预热和预煅烧区域中产生的烟气中的CO₂的浓度。从而可以将水泥工业中产生的CO₂总体积的50体积％到90体积％集中在预煅烧设备和预热器中，即存在于其气流速度根据现有技术仅为水泥装置的一半还要低的燃烧烟气中。这一差异使得可以更为有利地应用从燃烧烟气中脱除CO₂的工艺，甚至是在现有的技术条件下，这是由于脱除工艺在此处理的是更低流速、很高CO₂浓度的气流，其中CO₂浓度通常至少大于40体积％。

按照预煅烧中采用有氧燃烧的实施方式，从燃烧烟气中脱除CO₂的工艺的成本要低得多，这是由于烟气的流速降低以及它们的更高的CO₂浓度，该浓度通常至少大于50体积％。

Claims (7)

1.一种由原料制备水泥熟料的方法，包括：

-用燃烧烟气预热原料，

-预煅烧该原料，

-在回转窑中煅烧预煅烧过的原料，

其中预煅烧和在回转窑中煅烧产生包含CO₂的燃烧烟气，其特征在于预煅烧生成的燃烧烟气经过一个脱除CO₂的处理步骤，不将该烟气与在回转窑中煅烧产生的燃烧烟气混合。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于至少部分在回转窑中煅烧产生的燃烧烟气以间接的方式预热原料。

3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于至少部分在回转窑中煅烧产生的燃烧烟气以间接的方式预热加入到回转窑中的反应物。

4.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于至少部分在回转窑中煅烧产生的燃烧烟气用于锅炉或热回收单元。

5.前述任一权利要求所述的方法，其特征在于原料的预煅烧采用有氧燃烧。

6.权利要求5所述的方法，其特征在于在有氧燃烧中采用的氧化剂为纯氧气。

7.权利要求5或6所述的方法，其特征在于将有氧燃烧产生的烟气浓缩，将浓缩后的烟气至少部分在原料的预煅烧中循环。