MX2011001162A - Metodo para fabricar un cemento clinker en una planta asi como una planta de fabricacion de cemento clinker como tal. - Google Patents
Metodo para fabricar un cemento clinker en una planta asi como una planta de fabricacion de cemento clinker como tal.Info
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Abstract
La invención se refiere a un proceso para fabricar cemento clinker en una planta que comprende un. precalentador de ciclón (3, 3a), un reactor de precalcinación (4), un horno rotatorio y enfriador de clínker; de acuerdo con la invención, los gases de combustión producidos por el horno rotatorio son separados de los gases del precalentador para no mezclarlos, el reactor de precalcinación es alimentado con un gas rico en oxígeno y una porción (8a) de los gases (8) que salen del precalentador de ciclón (3, 3a) es reciclada en dicho reactor de precalcinación (4), o incluso en el precalentador (3, 3a) para obtener un flujo conveniente para suspender la materia en el precalentador; la otra porción no reciclada (8b) de los gases, rica en dióxido de carbono, está adaptada con el propósito de limitar la cantidad de CO2 descargado, por medio de dicho medio de captación.
Description
METODO PARA FABRICAR UN CEMENTO CLINKER EN UNA PLANTA ASI
COMO UNA PLANTA DE FABRICACION DE CEMENTO CLINKER COMO TAL
CAMPO DE LA INVENCION
La invención se" refiere a un método para fabricar un cemento clínker en una planta asi como una planta de fabricación de cemento clinker como tal.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La fabricación de cemento utiliza para su gran parte un material cocido, clinker, el cual es generado a partir de minerales cuyo componente esencial es el carbonato de calcio. El clínker es preparado utilizando una operación de cocido que produce grandes cantidades de dióxido de carbono mediante la descomposición del carbonato de calcio así como la combustión del combustible necesario para la operación .
Por ejemplo, la producción de una tonelada del denominado cemento Pórtland emite aproximadamente 530 kilogramos de C02 a partir del material tratado y 250 a 300 kilogramos de C02 a partir del combustible. Este dióxido de carbono es emitido en humos, a una concentración menor que el 30%, en donde el principal componente de los humos es el nitrógeno. Bajo estas condiciones, resulta, difícil de aislar,
en particular secuestrar con el propósito de limitar las descargas de C02 hacia la atmósfera.
La ' fabricación de un cemento clinker con mayor frecuencia utiliza un denominado proceso de cocido en seco, donde la materia prima previamente triturada es calcinada en un horno rotatorio. De esta manera, a fin de reducir los requerimientos de energía de la operación, se han agregado intercambiadores corriente arriba y corriente abajo del horno rotatorio y directamente recuperan el calor contenido en el material y los gases de combustión que salen del horno. Corriente arriba, se proporciona un precalentador de ciclón donde la materia prima es precalentada en suspensión, y parcialmente descarbonatada. Corriente abajo, se proporciona un enfriador de clinker donde la materia cocida es enfriada mediante soplado con aire frío. La mayoría de las plantas que operan en el denominado modo seco comprenden un reactor de combustión en el fondo del precalentador, referido como precalcinador, en donde se proporciona una porción significativa del combustible consumido por la unidad de cocido. Se debiera observar que la mayor porción de la reacción de descarbonatación ocurre en el precalentador.
Con mayor precisión, en una planta que opera en modo seco típico, 60 a 65% del combustible es alimentado en el precalcinador, y el resto al horno; 85% aproximadamente de
la reacción de descarbonatación ocurre antes de entrar al horno. Por lo tanto, de entre 780 a 830 kilogramos de dióxido de carbono emitidos por la unidad de cosido, 76% a 78% se genera en el precalentador y precalcinador, y solamente 22% a 24% en el horno rotatorio.
SUMARIO DE LA INVENCION
El objetivo de la presente invención es remediar los inconvenientes antes mencionados mientras se ofrece un método económicamente viable para fabricar un cemento clinker a fin de limitar las descargas de dióxido de carbono hacia la atmósfera .
Otro objetivo de la invención es proporcionar un método el cual pueda ser implementado ¦ en una planta técnicamente cerca de aquella normalmente utilizada para la producción de cemento clinker.
Otro objetivo de la invención es proporcionar dicha planta.
Otros objetivos y ventajas de la presente invención aparecerán en la siguiente descripción la cual es proporcionada solamente a manera de ejemplo y sin quedar limitada a la misma.
La invención se refiere primero que nada a un método para fabricar cemento clinker en una planta que
comprende :
- un precalentador de ciclón para precalentar la materia prima,
- un reactor de precalcinación equipado con uno o más quemadores para proporcionar calor al precalentador de ciclón,
un horno rotatorio, equipado con un quemador alimentado con combustible,
un enfriador de clinker con enfriamiento por soplado de aire, en la salida de dicho horno rotatorio, generando gas caliente,
un método en donde:
la materia prima es precalentada y descarbonatada en dicho precalentador de ciclón y/o dicho reactor de precalcinación,
- el clinker que sale de dicho horno es enfriado en dicho enfriador de clinker.
De acuerdo con la invención:
- los humos generados por el horno rotatorio y los gases del precalentador son separados de forma que dichos humos y dichos gases del precalentador no se mezclan,
- el reactor de precalcinación es alimentado con gas enriquecido con oxigeno cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, formando una sola fuente de oxigeno de dicho
reactor,
- una porción de los gases de dicho precalentador de ciclón es reciclada en dicho reactor de precalcinación, posiblemente dicho precalentador de ciclón, para obtener un flujo adecuado necesario para suspender materia en dicho precalentador, mientras que la otra porción de los gases ricos en dióxido de carbono de dicho precalentador de ciclón está adaptada en la perspectiva de un tratamiento para limitar las cantidades de dióxido de carbono descargado en la atmósfera, tal como por ejemplo, la captación.
También se describe una planta para fabricar un cemento clinker que permite, en particular, la implementación del método, que comprende:
- un precalentador de ciclón para precalentar la materia prima,
- un reactor de precalcinación equipado con uno o más quemadores para proporcionar calor (gases calientes) al precalentador de ciclón,
un horno rotatorio, equipado con un quemador alimentado con combustible,
un enfriador de clinker con enfriamiento por soplado de aire, en la salida de dicho horno rotatorio, generando gas caliente.
De acuerdo con la invención, la planta además
comprende :
conductos separados para los humos del horno rotatorio y los gases del precalentador de forma que dichos humos y dichos gases no se mezclan,
- una fuente de un gas rico en oxigeno cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, alimentando al reactor de precalcinación ,
- un conducto para reciclar una porción de los gases de dicho precalentador de ciclón en el reactor de precalcinación, posiblemente el precalentador de ciclón.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La invención se entenderá mejor cuando se lea la siguiente descripción acompañada por las figuras anexas entre las cuales:
La figura 1 ilustra en forma de diagrama un ejemplo del método de fabricación implementado en una planta, de acuerdo con la invención en una primera modal idad .
La figura 2 ilustra un método para la fabricación de cemento clinker y la planta relacionada, de acuerdo con la invención en una segunda modalidad.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
La invención también se refiere a un método para fabricar cemento clinker en una planta.
Dicha planta comprende:
- un precalentador de ciclón para precalentar la materia prima,
- un reactor de precalcinación 4 equipado con uno o más quemadores para proporcionar calor en particular en la forma de gases calientes al precalentador de ciclón,
- un horno rotatorio 1, equipado con un quemador alimentado con combustible,
- un enfriador de clinker 5 con enfriamiento por soplado de aire, en la salida de dicho horno rotatorio 1 generando gas caliente. Por lo tanto se trata de una planta que comprende un precalentador de ciclón, un reactor de precalcinación, un horno rotatorio y un enfriador de clinker en una manera equivalente a las plantas de la técnica anterior.
De acuerdo con el método:
- la materia prima es precalentada y descarbonatada (en su mayor parte) en dicho precalentador de ciclón 3 y/o dicho reactor de precalcinación 4,
- el clinker que sale del horno es enfriado en dicho enfriador de clinker 5.
De acuerdo con el proceso de fabricación de la invención :
- los humos generados por el horno rotatorio y los gases del precalentador 3, 3a son separados de forma que dichos humos y dichos gases del precalentador 3, 3a no se mezclan,
- el reactor de precalcinación 4 es alimentado con gas rico en oxigeno 9 cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, formando la única fuente de oxigeno de dicho reactor 4,
una porción 8a de los gases 8 de dicho precalentador de ciclón 3, 3a es reciclada en dicho reactor de precalcinación 3, posiblemente dicho precalentador de ciclón 3, 3a, para obtener un flujo adecuado necesario para suspender materia en dicho precalentador, mientras que la otra porción 8b de los gases ricos en dióxido de carbono de dicho precalentador de 'ciclón 3, 3a está adaptada en la perspectiva de un tratamiento para limitar las cantidades de dióxido de carbono descargado en la atmósfera.
Debido a que tres cuartos aproximadamente del dióxido de carbono son generados en el precalentador y el reactor de precalcinación, la invención entonces consiste en concentrar C02 al menos en estas partes de la planta.
Los humos 10 generados por el horno 1 y aquellos
del ensamble de precalentador 3, 3a/reactor 4 entonces son separados. Por el contrario, en una planta de cemento tradicional, los humos del horno alimentan el ensamble de precalentador/precalcinador con gas caliente, por una parte para proporcionar calor en este ensamble, pero también para crear un flujo de gas en él ensamble necesario para suspender la materia.
En la planta de acuerdo con la invención, los humos del horno no alimentan el ensamble de precalentador/precalcinador. Con respecto a una planta tradicional, se crea un doble desequilibr o operativo, por una parte el flujo de gas en el precalentador ya no es suficiente para la suspensión de materia, por otra parte el flujo térmico ya no es suficiente para obtener el precalentamiento deseado.
De acuerdo con la planta de la invención, este desequilibrio es corregido en su totalidad o en parte gracias al reciclado de una porción 8a de los' gases 8 que salen del precalentador. La porción de los gases reciclados es tal que permite obtener un flujo adecuado necesario para la suspensión de la materia en el precalentador.
De manera más precisa, de acuerdo con una modalidad, la porción 8a de los gases 8 que salen de dicho precalentador es reciclada para obtener una relación de
velocidad de flujo de masa entre la materia tratada y el flujo necesario para suspender materia que varia de 0.5 kg/kg a 2 kg/kg.
Cuando es alimentado directamente hacia el reactor de precalcinación 4, el gas de combustión en el reactor 4 es una mezcla del gas rico en oxigeno 9 y de la porción reciclada rica en dióxido de carbono 8a. Convenientemente, esta mezcla evita que el gas de combustión se sobre-concentre en oxigeno y, por lo tanto, evita la creación de üna flama demasiado fuerte en el reactor 4 lo cual pudiera dañarlo.
Adicionalmente , dicho reciclado de la porción 8a permite el reciclado de una cantidad de calor generado por el precalentador 3, 3a y el reactor de precalcinación 4. Para reducir adicionalmente el consumo de combustible en el reactor 4, el método puede incluir un paso en donde la porción 8a de los gases reciclados en el reactor de precalcinación 4, posiblemente el precalentador 3, 3a es recalentada a través de un intercambiador 11, gracias en particular al calor contenido en los humos 10 del horno rotatorio 1 y/o a una porción del gas caliente generado por dicho enfriador de clinker 5.
Con más precisión, de acuerdo con una modalidad:
- una primera porción 60 del gas caliente generado en dicho enfriador de clinker 5, o denominado aire
secundario, es dirigida al horno rotatorio 1 para que sea utilizado como aire de combustión, especialmente por los quemadores del horno 1,
- una segunda porción 6 del gas caliente generado en dicho enfriador de clinker 5, denominado flujo terciario, definido por una temperatura al menos igual a 750°C es dirigida y después llevada separadamente de la primera porción a dicho intercambiador 11, para recalentar la porción 8a de los humos reciclados,
una tercera porción 7, denominada flujo de exceso, del gas caliente generado en dicho enfriador de clinker es extraída.
Posiblemente, los humos del horno 1 son desempolvados en un ciclón 12 y la materia caliente entonces recolectada es inyectada en el precalentador 3, 3a incluso en el reactor de precalcinación 4.
Ahora se describirá parcialmente el ejemplo de la figura 1 y de forma más particular la manera en que los gases reciclados 8a son recalentados por el intercambiador 11.
En este ejemplo, el gas de enfriamiento del enfriador de clinker 5 es aire y, por lo tanto, contiene una porción significativa de nitrógeno.
El aire del enfriador es dividido en tres flujos.
Una porción 60 de los gases calientes generados en dicho enfriador de clinker, o denominado aire secundario, es dirigida hacia el horno rotatorio 1 para que sea utilizado como aire de combustión en el horno.
Una segunda porción 6 de los gases calientes generados en dicho enfriador de clinker, denominado flujo terciario, definido por una temperatura al menos igual a 750°C, es conducida separadamente de la primera porción 60 al intercambiador 11, para recalentar la porción 8a de los gases reciclados.
Finalmente, la tercera porción 7, con temperatura menor que la temperatura del flujo terciario, es extraída y puede ser utilizada para la producción de energía mecánica, posiblemente electricidad..
Los humos 10 del horno son conducidos a un ciclón 12 para propósitos de desempolve. Los polvos recolectados en el ciclón 12 son dirigidos al reactor de precalcinación 4. Los humos desempolvados corren a través del intercambiador 11 para contribuir, con el flujo terciario 6, a recalentar la porción 8a de los gases reciclados.
Corriente abajo del intercambiador 11, el calor residual de los gases 6a que se originan del flujo terciario y de los humos 10 que se originan del horno rotatorio 1 también se pueden utilizar para la producción
de energía mecánica, posiblemente electricidad.
En este ejemplo, el intercambiador 11 permite intercambiar calor entre tres flujos, concretamente la porción 8a de los gases reciclados, el flujo terciario 6 y los humos. 10. De esta forma, por intercambiador 11 se entiende un intercambiador en el sentido más amplio que, posiblemente, puede consistir de varios módulos de intercambiador. Hablando en términos generales, en este ejemplo en particular, el calor contenido en los gases 6a, 10a, más particularmente los humos 10 del horno 1 y/o el flujo terciario generado por el enfriador de clínker, en la salida de dicho intercambiador 11, así como el calor del flujo en exceso 7, incluso la otra porción 8'b de los humos no reciclados, se utiliza al menos parcialmente para la generación de energía, en particular electricidad.
En este ejemplo de la figura 1, la porción 8b, en particular la porción no reciclada, de gas rico en dióxido de carbono también puede ser utilizada al menos parcialmente como un fluido de transporte neumático para combustibles sólidos y/o pulverización para los combustibles líquidos que alimentan a los quemadores del reactor de precalcinación 4 y/o como un fluido de limpieza neumático del precalentador de ciclón 3, 3b.
Se observará que en este ejemplo de la figura. 1,
solamente los gases generados por el ensamble compuesto del reactor de precalcinación 4 y del precalentador de ciclón 3, 3a están destinados a ser tratados para limitar las descargas de dióxido de carbono. De hecho, los humos ricos en nitrógeno del horno 10 no son convenientes para dicho tratamiento, en particular una captación.
De acuerdo con otra modalidad, ilustrada en la figura 2, los gases ricos en dióxido de carbono del horno rotatorio también están concentrados con el propósito de un tratamiento a fin de limitar las descargas de C02 en la atmósfera. De manera más particular, de acuerdo con esta modalidad :
- el quemador del horno rotatorio 1 es alimentado con un gas rico en oxigeno 15 cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, formando la única fuente de oxigeno del horno,
- una porción 17 de los gases generados por el horno rotatorio 1 y del gas caliente generado por el enfriador clinker 5 el cual es enfriado para alimentar dicho enfriador 5 con gas de enfriamiento, es reciclada, mientras que la otra porción 16 de los gases ricos en dióxido de carbono está adaptada en particular para la captación de dióxido de carbono.
Posiblemente, de acuerdo con la modalidad de la figura 2, una porción de los gases ricos en dióxido de
carbono 8b, 16, respectivamente del ensamble compuesto del precalcinador 4/precalentador de ciclón 3, 3a y del ensamble que consiste del horno rotatorio 1 y del enfriador de clinker, como un fluido de transporte neumático para combustible sólido y/o como un fluido de pulverización para los combustibles que alimentan al quemador del horno rotatorio y/o como un fluido que alimenta a los dispositivos de limpieza neumáticos automáticos de la cámara de entrada del horno 1 y del enfriador 5.
Se debiera describir con mayor particularidad el ejemplo de la figura 2. En este ejemplo, los gases del ensamble de precalentador de ciclón 3, 3/reactor de precalcinación 4, por una parte y del horno rotatorio 1/ enfriador de clinker 5 por otra parte, son reciclados de forma independiente.
De manera más particular, · en este ejemplo ilustrado en la figura 2, un gas rico en oxigeno 15 alimenta el quemador del horno rotatorio 1 formando la única fuente de oxigeno del horno.
El gas de enfriamiento del enfriador de clinker 5 consiste de gases reciclados, derivados por una parte de los gases generados por el enfriador de clinker 5, y por otra parte de los humos 10 del horno.
También, el gas de enfriamiento es rico en dióxido
de carbono. Una porción 60 del gas caliente generado en el enfriador de clinker 5, también denominado flujo secundario, es dirigida hacia el horno rotatorio 1. De manera más precisa, éste se mezcla con el gas rico en oxigeno 15, limitando asi la concentración de oxigeno del gas de combustión de forma que la flama del quemador de horno- no sea demasiado fuerte, para no dañar dicho horno.
Una segunda porción 6 de los gases calientes, también ricos en dióxido de carbono, generados en dicho enfriador de clinker 5, denominado flujo terciario, definido por una temperatura al menos igual a 750°C es llevada separadamente de la primera porción al intercambiador para recalentar la porción 8a de los gases reciclados .
Una tercera porción 7 del gas caliente generado en el enfriador de clinker, con temperatura inferior, es destinada para reciclaje con una porción de los humos 10 del horno en el enfriador de clinker 5.
De manera más precisa, los humos del horno 10 son desempolvados en un ciclón 2. Los polvos calientes recolectados por el ciclón 12 son dirigidos al reactor de precalcinación 4 y/o hacia el horno 1. Los humos desempolvados 10 corren a través del intercambiador 11 para recalentar la porción 8a de los gases reciclados del
precalentador 3, 3a.
En la misma forma, dicha porción 6 de los gases calientes generados en el enfriador de clinker 5, denominado flujo terciario, definido por una temperatura al menos igual a 750°C es llevada al intercambiador 11, para recalentar la porción 8a de los gases reciclados.
Los gases de escape que salen del intercambiador 11, concretamente los gases 10a derivados de los humos 10 y los gases 6a que se originan del flujo terciario 'son entonces inyectados en un intercambiador 14 para propósitos de enfriamiento. Una porción de estos gases 16 no es reciclada mientras que la otra es dirigida hacia el enfriador de clinker 5 para alimentarlo con gas de enfriamiento .
En la misma forma, dicho flujo de exceso 7 es enfriado en otro intercambiador 14a y también se utiliza como un gas de enfriamiento para el enfriador de clinker 5.
Posiblemente, una porción de los gases 8b/16 ricos en dióxido de carbono, en particular no reciclados, derivados respectivamente por una parte del ensamble de reactor de precalcinación 4 /precalentador de ciclón 3, 3a y por otra parte del ensamble de enfriador de clinker 5/ horno rotatorio 1, se puede utilizar como un fluido de transporte neumático para combustible sólido y/o como un
fluido de pulverización para los combustibles que alimentan al quemador del horno rotatorio 1 y/o como un fluido que alimenta a los dispositivos de limpieza neumáticos automáticos de la cámara de entrada del horno 1 y del enfriador 5.
Hablando en términos generales, el gas rico en oxigeno 9, que alimenta al reactor de precalcinación 4 puede tener un contenido de nitrógeno de menos del 5%. Si aplica, el gas rico en oxigeno 15, que alimenta en particular al quemador del horno rotatorio 1 de acuerdo con el ejemplo de la figura.2, también puede tener un contenido de nitrógeno menor que 5%.
La invención también se refiere a una planta para la fabricación de clinker de cemento como tal.. Dicha planta comprende:
- un precalentador de ciclón 3, 3a para precalentar la materia prima 2,
- un reactor de precalcinación 4 equipado con uno o más quemadores para proporcionar calor al precalentador de ciclón 3, 3a,
- un horno rotatorio 1 equipado con un quemador alimentado con combustible,
- un enfriador de clinker 5 con enfriamiento por soplado de aire, en la salida de dicho horno rotatorio 1,
generando gas caliente.
De acuerdo con la invención, la planta comprende:
- conductos separados para los humos 10 del horno rotatorio 1 y los gases del precalentador 3, 3a de forma que dichos humos y dichos gases no se mezclan,
- una fuente de un gas rico en oxigeno 9 cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, alimentando al reactor de precalcinación 4,
- un conducto 80 para reciclar una porción 8a de los gases 8 de dicho precalentador de ciclón 3, 3a en el reactor de precalcinación, posiblemente dicho precalentador de ciclón 3, 3a. Puede haber en particular las plantas descritas previamente en las figuras 1 y 2, las cuales permiten la implementación del método de acuerdo con la invención .
En un sentido general, un intercambiador 11 puede cooperar con los humos 10 del horno rotatorio y al menos una porción del gas caliente generado por el enfriador de clinker 5 para recalentar la porción reciclada 8a de los gases 8 que salen del precalentador de ciclón 3, 3a.
Se puede proporcionar un ciclón 12 para desempolvar los humos 10 del horno rotatorio 1. Un conducto 120 posiblemente permite alimentar el polvo recolectado por el ciclón 12 en el reactor de precalcinación 4, posiblemente en
el precalentador 3, 3a.
Posiblemente, en particular de acuerdo con el ejemplo de la figura 2, la planta además puede mostrar:
- una fuente de un gas rico en oxigeno 15 cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, alimentando al quemador del horno rotatorio 1,
conductos para reciclar en el enfriador de clinker 5 una porción de los humos 10 del horno rotatorio 1 y del gas caliente generado por dicho enfriador de clinker 5, un conjunto de intercambiadores 11, 14, 14a para enfriar los gases reciclados para alimentar a dicho enfriador de clinker 5 con un gas de enfriamiento.
Ahora se describirán los desempeños de una planta de última generación en comparación con aquellos de la planta previamente descrita e ilustrada en la figura 1, y finalmente aquellos de la planta previamente descrita e ilustrada en la figura 2.
La planta en cuestión, tal como se conoce en la técnica, es una unidad de producción de clinker de tamaño medio, representativa de la capacidad de un número grande de unidades existentes y que produce 5,000 toneladas de clinker por día de entre una salida de 337 toneladas/hora de materia prima, sin implementar la invención.
Dicha planta de última generación consume 3,000
MJ/tonelada de clínker producido, suministrado en la forma de combustible entre el" cual 62.8% se inyecta al nivel del reactor de precalcinación. Considerar el caso donde el combustible es coque de petróleo, que tiene una potencia calorífica menor que 34,300 kJ/kg y un contenido de nitrógeno al 2%.
El enfriador de clínker genera entre otros 117,000 Nm3/h de aire terciario a 890°C, el cual alimenta la combustión del reactor de precalcinación, y 210,000 Nm3/ aire de escape a 245°C (aire en exceso) . Los humos del precalentador de ciclón tienen una velocidad de flujo de 286,200 Nm3/h y una temperatura de 320°C. La relación de velocidad de flujo de masa entre la materia alimentada y los gases de combustión del precalentador es 0.82.
La composición de los gases de combustión, generados que salen del precalentador es de la siguiente forma:
- Oxígeno: 3.6%
- Agua: 7.1%
- dióxido de carbono: 29.6%
- nitrógeno: 59.7%.
Los humos del horno rotatorio tienen una velocidad de flujo de 86,200 Nm3/h y una temperatura de 1,160°C. Estos se utilizan en el precalentador de ciclón. La composición de los gases de combustión generados en el horno es de la
siguiente forma:
- Oxigeno: 3.2%
- Agua: 5.9%
- dióxido de carbono: 21.5%
- nitrógeno: 69.4%.
Visto en esta perspectiva, 78.1% de la cantidad total de dióxido de carbono se genera en el precalentador y solamente 21.9% en el horno rotatorio.
EJEMPLO 1
La planta considerada es comparable con el estado de la técnica, pero esta vez se recurre a la concentración de dióxido de carbono, de acuerdo con la invención ilustrada en la figura 1.
El combustible es alimentado en el reactor de precalcinación, es decir 1,972 MJ por tonelada de clinker generado. La operación del horno es globalmente no modificada con respecto al estado de la técnica con un consumo de 1,117 MJ por tonelada de clinker. Los requerimientos de oxigeno para la combustión en el precalcinador es 27,650 Nm3/h, proporcionado en la forma de oxigeno puro.
Por lo tanto, 235, 600 Nm3/h humos son generados a 325°C entre los cuales 150,800 Nm3/h son reciclados y 84,800 Nm3/h son extraídos para tratamiento de C02. La relación de
la velocidad de flujo de masa entre la materia alimentada y los humos del precalentador es 0.82 como en el ejemplo del estado de la técnica.
La composición de los humos generados, que salen del precalentador es:
- Oxigeno: 5.1%
- Agua: 15.8%
- dióxido de carbono: 78.85%
- nitrógeno: 0.24%.
- C02 en gases de humos secos: 93.6%.
La velocidad del flujo de masa C02 emitida por los humos es 36.4 tonelada/hora; la velocidad del flujo de masa C02 puede ser capturada a partir del humo extraído del precalentador es 131.34 tonelada/hora, es decir, 78.2% del total .
Los humos del horno son llevados a través de un ciclón el cual los limpia de la mayor porción de los polvos contenidos a 1,160°C, dichos polvos son reintroducidos en el reactor de precalcinación .
145,800 Nm3/h de aire terciario son muestreados a 810°C, los cuales son llevados con los humos desde el horno a través de un intercambiador y transfieren su energía a los humos reciclados desde el precalentador mediante enfriamiento hasta 350 °C. Dichos humos del precalentador entonces soh
llevados a la temperatura de 943°C antes de ser insertados en el precalcinador .
EJEMPLO 2
La planta considerada es aquella descrita previamente e ilustrada en la figura 2, en donde el reciclado de los humos es además implementado en el horno rotatorio de acuerdo con la invención para concentrar el dióxido de carbono .
La operación del precalentador es idéntica a aquélla del ejemplo previo, con el oxigeno alimentado y .el reciclado de humos muy ricos en C02.
Esta vez, una porción máxima del calor contenido en los gases es intercambiada, por una parte los humos del horno y por la otra, los gases calientes generados en el enfriador de clinker, para disminuir la temperatura de estos gases a 135°C, llevando los gases a través de los diversos intercambiadores. El soplado en el enfriador de clinker es ejecutado utilizando estos gases enfriados.
En el horno rotatorio, los requerimientos de combustible son 1,117 MJ por tonelada de clinker generado, y la combustión del combustible hace uso de oxigeno puro. Por lo tanto, los humos tienen la siguiente composición:
- Oxigeno: 6.5%
- Agua: 16.2%
- dióxido de carbono: 77.08%
- nitrógeno: 0.19%.
- C02 en humos secos: 92.0%.
Estos humos son utilizados y reciclados para obtener la siguiente operación. 306,900 Nm3/h humos son soplados en el enfriador de clinker cuya temperatura ha sido bajada a 135°C. 53,500 Nm3/h muy calientes son generados, a 1,180°C, los cuales entonces son dirigidos hacia el horno; 112,900 Nm3/h gases calientes son también generados a 810°C, entre los cuales una porción del calor es utilizada para recalentar los humos reciclados del precalentador; finalmente 140,500 Nm3/h gases menos calientes son generados a 262°C.
Los humos del horno, con una velocidad de flujo de 77,600 Nm3/h y una temperatura de 1,180°C son utilizados para recalentar los humos reciclados del precalentador, 24,100 Nm3/h humos son extraídos para remover el dióxido de carbono de los mismos lo cual se considera como 36.4 t/h. El resto es enfriado a 350°C para uso en el enfriador de clinker. El clinker es enfriado en el enfriador a una temperatura de 205°C. 14,700 Nm3/h de oxígeno puro es alimentado en el horno para combustión.
Por lo tanto, todo el dióxido de carbono de la planta es emitido en la forma de humos concentrados a menos
del 92%, compatible con un tratamiento para captación.
Naturalmente, aquellos expertos en la técnica podrían contemplar otras modalidades sin apartarse del marco de la invención definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (15)
1.- Un método para fabricar un cemento clinker en una instalación que comprende: un- precalentador de ciclón (3, 3a) para precalentar la materia prima (2), - un reactor de .precalcinación (4) equipado con uno o más quemadores para proporcionar calor al precalentador de ciclón (3, 3a) , - un horno rotatorio (1), equipado con un quemador alimentado con combustible, - un enfriador de clinker (5) con enfriamiento por soplado de aire, en la salida de dicho horno rotatorio, generando gas caliente, un método en donde: la materia prima es precalentada y descarbonatada en dicho precalentador de ciclón (3, 3a) y/o dicho reactor de precalcinación (4), - el clinker que sale de dicho horno es enfriado en dicho enfriador de clinker (5) caracterizado porque: - los humos (10) generados por el horno rotatorio (1) y los gases del precalentador (3, 3a) son separados de forma que dichos humos (10) y dichos gases del precalentador no se mezclan, - el reactor de precalcinación (4) es alimentado con gas enriquecido con oxigeno (9) cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, formando la única fuente de oxigeno de dicho reactor (4) , - una porción (8a) de los gases (8) de dicho precalentador de ciclón (3, 3a) es reciclada en dicho reactor de precalcinación (4), posiblemente dicho precalentador de ciclón (3, 3a), para obtener un flujo adecuado necesario para suspender materia en dicho precalentador, mientras que la otra porción (8b) de los gases ricos en dióxido de carbono de dicho precalentador de ciclón (3, 3a) está adaptada en la perspectiva de un tratamiento para limitar las cantidades de dióxido de carbono descargado en la atmósfera, tal como por ejemplo, la captación.
2. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha porción (8a) de los gases (8) que vienen del precalentador de ciclón (3, 3a) es reciclada para obtener una relación de velocidad de flujo de masa entre la materia tratada y el flujo necesario para suspender la materia que varía de 0.5 kg/kg a 2 kg/kg.
3. - El método de .conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la porción (8) de los gases reciclados es recalentada en el reactor de precalcinación (4) incluso el precalentador (3, 3a), a través de un intercambiador (11), gracias al calor contenido en los humos (10) del horno rotatorio (1) y/o a una porción del gas caliente generado por el enfriador de clínker (5) .
4. - El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque: una primera porción (60) del aire caliente generado en dicho enfriador de clínker (5), o denominado flujo secundario, es dirigida al horno rotatorio (1), una segunda porción (6) del gas caliente generado es dirigido a enfriador de clínker, denominado flujo terciario, definido por una temperatura al menos igual a 750°C y es llevada separadamente de la primera porción a dicho intercambiadór (11), para recalentar la porción (8a) de los gases reciclados, - y una tercera porción (7), denominada flujo de exceso, del gas caliente generado en dicho enfriador de clínker es extraída.
5. - El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el calor contenido en los gases (6a, 10a), más particularmente los humos del horno y/o el flujo del enfriador en la salida de dicho intercambiador (11), asi como el calor del flujo en exceso (7), incluso la otra porción (8b) de los humos no reciclados,- se utiliza al menos parcialmente para la generación de energía, en particular electricidad.
6. - El método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los humos (10) del horno son desempolvados en un ciclón (12) y la materia entonces recolectada (13) es insertada en el precalentador (3, 3a) incluso en el reactor de precalcinación (4) .
7. - El método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha porción no reciclada (8b) de gas rico en dióxido de carbono se utiliza al menos parcialmente como un fluido de transporte neumático para combustibles sólidos y/o pulverización para los combustibles líquidos que alimentan a los quemadores del reactor de precalcinación (4) y/o como un fluido de limpieza neumático del precalentador de ciclón (3, 3a) .
8. - El método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque: - el quemador del horno rotatorio (1) es alimentado con un gas rico en oxígeno (15) cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, formando la única fuente de oxígeno del horno, - una porción (17) de los gases generados por el horno rotatorio (1) y del gas caliente generado por el enfriador clinker (5) el cual es enfriado para alimentar dicho enfriador (5) con gas de enfriamiento, es . reciclada, mientras que la otra porción (16) de los gases ricos en dióxido de carbono está adaptada en la perspectiva de un tratamiento para limitar las cantidades de dióxido de carbono descargadas en la atmósfera, tal como por ejemplo, captación.
9.- El método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque una porción de los gases ricos en dióxido de carbono (8b, 16) es utilizada como un fluido de transporte neumático para combustible sólido y/o como un fluido de pulverización para los combustibles que alimentan al quemador del horno rotatorio y/o como un fluido que alimenta a los dispositivos de limpieza neumáticos automáticos de la cámara de entrada del horno (1) y del enfriador (5) .
10. - El método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicho gas rico en oxigeno (9 o 15) tiene un contenido dé nitrógeno menor que 5% .
11. - Una planta de fabricación de cemento clinker, en particular para implementar el método de conformidad con la reivindicación 1, que incluye: un precalentador de ciclón (3, 3a) para precalentar la materia prima (2) , - un reactor de precalcinación (4) equipado con uno o más quemadores para proporcionar calor al precalentador de ciclón (3, 3a) , - un horno rotatorio (1) equipado con un quemador alimentado con combustible, - un enfriador de clinker (4) con enfriamiento por soplado de aire, en la salida de dicho horno rotatorio (1), generando gas caliente, caracterizado porque comprende: - conductos separados para los humos (10) del horno rotatorio (1) y los gases del precalentador (3, 3a) de forma que dichos humos y dichos gases no se mezclan, - una fuente de un gas rico en oxigeno (9) cuyo, contenido de nitrógeno es menor que 30%, alimentando al reactor de precalcinación (4), - un conducto (80) para reciclar una porción (8a) de los gases (8) de dicho precalentador de ciclón (3, 3a) en el reactor de precalcinación (4), posiblemente dicho precalentador (3, 3a) .
12.- La planta de conformidad con la reivindicación- 11, caracterizada porque un intercambiador (11) cooperar con los humos (10) del horno rotatorio (1) y al menos una porción del gas caliente generado por dicho enfriador de clinker (5) para recalentar la porción reciclada (8a) de los gases (8) que salen del precalentador de ciclón ( 3 , 3a ) .
13. - La planta de conformidad con la reivindicación 11 o 12, caracterizada porque un ciclón (12) es proporcionado para desempolvar los humos (10) de dicho horno rotatorio (1) .
14. - La planta de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque un conducto (120) permite alimentar el polvo recolectado por el ciclón (12) en el reactor de precalcinación (4) incluso en el precalentador (3, 3a) .
15. - La planta de conformidad con una de las reivindicaciones 11 a 14, que además comprende: - una fuente de un gas rico en oxigeno- (15) cuyo contenido de nitrógeno es menor que 30%, alimentando al quemador del horno rotatorio (1), conductos para reciclar en el enfriador de clinker (5) una porción de los humos (10) del horno rotatorio (1) y del gas caliente generado por dicho enfriador de clinker (5), un conjunto de intercambiadores (11, 14, 14a) para enfriar los gases reciclados para alimentar dicho enfriador de clinker (5) con un gas de enfriamiento .
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