ES2337023T3 - Metodo para reducir las emisiones de sox de una planta de fabricacion de cemento clinkeer y dicha planta. - Google Patents
Metodo para reducir las emisiones de sox de una planta de fabricacion de cemento clinkeer y dicha planta. Download PDFInfo
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Abstract
Un método para reducir las emisiones de SOx de una planta de fabricación de cemento clinker mediante el cual se precalienta y se quema harina de cemento en bruto en una planta que comprende un horno (7) y un precalentador de ciclones (1) que tiene varias fases de ciclón (2, 3, 4) incluyendo una fase de ciclón del extremo superior y una próxima a la del extremo superior, en el que materia sólida que contiene el catalizador se introduce en el precalentador de ciclones (1) y se dirige hacia abajo a través del precalentador (1) al horno (7), caracterizado porque - el catalizador está en forma de un compuesto de cloruro y/o una mezcla de varios compuestos de cloruro, que tiene la propiedad de que estará presente en forma sólida o fundida en la zona del precalentador en la que se forma SO2 y, de este modo, debe ser eficaz y estar en forma vaporizada en el horno, se introduce en el precalentador (1) en su fase de ciclón del extremo superior o próxima a la del extremo superior (2, 3), - una cantidad parcial de chorro de gas de escape del horno que contiene el catalizador en forma vaporizada se extrae del horno (7), - el chorro de gas de escape extraído se enfría, de modo que el catalizador esté presente en forma sólida, - se separa materia sólida del chorro de gas de escape enfriado, y - al menos parte de la materia sólida separada que contiene el catalizador es recirculada para una nueva introducción en el precalentador (1).
Description
Método para reducir las emisiones de SO_{x} de
una planta de fabricación de cemento clinker y dicha planta.
La presente invención se refiere a un método
para reducir las emisiones de SO_{x} de una planta de fabricación
de cemento clinker, mediante el cual se precalienta y se quema
harina de cemento en bruto en una planta que comprende un horno y
un precalentador de ciclones que tiene varias fases de ciclón
incluyendo una fase del extremo superior y una próxima a la del
extremo superior, en el que materia sólida que contiene el
catalizador es introducida en el precalentador de ciclones y
dirigida hacia abajo a través del precalentador (1) al horno.
La invención también se refiere a una planta
para realizar el método y que comprende un horno y un precalentador
de ciclones que tiene varias fases de ciclón incluyendo una fase del
extremo superior y una próxima a la del extremo superior, en el que
materia sólida que contiene el catalizador es introducida en el
precalentador de ciclones.
Las plantas del tipo mencionado anteriormente de
fabricación de cemento clinker se conocen de forma general en la
bibliografía.
Las emisiones de SO_{2} a partir de dichas
modernas plantas de horno de fabricación de cemento clinker es
normalmente relativamente baja debido a que el azufre contenido en
la entrada de combustible para el horno y para cualquier calcinador
está combinado muy eficazmente en forma de sulfato que se descarga
del horno embebido en el clinker. Sin embargo, puede producirse
cierta emisión desde el precalentador si las materias primas
utilizadas contienen sulfuro como es el caso en los minerales que
aparecen frecuentemente pirita y marcasita.
La razón para esto es que la pirita, FeS_{2},
se descompone en el precalentador a temperaturas de aproximadamente
550ºC de acuerdo con la ecuación:
(1)FeS_{2} =
FeS +
S
con lo que posteriormente el S
evaporado se convierte inmediatamente, mediante quemado, en
SO_{2}. La FeS es algo más resistente y alcanza la zona de
calcinación antes de quemarse, y el SO_{2} generado de este modo
se combina posteriormente con CaO de manera similar al producido a
partir del combustible. Esto ocurre de acuerdo con la ecuación de
reacción:
(2)SO_{2} +
CaO + 1/2O_{2} =
CaSO_{4}
En caso de que haya un contenido de pirita en
las materias primas, existe el riesgo de que aproximadamente la
mitad del contenido de azufre pueda escapar en forma de
SO_{2}.
Para reducir el alcance de dicho cualquier
escape de SO_{2}, es una práctica conocida introducir un
absorbente en forma de CaO, Ca(OH)_{2} u otro
componente básico en algún punto en el precalentador, de modo que el
SO_{2} pueda combinarse en forma de sulfito:
(3)CaO +
SO_{2} =
CaSO_{3}
En una fase posterior del proceso, el sulfito se
convertirá en sulfato.
Una desventaja significativa de este método
conocido es que implica el uso de una cantidad excedente de
absorbente, lo que hace al método relativamente costoso,
particularmente si el absorbente que se está usando debe adquirirse
de una fuente externa.
Del documento WO 93/10884 se conoce un método
mediante el cual gases de escape que contienen polvo cargado de CaO
se extraen de una ubicación cercana al calcinador y se dirigen a la
ubicación en el precalentador en la que debe tener lugar la
absorción de SO_{2}. El método funciona, pero requiere una
cantidad excedente bastante sustancial de CaO, reduciendo de este
modo en parte la eficacia del precalentador como unidad de
intercambio de calor.
La Solicitud de Patente Danesa Nº PA 1999 00867
proporciona un método mejorado mediante el cual harina de cemento
en bruto calcinada se extrae, se apaga y se tritura antes de
introducirla en el precalentador. Sin embargo, este método también
tiene la desventaja de la reducida eficacia del precalentador como
unidad de intercambio de calor.
El documento DE 195 11 304 A1 describe un
intercambiador de calor de ciclones, también llamado precalentador
de ciclones, para calentar polvo en bruto a medida que se introduce
en el horno de cemento clinker. Una cámara de lecho fluidizado de
reflujo está instalada en la parte superior del intercambiador de
calor de ciclones de un horno de cemento clinker. El polvo en bruto
se introduce en la cámara mediante un silo intermedio, y el polvo
parcialmente calcinado, que se ha extraído del fondo del
intercambiador de calor, se enfría y/o hidrata y recicla de vuelta
como reactivo, principalmente CaO, a la cámara de lecho fluidizado.
Catalizadores típicos en la producción de cemento, tales como óxido
de hierro y sulfato de hierro, pueden añadirse al reactivo reciclado
para aumentar la reducción de las emisiones de SO_{2}. El gas
procedente del horno se pasa hacia arriba a través de de una serie
de ciclones y entra en la cámara desde la parte inferior y sale a
partir de salidas y pasa a los ciclones en la parte superior del
precalentador.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un método, así como una planta de fabricación de
cemento clinker, por medio del cual se consigue una reducción
barata y eficaz de las emisiones de SO_{x} sin conllevar una
reducción digna de mención de la eficacia del precalentador.
Esto se consigue mediante un método del tipo
mencionado en la introducción, y que se caracteriza porque
- -
- el catalizador está en forma de un compuesto de cloruro y/o una mezcla de varios compuestos de cloruro, que tiene la propiedad de que estará presente en forma sólida o fundida en la zona del precalentador en la que se forma SO_{2}, y de este modo debe ser eficaz, y en forma vaporizada en el horno, se introduce en el precalentador en su fase de ciclón del extremo superior o próxima a la del extremo superior,
- -
- una cantidad parcial de chorro de gas de escape del horno que contiene el catalizador en forma vaporizada se extrae del horno,
- -
- el chorro de gas de escape extraído se enfría, de modo que el catalizador esté presente en forma sólida,
- -
- se separa materia sólida del chorro de gas de escape enfriado y
- -
- al menos parte de la materia sólida separada que contiene el catalizador es recirculada para una nueva introducción en el precalentador.
Por la presente, se obtiene una reducción eficaz
de las emisiones de SO_{2}. La razón para esto es la sorprendente
observación de que los compuestos de cloruro y/o una mezcla de
varios compuestos de cloruro que tienen las propiedades mencionadas
anteriormente con respecto al punto de fusión y al punto de
ebullición promoverán la reacción de forma catalítica, de acuerdo
con la ecuación
(3)CaO +
SO_{2} =
CaSO_{3}
y promoverá, además, la
reacción:
(4)CaCO_{3} +
SO_{2} = CaSO_{3} +
CO_{2}
De este modo, sorprendentemente, se ha
demostrado que es posible catalizar que SO_{2} reaccione con
carbonato cálcico CaCO_{3}, que, como tal, constituye
aproximadamente el 80% de las materias primas. Puesto que un
reactivo, concretamente CaCO_{3}, está presente en grandes
cantidades, la reducción de SO_{2} puede realizarse sin uso
alguno de productos químicos ajenos y, además, debe suponerse que la
reacción, y por lo tanto la reducción de SO_{2}, es
aproximadamente completa.
La planta para realizar el método de acuerdo con
la invención se caracteriza porque comprende un sistema de
derivación que comprende medios para extraer un chorro parcial de
gas de escape que contiene vapor de catalizador del horno, medios
para enfriar el chorro de gas de escape extraído para hacer que el
catalizador se solidifique, medios para separar materia sólida del
chorro de gas de escape enfriado, y medios para recircular al menos
una parte de la materia sólida separada que contiene el catalizador
para una nueva introducción en el precalentador en su fase de
ciclón del extremo superior o próxima a la del extremo superior.
Características adicionales de la planta serán
evidentes a partir de la descripción detallada que se proporciona a
continuación.
El catalizador puede introducirse por separado
en el precalentador. Sin embargo, se prefiere que el catalizador se
mezcle con las materias primas, preferentemente en la planta de
procesamiento de materia prima, introduciéndose de este modo en el
precalentador junto con las materias primas. También se prefiere que
la materia sólida separada que contiene el catalizador que se
recircula para una nueva introducción, se mezcle con las materias
primas en la planta de procesamiento de materia prima. En casos en
los que la cantidad de catalizador recirculado en insuficiente,
será posible añadir catalizador fresco.
Diversos compuestos de cloruro tales como
CaCl_{2}, KCl, NaCl, MnCl_{2} y FeCl_{3} pueden usarse como
catalizador. Los compuestos de cloruro pueden usarse por separado,
pero para conseguir un catalizador que tiene las propiedades
apropiadas, particularmente con respecto al punto de fusión, se
prefiere el uso de una mezcla de diferentes compuestos de cloruro.
Puesto que el SO_{2} se forma esencialmente en el precalentador a
una temperatura superior a 550ºC, el punto de fusión del catalizador
debe ser ventajosamente menor de 550ºC a una presión de 1
atmósfera.
\newpage
Varias plantas de horno existentes incorporan un
sistema de derivación diseñado para ventilar cloruro y metales
alcalinos del sistema de horno. En dichos casos, el sistema de
derivación también se usará para extraer, enfriar y separar gases
de escape del horno que contienen el catalizador. Sin embargo, en
este caso la materia sólida separada contendrá constituyentes tales
como Cl, Na y K que son elementos indeseables en el cemento y, por
lo tanto, solamente una porción de este material se recirculará para
una nueva introducción en el precalentador y, además, esto hará
necesario añadir catalizador fresco.
La invención se explicará con más detalles a
continuación haciendo referencia al dibujo que es esquemático, con
su única figura mostrando una planta para realizar el método de
acuerdo con la invención.
En la figura se observa una planta de
fabricación de cemento que comprende un precalentador de ciclones 1
constituido por los ciclones 2, 3 y 4, un calcinador 5 con un
posterior ciclón separador 6 y un horno rotatorio 7. La planta
comprende además un refrigerador de clinker 9 para enfriar el
cemento clinker quemado y un conducto 11 para conducir aire de
refrigeración precalentado al calcinador 5. Se introduce materia
prima de una planta de procesamiento de materia prima 21 en un
conducto para gas de escape 8, que conecta los dos ciclones del
extremo superior 2, 3 del precalentador y se precalienta a
contracorriente con respecto al gas de escape en este pasaje a
través de los tres ciclones, con lo cual posteriormente se calcina
en el calcinador 5. A partir de la salida inferior del ciclón
separador 6 la materia prima calcinada se dirige al horno rotatorio
7. El gas de escape del horno rotatorio 7 y el calcinador 5 es
extraído del calcinador 5 a través del ciclón 6 y hacia arriba a
través del precalentador 1 por medio de un ventilador 10.
De acuerdo con la invención, se suministra un
catalizador en forma de un compuesto de cloruro y/o una mezcla de
varios compuestos de cloruro en el precalentador en su fase de
ciclón del extremo superior o próxima a la del extremo superior, que
constituyen la zona del precalentador en la que se forma SO_{2}.
El catalizador puede suministrarse por separado al conducto de gas
de escape 8 mediante una abertura 8a o al conducto de gas de escape
correspondiente 12 que conecta al ciclón 4 con el ciclón 3. Sin
embargo, se prefiere que el catalizador se suministre a la planta
de procesamiento de materia prima 21 para conseguir una mezcla
eficaz con las materias primas y que el catalizador se suministre
de este modo al precalentador mediante la abertura 8a entremezclado
con las materias primas.
Posteriormente, el catalizador será
transportado, junto con las materias primas, hacia abajo a través
del precalentador 1 al horno 7. En el precalentador el catalizador
catalizará la absorción de SO_{2} promoviendo su reacción con CaO
para la formación de CaSO_{3} y también su reacción con CaCO_{3}
para la formación de CaSO_{3} y CO_{2}. El CaSO_{3} formado
reaccionará adicionalmente para formar CaSO_{4} que se descargará
del horno embebido en el clinker.
Una vez completada esta tarea en el
precalentador, el catalizador acabará en el horno rotatorio donde,
debido a la temperatura imperante en el horno de más de 1100ºC, el
catalizador estará presente en forma vaporizada, lo que es una
condición esencial para extraer el catalizador del sistema de horno.
Esto se realiza por medio de un conducto 14 extrayendo un chorro
parcial de gas de escape que contiene el catalizador en forma
vaporizada y polvo, y que fluye fuera del extremo de entrada de
materia del horno rotatorio.
El chorro de gas de escape extraído se enfría a
continuación parcialmente inyectando aire en el conducto 14
mediante el medio de inyección de aire 16 y parcialmente en un silo
15 sometido a la inyección de agua, de modo que el catalizador esté
presente en forma sólida. El catalizador se condesará esencialmente
a polvo en forma de cloruro de álcali durante el proceso de
refrigeración.
Después de la refrigeración, se separa materia
sólida del chorro de gas de escape enfriado en un dispositivo de
filtro 17 a partir del cual el chorro de gas de escape filtrado,
mediante un ventilador 18 y una chimenea 19, se libera a la
atmósfera, mientras que al menos una porción de la materia separada
por filtración que contiene el catalizador se recircula a la planta
de procesamiento de materia prima 21 o, como alternativa,
directamente al precalentador por medio de medios de transporte no
especificados 20 para una nueva introducción en el precalentador.
En este documento la planta de procesamiento de materia prima se
muestra simplemente como una caja a la que se añaden varios
componentes de materia prima A, B y C y posiblemente un
catalizador.
Claims (8)
1. Un método para reducir las emisiones de
SO_{x} de una planta de fabricación de cemento clinker mediante
el cual se precalienta y se quema harina de cemento en bruto en una
planta que comprende un horno (7) y un precalentador de ciclones
(1) que tiene varias fases de ciclón (2, 3, 4) incluyendo una fase
de ciclón del extremo superior y una próxima a la del extremo
superior, en el que materia sólida que contiene el catalizador se
introduce en el precalentador de ciclones (1) y se dirige hacia
abajo a través del precalentador (1) al horno (7),
caracterizado porque
- -
- el catalizador está en forma de un compuesto de cloruro y/o una mezcla de varios compuestos de cloruro, que tiene la propiedad de que estará presente en forma sólida o fundida en la zona del precalentador en la que se forma SO_{2} y, de este modo, debe ser eficaz y estar en forma vaporizada en el horno, se introduce en el precalentador (1) en su fase de ciclón del extremo superior o próxima a la del extremo superior (2, 3),
- -
- una cantidad parcial de chorro de gas de escape del horno que contiene el catalizador en forma vaporizada se extrae del horno (7),
- -
- el chorro de gas de escape extraído se enfría, de modo que el catalizador esté presente en forma sólida,
- -
- se separa materia sólida del chorro de gas de escape enfriado, y
- -
- al menos parte de la materia sólida separada que contiene el catalizador es recirculada para una nueva introducción en el precalentador (1).
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el catalizador se introduce por separado
en el precalentador (1).
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el catalizador se mezcla con las
materias primas, preferentemente en la planta de procesamiento de
materia prima (21), y se introduce en el precalentador (1) mezclado
con las materias primas.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la materia sólida separada que contiene
el catalizador que se recircula para una nueva introducción, se
mezcla con las materias primas en la planta de procesamiento de
materia prima (21).
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado porque se añade catalizador fresco.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el catalizador comprende uno o más
compuestos de cloruro tales como CaCl_{2}, KCl, NaCl, MnCl_{2}
y FeCl_{3}.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque el catalizador tiene su punto de fusión
a menos de 550ºC a una presión de 1 atmósfera.
8. Una planta para realizar el método de acuerdo
con la reivindicación 1, que comprende un horno (7) y un
precalentador de ciclones (1) que tiene varias fases de ciclón (2,
3, 4) incluyendo una fase de ciclón del extremo superior y una
próxima a la del extremo superior, en la que se introduce materia
sólida que contiene el catalizador en el precalentador de ciclones
(1), caracterizada porque comprende un sistema de derivación
que comprende medios (14) para extraer un chorro parcial de gas de
escape que contiene vapor de catalizador del horno, medios (15,16)
para enfriar el chorro de gas de escape extraído para hacer que el
catalizador se solidifique, medios (17) para separar materia sólida
del chorro de gas de escape enfriado y medios (20 y 8a) para
recircular al menos una parte de la materia sólida separada que
contiene el catalizador para una nueva introducción en el
precalentador (1) en su fase de ciclón del extremo superior o
próxima a la del extremo superior (2, 3).
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