ES3055266T3

ES3055266T3 - Apparatus and method for manufacturing a product

Info

Publication number: ES3055266T3
Application number: ES23725161T
Authority: ES
Inventors: Celso Carlos Canosa; Christian Gradenegger
Original assignee: Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Current assignee: Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Priority date: 2022-05-05
Filing date: 2023-05-04
Publication date: 2026-02-10
Anticipated expiration: 2043-05-04
Also published as: EP4519622B1; CA3244220A1; EP4273487A1; EP4519622A1; EP4519622C0; US20250297807A1; WO2023213939A1; MX2024013112A

Abstract

La presente invención se refiere a un aparato y un método para fabricar un producto a partir de una materia prima. El aparato comprende un horno rotatorio con un primer extremo y un segundo extremo, y una unidad de enfriamiento conectada al segundo extremo. El proceso se dirige a través del horno rotatorio desde el primer extremo hasta el segundo, y luego a través de la unidad de enfriamiento. Esta unidad está configurada para transportar el producto en la dirección del proceso a través de la unidad de enfriamiento para enfriarlo. El horno rotatorio comprende una unidad de combustión en el segundo extremo. Esta unidad está configurada para recibir un material inflamable y un gas de ignición para generar calor dentro del horno rotatorio y producir un gas de combustión que contiene dióxido de carbono. El horno rotatorio está configurado para transportar la materia prima recibida en el primer extremo en la dirección del proceso hacia el segundo y, mediante el calor, transformar la materia prima en el producto y en un gas de resignación que contiene dióxido de carbono. El aparato comprende una salida de gas configurada para eliminar un gas de escape que comprende el gas de resignación y el gas de combustión del horno rotatorio, y la refrigeración. La unidad está configurada para transportar un gas de enfriamiento en la dirección del proceso sobre el producto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Aparato y método para la fabricación de un producto

[0003] Descripción

[0004] La presente descripción se refiere a un aparato para la fabricación de un producto a partir de una materia prima, en el que el aparato comprende un horno rotativo con dos extremos y una unidad de refrigeración conectada al segundo extremo. El proceso se desarrolla a través del horno rotativo, desde el primer extremo hasta el segundo, y continúa a través de la unidad de refrigeración. En el aparato descrito, la unidad de refrigeración está configurada para transportar el producto en la dirección de proceso a través de ella, enfriándolo. El horno rotativo incluye una unidad de combustión en el segundo extremo del horno rotativo, la cual recibe un material inflamable y un gas de ignición para generar calor en su interior y producir un gas de combustión que contiene dióxido de carbono. En el aparato descrito en la presente memoria, el horno rotativo está configurado para transportar la materia prima recibida en el primer extremo del horno rotativo en la dirección de proceso hacia el segundo extremo del horno rotativo y, utilizando el calor, transformar la materia prima en producto y en un gas de desgasificación que contiene dióxido de carbono.

[0005] Además, la presente divulgación se refiere a un método para producir un producto a partir de una materia prima, en donde se proporciona una dirección de proceso, la cual conduce a través de un horno rotativo desde un primer extremo del horno rotativo hasta un segundo extremo del horno rotativo y luego a través de una unidad de refrigeración conectada al segundo extremo del horno rotativo, dicho método comprende los siguientes pasos:

[0006] encender en una unidad de combustión ubicada en el segundo extremo del horno rotativo un material inflamable con un gas de ignición, dicho gas de ignición comprende al menos un 50% en volumen de oxígeno, para crear calor dentro del horno rotativo y producir un gas de combustión que contiene dióxido de carbono;

[0007] recibir dicha materia prima en el primer extremo del horno rotativo y transportarla en la dirección de proceso hacia el segundo extremo del horno rotativo; fabricar dicho producto dentro del horno rotativo mediante sinterización y/o

[0008] calcinar la materia prima mediante el uso del calor, en donde un gas de desgasificación que comprende dióxido de carbono se desgasifica de la materia prima;

[0009] transportar el producto hacia el interior y a través de la unidad de refrigeración en la dirección de proceso;

[0010] enfriar el producto dentro de la unidad de refrigeración mediante un sistema de refrigeración gas; y eliminar el producto de la unidad de refrigeración.

[0011] Según el estado de la técnica, un horno rotativo puede utilizarse para producir un producto sinterizado y/o calcinado a partir de una materia prima. La reacción se lleva a cabo mediante el calor generado por una unidad de combustión. En la unidad de combustión, un material inflamable, por ejemplo, un gas inflamable, se enciende mediante un gas de ignición para producir calor dentro del horno rotativo. Anteriormente, se ha utilizado aire, que contiene aproximadamente un 20% de oxígeno en volumen, como gas de ignición para la combustión del material inflamable, actuando como agente oxidante. En un proceso típico, la materia prima se introduce en un primer extremo del horno rotativo y se transporta en la dirección de proceso hacia un segundo extremo de horno (es decir, hacia la unidad de combustión, si esta se encuentra en el segundo extremo del horno rotativo), mientras se sinteriza y/o calcina para obtener el producto. El producto sale del horno rotativo por el segundo extremo del horno rotativo.

[0012] Para enfriar el producto, se suele instalar una unidad de refrigeración en el segundo extremo del horno rotativo. La unidad puede configurarse para transportar el producto caliente a través de ella. Un gas refrigerante que circula sobre el producto se utiliza para enfriarlo. Por lo tanto, la dirección de proceso mencionada anteriormente (que va desde el primer extremo del horno rotativo hasta el segundo extremo del horno rotativo) puede extenderse desde el segundo extremo del horno rotativo a través de la unidad de refrigeración, donde el producto se desplaza a través de la unidad de refrigeración en la dirección de proceso.

[0013] Los documentos WO 2019/211202 A1 y WO 2019/211196 A1 describen el uso de oxígeno como gas de ignición para la producción de clínker de cemento en un horno rotativo. Según estos documentos, el clínker de cemento producido se enfría con aire en un enfriador de clínker, que se insufla sobre el clinker de cemento mediante un flujo transversal.

[0014] El documento WO 2019/211202 A1 describe con más detalle el uso de aire precalentado, que se utilizó como gas refrigerante y, por lo tanto, se precalentó debido al intercambio de calor durante el enfriamiento del producto para

[0015] precalentar la materia prima del cemento antes de ingresar al horno de calcinación y al horno rotativo. El documento EP 1037005 A2 describe un horno para la producción de clínker en el cual se inyecta oxígeno en un horno rotativo y se insufla aire a contracorriente o en flujo transversal sobre el clínker para su enfriamiento. De manera similar, el documento US 4,372,784 se refiere a la producción de clínker de cemento en un horno rotativo, donde el clínker cocido se enfría mediante aire insuflado por ventiladores a través del enfriador en flujo transversal (véase la columna 5, líneas 60-62 y la figura 4).

[0016] El documento US 5,882,190 también se refiere a la producción de clínker de cemento. El clínker de cemento se enfría mediante aire de enfriamiento que se insufla sobre la rejilla de un enfriador de clínker de cemento, en donde el aire de enfriamiento fluye luego hacia el horno rotativo (véase la columna 4, línea 62 y la figura 1).

[0017] El enfriamiento en flujo a contracorriente o en flujo transversal se realiza comúnmente porque se espera que proporcione un enfriamiento rápido y eficiente y proporciona aire precalentado en el segundo extremo del horno rotativo, que puede utilizarse como parte del gas de ignición, ahorrando así energía.

[0018] Durante el proceso de sinterización y/o calcinación, se libera una gran cantidad de dióxido de carbono (CO₂) como gas residual de la materia prima, si se utiliza una materia primera que libera dióxido de carbono durante el tratamiento térmico, como por ejemplo un carbonato inorgánico. Para evitar la contaminación ambiental, se busca captar, es decir, capturar, el dióxido de carbono y reutilizarlo para otras aplicaciones, tal como se describe en el documento WO 2019/211196 A1. Para ello, es fundamental que el dióxido de carbono se capture del proceso en la forma más pura posible y sin contaminación con otros gases.

[0019] Dentro del horno rotativo, el gas de desgasificación, compuesto de dióxido de carbono y liberado de la materia prima, se mezcla con el gas de combustión, formado en la unidad de combustión por la reacción del material inflamable, preferiblemente un gas inflamable, con el gas de ignición. En este contexto, se define como «gas de escape» el compuesto por el gas de desgasificación y el gas de combustión.

[0020] El documento WO 2019/211202 A1 propone el uso de oxígeno como gas de ignición, el cual reacciona con un gas inflamable para formar un gas de combustión compuesto por dióxido de carbono y agua

[0021] y, por lo tanto, aumenta la concentración de CO<2>en los gases de escape.

[0022] El documento WO 2019/211202 A1 menciona además una separación de su entorno de la corriente de gas en el horno, en donde esta separación se realiza mecánicamente utilizando una pared divisoria o un dispositivo de separación.

[0023] El objeto del aparato y método presentes es obtener un gas de escape con una alta concentración de dióxido de carbono durante la producción de un producto de sinterización y/o calcinación en un horno rotativo y capturar eficientemente dicho gas de escape.

[0024] Este objeto se resuelve mediante un aparato que comprende una salida de gas configurada para eliminar un gas de escape compuesto por el gas de desgasificación y el gas de combustión del horno rotativo, y mediante una unidad de refrigeración configurada para transportar un gas refrigerante en la dirección de proceso sobre el producto, donde la unidad de refrigeración es un enfriador rotativo.

[0025] Además, el objeto se resuelve extrayendo un gas de escape que comprende el gas de combustión y el gas de desgasificación del horno rotativo a través de una salida de gas y dirigiendo el gas refrigerante sobre el producto en la dirección de proceso.

[0026] Según la presente descripción, se define una dirección de proceso que conduce (en la dirección) desde el primer extremo del horno rotativo hasta el segundo extremo del horno rotativo y, posteriormente, a la unidad de refrigeración conectada al segundo extremo del horno rotativo. La materia prima se transporta en la dirección de proceso desde el primer extremo del horno rotativo a través del horno rotativo hasta el segundo extremo del horno rotativo, mientras se sinteriza y/o calcina para obtener el producto.

[0027] Durante el proceso, se obtiene una alta concentración de CO<2>en los gases de escape mediante una combinación de

[0028] (i)<utilizar un material inflamable y un gas de ignición que produce calor y CO2, y>

[0029] (ii)<enfriar el producto en una unidad de refrigeración utilizando un gas refrigerante que>se dirige a través de la unidad de refrigeración en la dirección de proceso, es decir, en la misma dirección que el flujo del material.

[0031] Sorprendentemente, se ha demostrado que dirigir el gas refrigerante en la dirección de proceso no solo permite un enfriamiento rápido y eficiente del producto, sino que también evita que el gas refrigerante, como el aire, entre en el horno rotativo. Por lo tanto, se garantiza que el gas de escape formado en el horno rotativo no se contamine con el gas refrigerante, lo que resulta en una alta pureza del gas de escape y, por consiguiente, en una alta concentración de dióxido de carbono en el gas de escape.

[0033] Por lo tanto, en la presente descripción, se evita que el gas presente en el horno rotativo se mezcle con el gas presente en la unidad de refrigeración; es decir, el gas presente en el horno rotativo se mantiene separado del gas presente en la unidad de refrigeración. En la presente memoria, el término «gas» se refiere a una mezcla de uno o más tipos de moléculas gaseosas.

[0035] La separación del gas en el horno rotativo del gas en la unidad de refrigeración también se denomina en la presente memoria "separación de las atmósferas gaseosas del horno rotativo y la unidad de refrigeración" o "separación de las atmósferas gaseosas".

[0037] Resulta especialmente ventajoso que, al dirigir el gas refrigerante en la dirección de proceso, el uso de un separador mecánico para separar el gas del horno rotativo del gas de la unidad de refrigeración no sea obligatorio en el aparato y método descritos en la presente memoria. Esto permite una instalación más sencilla y reduce las interrupciones operativas debidas a deficiencias en los separadores mecánicos, tales como paredes divisorias o dispositivos de separación. De este modo, se consigue un proceso más robusto. Incluso en caso de utilizar una separación mecánica, dirigir el gas refrigerante en la dirección de proceso mejora la separación de las atmósferas gaseosas, por ejemplo, cuando se abre el separador mecánico (al paso de un producto o en caso de fallo).

[0038] El transporte de la materia prima a través del horno rotativo se realiza mediante la rotación del horno rotativo, en donde se prefiere que el horno rotativo está inclinado descendentemente desde el primer extremo del horno rotativo hasta el segundo extremo del horno rotativo. Esto garantiza un transporte eficiente de la materia prima a través del horno rotativo y permite una mejor distribución del calor sobre la materia prima.

[0040] En el segundo extremo del horno rotativo se encuentra una unidad de combustión que permite generar calor para la sinterización y/o calcinación de la materia prima.

[0042] El calor se genera en la unidad de combustión al encender un material inflamable, tal como un gas inflamable, con un gas de ignición. Al encender un material inflamable con gas de ignición , se genera una llama que produce calor. Si se utiliza un gas de ignición con al menos un 50% de oxígeno en volumen, se garantiza que el gas de combustión contenga una alta cantidad de dióxido de carbono. La combustión de un material inflamable con un gas de ignición que contiene al menos un 50% de oxígeno en volumen se denomina en adelante «proceso de oxicombustión».

[0044] Preferiblemente, el gas de ignición contiene al menos un 80% de oxígeno en volumen, más preferiblemente al menos un 90% de oxígeno y aún más preferiblemente al menos un 95% de oxígeno en volumen. Al aumentar el contenido de oxígeno en el gas de ignición, se puede incrementar la concentración de dióxido de carbono en los gases de escape. Preferiblemente, se utiliza oxígeno puro como gas de ignición. El oxígeno puede suministrarse en forma de oxígeno líquido. Si el gas de ignición no consiste en oxígeno puro, la parte del gas de ignición que no es oxígeno puede contener nitrógeno (N₂).

[0046] En la presente memoria, el material inflamable comprende preferiblemente uno o más compuestos de hidrocarburos. El uno o más compuestos de hidrocarburos pueden seleccionarse del grupo que consiste en metano, etano, propano, butano o mezclas de los mismos. El material inflamable también puede comprender o consistir en coque o petróleo crudo. Como fuente de metano, se puede utilizar gas natural. El gas natural contiene principalmente metano (CH₄), pero también puede contener otros compuestos como dióxido de carbono (CO₂), nitrógeno (N₂) o hidrógeno (H₂), pudiendo el hidrógeno estar presente en una cantidad de hasta el 20% en volumen.

[0048] Preferiblemente, se utiliza gas natural o una mezcla de gas natural y propano como material inflamable. Más preferiblemente, el material inflamable consiste esencialmente en gas natural.

[0050] Si el material inflamable contiene uno o más compuestos de hidrocarburos, el gas de ignición y el material inflamable reaccionan exotérmicamente para formar un gas de combustión compuesto por dióxido de carbono y agua (H₂O). El término «exotérmicamente» significa que se genera calor en esta reacción. El gas de combustión puede contener pequeñas cantidades, es decir, menos del 10% en volumen, preferiblemente menos del 5% en volumen, de otros gases como el nitrógeno (N₂).

[0051] Además de la unidad de combustión, se pueden instalar una o más unidades de combustión auxiliares en el horno rotativo para proporcionar más de una fuente de calor en el interior del horno rotativo. El uso de múltiples fuentes de calor permite una distribución más uniforme del calor dentro del horno rotativo. En cada unidad de combustión auxiliar, el material inflamable se enciende con el gas de ignición. Preferiblemente, dichas unidades de combustión auxiliares se ubican en la campana del horno rotativo, entendiendo por "campana del horno" la parte del horno rotativo más cercana al segundo extremo del horno rotativo que al primer extremo del horno rotativo. Al igual que la unidad de combustión, cada unidad de combustión auxiliar genera calor al encender el material inflamable con el gas de ignición y, por tanto, permite una buena distribución del calor generado dentro del horno rotativo.

[0053] En la presente memoria, la materia prima comprende uno o más compuestos que producen CO₂ como gas de desgasificación al ser sometidos a calor. Mediante la aplicación de calor, la materia prima se transforma en el producto y el gas de desgasificación, que contiene dióxido de carbono. Preferiblemente, el producto es un sinterizado. En este caso, la materia prima se somete a una reacción de sinterización para producir un producto sinterizado. También es posible que la materia prima se someta a una reacción de calcinación para producir un producto de calcinación. Si se desea obtener un sinterizado, la unidad de combustión puede operarse para alcanzar una temperatura dentro del horno rotativo superior a 2000°C, por ejemplo, 2400°C. Si se desea obtener un producto de calcinación, la unidad de combustión puede operarse para alcanzar una temperatura inferior dentro del horno rotativo, por ejemplo, entre 400°C y 1200°C, dependiendo del tipo de materia prima. Preferiblemente, se puede utilizar una temperatura de calcinación de entre 700°C y 1000°C.

[0055] Preferiblemente, la materia prima comprende uno o más carbonatos inorgánicos. El calentamiento de un carbonato inorgánico con el calor dentro del horno rotativo conduce a la formación del óxido inorgánico correspondiente y dióxido de carbono gaseoso.

[0057] Dicho carbonato o carbonatos inorgánicos pueden seleccionarse del grupo que comprende carbonato de magnesio (MgCO₃), carbonato de calcio (CaCO₃), carbonato de magnesio y calcio, carbonato de magnesio y calcio con óxido de magnesio (MgO) y mezclas de los mismos. Si se utiliza como materia prima carbonato de magnesio y calcio con óxido de magnesio, la cantidad de óxido de magnesio (MgO) podrá oscilar entre el 1% y el 30% en peso, preferiblemente entre el 20% y el 30% en peso.

[0059] Se prefiere particularmente el uso de carbonato de magnesio (MgCO<3>) como materia prima. En adelante, el carbonato de magnesio (MgCO<3>) también se denominará «magnesita». Al utilizar carbonato de magnesio como materia prima, se forma óxido de magnesio (MgO) como producto de sinterización y se produce dióxido de carbono gaseoso como gas de desgasificación. Esto tiene la ventaja de que el gas de desgasificación se compone principalmente de CO<2>, lo que contribuye a una alta concentración de CO<2>en los gases de escape.

[0060] Según la presente descripción, el gas de escape contiene una alta concentración de dióxido de carbono, debido a las altas concentraciones de dióxido de carbono tanto en el gas de desgasificación como en el gas de combustión. Preferiblemente, la cantidad de gas de desgasificación es mayor que la de gas de combustión. Esto se puede lograr ajustando las cantidades de gas de ignición y material inflamable, así como la cantidad de materia prima.

[0062] En la presente descripción, las cantidades y la composición del gas de ignición, el material inflamable y la materia prima se eligen preferiblemente para lograr un contenido de dióxido de carbono en los gases de escape de al menos el 70% en volumen. Aún más preferiblemente, el contenido de dióxido de carbono en los gases de escape es de al menos el 80% en volumen, aún más preferiblemente de al menos el 85% en volumen e incluso más preferiblemente de al menos el 90% en volumen.

[0064] Un contenido de dióxido de carbono en los gases de escape de al menos el 70% en volumen garantiza que no se requieran pasos de purificación, o que estos sean mínimos, después de que los gases de escape hayan sido extraídos del horno rotativo.

[0066] Además del dióxido de carbono, los gases de escape pueden contener uno o más gases, seleccionados del grupo formado por agua (H₂O), nitrógeno (N₂) y óxido de nitrógeno. Puede formarse un óxido de nitrógeno mediante reacciones térmicas del nitrógeno con el oxígeno en el horno rotativo. Dicho óxido de nitrógeno puede tener la fórmula química NOₓN, donde x puede variar de 0,25 a 2.

[0068] El aparato y el método según en la presente divulgación permiten extraer con alta pureza los gases de escape generados dentro del horno rotativo. Estos gases se extraen del horno a través de al menos una salida de gas. Para extraer los gases de escapa a través de la al menos una salida de gas, se pueden utilizar una o más bombas. Preferiblemente, la al menos una salida de gas se ubica en el primer extremo del horno rotativo o cerca del primer extremo del horno rotativo. Esta ubicación resulta especialmente ventajosa si el primer extremo del horno rotativo presenta una inclinación descendente desde el primer extremo del horno rotativo hasta el segundo extremo del horno rotativo . Esto permite una eficiente captura de los gases de escape que ascienden a la parte más alta del horno rotativo, es decir, hasta el primer extremo.

[0069] Después de extraer los gases de escape del horno rotativo a través de la salida de gas, se pueden transportar mediante tuberías a una unidad de purificación para purificar aún más los gases de escape, por ejemplo, para eliminar el agua, el nitrógeno y/o el óxido de nitrógeno que contienen los gases de escape, con el fin de obtener dióxido de carbono purificado.

[0071] El dióxido de carbono puede utilizarse para otras aplicaciones, tales como la producción de urea (carbonildiamida, CO(NH₂)₂), carbonato de sodio (Na₂CO₃) mediante el proceso Solvay o carbohidratos mediante el proceso Fischer- Tropsch. El dióxido de carbono obtenido también puede licuarse y almacenarse in situ, o puede transportarse a depósitos de almacenamiento terrestres o marinos, como yacimientos de gas agotados o acuíferos salinos.

[0073] El producto generado en el horno rotativo ingresa en la unidad de refrigeración, por ejemplo, a través de una entrada de producto de la unidad de refrigeración, y sale de la unidad de refrigeración, por ejemplo, a través de una salida de producto de la unidad de refrigeración. El enfriamiento del producto se realiza en la unidad de refrigeración mediante la circulación de gas refrigerante en la dirección de proceso a través de la unidad de refrigeración, lo que permite una separación eficiente de las atmósferas del horno rotativo y de la unidad de refrigeración, al impedir que el gas refrigerante ingrese en el horno rotativo y se mezcle con los gases de escape. De esta manera, es posible utilizar un gas económico y fácilmente disponible como gas refrigerante, manteniendo al mismo tiempo el alto contenido de CO₂ de los gases de escape. Preferiblemente, el gas refrigerante es aire, que puede ser aire ambiente o aire sintético.

[0075] La unidad de refrigeración puede constar de una entrada y una salida de gas refrigerante. La entrada de gas refrigerante recibe el gas refrigerante en la unidad de refrigeración y la salida de gas refrigerante expulsa el gas refrigerante caliente de la unidad de refrigeración. La unidad de refrigeración está configurada para dirigir el gas refrigerante en la dirección de proceso, sobre el producto.

[0077] Por ejemplo, esto se puede lograr instalando uno o más ventiladores aguas arriba o aguas abajo de la unidad de refrigeración, o ambos, con respecto a la dirección de proceso. El término «aguas arriba de la unidad de refrigeración» se refiere al área en la entrada del gas refrigerante o al área situada encima o antes de la entrada del gas refrigerante, con respecto a la dirección de proceso. «Aguas abajo de la unidad de refrigeración» se refiere al área en la salida del gas refrigerante o al área situada debajo o después de la salida del gas refrigerante, con respecto a la dirección de proceso.

[0079] Se puede ubicar un ventilador aguas arriba de la unidad de refrigeración y otro aguas debajo de la unidad de refrigeración. Es preferible que los ventiladores generen una diferencia de presión de gas entre la entrada y la salida del gas refrigerante mientras que en la entrada del gas refrigerante, la presión de gas puede ser ligeramente inferior a la del gas en el horno rotativo y en la salida del gas refrigerante, la presión de gas es inferior a la presentación de gas en la entrada de gas refrigerante. De esta manera, los ventiladores pueden configurarse para generar una subpresión en la salida del gas refrigerante. Para generar dicha subpresión en la salida de gas de enfriamiento, se puede configurar un ventilador aguas abajo de la salida de la unidad de refrigeración para aspirar el gas refrigerante.

[0081] De este modo, se consigue que el gas refrigerante se dirija a través de la unidad de refrigeración en la dirección de proceso. La diferencia de presión garantiza que no entre gas refrigerante, o que solo entre una cantidad mínima, en el horno rotativo, lográndose así la separación de las atmósferas gaseosas del horno rotativo y de la unidad de refrigeración.

[0083] De este modo, es posible controlar el flujo del gas refrigerante mediante uno o más ventiladores que generan y controlan una diferencia de presión entre la entrada y la salida del gas. Esto permite una separación sencilla de las atmósferas gaseosas del horno rotativo y la unidad de refrigeración.

[0085] Además de generar una diferencia de presión entre la entrada y la salida del gas refrigerante, se pueden utilizar uno o más separadores mecánicos para mejorar aún más la separación de las atmósferas gaseosas del horno rotativo y la unidad de refrigeración. Dichos uno o más separadores mecánicos pueden ubicarse entre el segundo extremo del horno rotativo y la unidad de refrigeración, por ejemplo, entre el segundo extremo del horno rotativo y la entrada de producto de la unidad de refrigeración. Los separadores mecánicos pueden comprender o consistir en placas de compuerta deslizantes refractarias, las cuales se desplazan mecánicamente de una posición cerrada a una posición abierta. Al utilizar placas de compuerta deslizantes refractarias, estas se desplazan de una posición cerrada a una abierta para permitir el transporte del producto formado dentro del horno rotativo hacia la unidad de refrigeración. Incluso con las placas de compuerta deslizantes abiertas, dirigir el gas refrigerante en la dirección de proceso mejora la separación de las atmósferas gaseosas y se conserva el alto contenido de CO₂ en los gases de escape.

[0087] Preferiblemente, la unidad de refrigeración se conecta al segundo extremo del horno rotativo mediante una unidad de conexión. La unidad de conexión puede ubicarse entre el segundo extremo del horno rotativo y la unidad de refrigeración. La unidad de conexión permite un primer enfriamiento del producto y su transporte a la unidad de refrigeración. Si se utilizan uno o más ventiladores para dirigir el gas refrigerante a través de la unidad de refrigeración en la dirección de proceso, un ventilador puede ubicarse aguas arriba de la unidad de conexión con respecto a la dirección de proceso y otro aguas abajo de la unidad de refrigeración con respecto a la dirección de proceso, para generar la diferencia de presión de gas descrita anteriormente.

[0088] También es posible utilizar la unidad de conexión en combinación con uno o más separadores mecánicos. Si se utilizan separadores mecánicos, tales como placas de compuerta deslizante, para separar aún más las atmósferas gaseosas del horno rotativo y la unidad de refrigeración, un separador mecánico puede ubicarse entre el segundo extremo del horno rotativo y la unidad de conexión y/o entre la unidad de conexión y la entrada de gas refrigerante de la unidad de refrigeración.

[0089] Según la invención, la unidad de refrigeración es un enfriador rotativo. Un enfriador rotativo presenta la ventaja de permitir una buena área de contacto entre el producto sinterizado y/o calcinado y el gas refrigerante. Esto se logra mediante la rotación del enfriador. La velocidad de enfriamiento dentro del enfriador rotativo puede incrementarse aún más mediante la incorporación de insertos en el enfriador. Existen insertos adecuados para un enfriador rotativo disponibles industrialmente. Estos insertos permiten aumentar la velocidad de enfriamiento al incrementar el área y el tiempo de contacto entre el producto y el gas refrigerante.

[0090] La unidad de refrigeración y el horno rotativo pueden configurarse de tal manera que la parte de la dirección de proceso que atraviesa la unidad de refrigeración 4 y la parte de la dirección de proceso que atraviesa el horno rotativo estén dispuestas formando entre ellas un ángulo de 90° o por debajo de 90°, preferiblemente inferior a 75°, e incluso más preferiblemente inferior a 45°. Por lo tanto, la unidad de refrigeración puede estar inclinada hacia atrás debajo del horno rotativo. Esto permite la instalación del aparato de la invención incluso en espacios reducidos. Además, esta disposición es ventajosa, ya que el extremo de la unidad de refrigeración queda próximo al primer extremo del horno rotativo, lo que permite un aprovechamiento más eficiente (reutilización) del gas refrigerante, por ejemplo, en una unidad de precalentamiento.

[0091] Se puede instalar una unidad de precalentamiento aguas arriba (es decir, en la zona anterior) del horno rotativo con respecto a la dirección de proceso. De este modo, la unidad de precalentamiento se ubica antes del primer extremo del horno rotativo y se puede utilizar para precalentar la materia prima antes de su entrada en el horno rotativo. Preferiblemente, no se produce ninguna reacción de calcinación ni sinterización dentro de la unidad de precalentamiento, lo cual se logra ajustando la temperatura de la unidad a un valor inferior a la temperatura de calcinación de la materia prima. Es especialmente recomendable utilizar gas refrigerante caliente proveniente de la unidad de refrigeración para el precalentamiento, ya que esto permite ahorrar energía. Asimismo, es especialmente recomendable ubicar la salida del gas refrigerante cerca de la unidad de precalentamiento para reducir el tiempo de transporte del gas caliente hasta dicha unidad. Esto permite un uso eficiente del gas refrigerante caliente, ya que se evita un enfriamiento no deseado debido a largos tiempos de transporte.

[0092] Las Figuras 1 a 3 muestran ejemplos de realizaciones ventajosas, esquemáticas y no limitativas de la invención. La Figura 1 muestra un aparato según una realización preferida de la presente invención.

[0093] La Figura 2 muestra un aparato según otra realización preferida de la presente invención.

[0094] La Figura 3 muestra un aparato según otra realización preferida de la presente invención.

[0095] El aparato 1, tal como se muestra en la Figura 1, comprende un horno rotativo 2 con un primer extremo de horno rotativo 21 y un segundo extremo de horno rotativo 22. La unidad de combustión 5 se encuentra en el segundo extremo de horno rotativo 22. Se incluye una unidad de refrigeración 4 conectada al segundo extremo de horno rotativo 22. Una dirección de proceso x recorre el horno rotativo 2 desde el primer extremo de horno rotativo 21 hasta el segundo extremo de horno rotativo 22 y, posteriormente, a través de la unidad de refrigeración 4.

[0096] La unidad de refrigeración 4 de la realización mostrada en la Figura 1 se encuentra aguas abajo del horno rotativo 2 con respecto a la dirección de proceso x. El tramo de la dirección de proceso x que atraviesa la unidad de refrigeración 4 está, a modo de ejemplo, inclinado con respecto al tramo de la dirección de proceso x que atraviesa el horno rotativo 2 con un ángulo de inclinación α de aproximadamente 90°. Esto puede tener la ventaja de ahorrar espacio y permitir un transporte eficiente del producto P a través de la unidad de refrigeración 4. El ángulo de inclinación puede ser superior a 90°. En concreto, la inclinación puede alcanzar los 120°, los 150° o los 180°. Esta disposición tiene la ventaja de ser fácil de instalar, siempre que se disponga de espacio suficiente.

[0097] La unidad de refrigeración 4 está configurada como un enfriador rotativo. El ángulo de inclinación α describe el ángulo longitudinal entre el eje longitudinal del horno rotativo 2 y el enfriador rotativo 4.

[0098] El horno rotativo 2 puede ser un horno rotativo con una longitud de 10 m a 200 m, preferiblemente de 30 m a 160 m. El diámetro del horno rotativo puede variar de 0,5 m a 5 m, preferiblemente de 1,5 m a 4 m.

[0099] El horno rotativo puede funcionar de forma continua o discontinua. Preferiblemente, el horno rotativo funciona continuamente durante varios días, semanas o meses. El funcionamiento continuo permite mantener condiciones de proceso estables y una calidad de producto constante, además de ahorrar energía en el calentamiento del horno rotativo.

[0100] El horno rotativo 2 se utiliza para fabricar un producto P a partir de una materia prima M y comprende una unidad de combustión 5 en el segundo extremo de horno rotativo 22. La unidad de combustión 5 está configurada para recibir un material inflamable G1 y un gas de ignición G2 que contiene al menos un 50% de oxígeno en volumen para generar calor 6 dentro del horno rotativo 2 y producir un gas de combustión G4. El horno rotativo 2 está configurado para transportar la materia prima M, recibida en el primer extremo de horno rotativo 21, en la dirección de proceso x hacia el segundo extremo de horno rotativo 22, y para transformarla en el producto P y en un gas de desgasificación G3 que comprende o está compuesto de dióxido de carbono. De esta manera, dentro del horno rotativo, el producto P se forma a partir de la materia prima M mediante sinterización y/o calcinación utilizando calor. Durante el proceso de sinterización y/o calcinación, el gas de desgasificación G3, que comprende o está compuesto de dióxido de carbono, se desgasifica de la materia prima M.

[0101] El aparato 1 comprende una salida de gas 11 configurada para extraer un gas de escape G5 compuesto por el gas de desgasificación G3 y el gas de combustión G4. La salida de gas de escape 11 puede ubicarse cerca del primer extremo de horno rotativo 21.

[0102] El producto de sinterización y/o calcinación P formado en el horno rotativo 2 sale del horno rotativo 2 por el segundo extremo de horno rotativo 22 y se transporta a la unidad de refrigeración 4 para su enfriamiento. La unidad de refrigeración 4 está configurada para transportar el producto P en la dirección de proceso x y para transportar un gas refrigerante G6 en la dirección de proceso x sobre el producto P.

[0103] La unidad de refrigeración comprende preferiblemente una entrada de gas refrigerante 41, una salida de gas refrigerante 42 y una entrada de producto 43 y una salida de producto 44. La entrada de producto 43 conecta la unidad de refrigeración 4 con el segundo extremo de horno rotativo 22 de la unidad de refrigeración 4 y permite el transporte del producto a la unidad de refrigeración. La salida de gas refrigerante 42 y la salida de producto 44 pueden estar combinadas, como se muestra en la Figura 1. La entrada de gas refrigerante 41 está configurada para recibir el gas refrigerante G6 en la unidad de refrigeración 4.

[0104] En la configuración mostrada en la Figura 1, un ventilador 7 está ubicado aguas arriba de la entrada de gas refrigerante 41 de la unidad de refrigeración 4 y un ventilador 8 está ubicado aguas abajo de la salida de gas refrigerante 42 de la unidad de refrigeración 4 para generar una diferencia de presión con el fin de dirigir el gas refrigerante a través de la unidad de refrigeración 4.

[0105] La unidad de refrigeración 4 es un enfriador rotativo.

[0106] La materia prima M puede comprender uno o más carbonatos inorgánicos, preferiblemente dichos carbonatos inorgánicos se seleccionan del grupo que consiste en carbonato, carbonato de magnesio y calcio, carbonato de magnesio y calcio que comprende óxido de magnesio y mezclas de los mismos.

[0107] En una realización preferida, el material inflamable G1 es gas natural. Por lo tanto, el material inflamable comprende preferiblemente metano. El material inflamable también puede comprender otros hidrocarburos como etano, propano, butano o mezclas de estos.

[0108] El gas de ignición G2 comprende al menos un 50% de oxígeno en volumen y podría incluso comprender al menos un 80% de oxígeno en volumen, preferiblemente al menos un 90% de oxígeno en volumen, e incluso más preferiblemente al menos un 95% de oxígeno en volumen.

[0109] Preferiblemente, el gas refrigerante G6 es aire.

[0110] El gas de escape G5 puede purificarse y/o licuarse para obtener un líquido que comprende o consiste esencialmente en dióxido de carbono.

[0111] El aparato 1 que se muestra en la Figura 2 comprende todos los elementos del aparato que se muestra en la Figura 1 y además comprende una unidad de conexión 40 entre el horno rotativo 2 y la unidad de refrigeración 4.

[0112] La unidad de refrigeración 4 de la realización ilustrada en la Figura 2 se ubica debajo del horno rotativo 2 y ésta inclinada hacia atrás con respecto al horno rotativo 2, formando un ángulo α inferior a 90°. Preferiblemente, dicho ángulo α es inferior a 75°, e incluso más preferiblemente inferior a 45°, como se muestra en la Figura 1. En la realización ilustrada en la Figura 2, la entrada de gas refrigerante 41 y la entrada de producto 43 pueden estar combinadas. Asimismo, en la realización ilustrada en la Figura 2, un ventilador 7 se ubica aguas arriba de la unidad de conexión 40.

[0114] El aparato 1 que se muestra en la Figura 3 comprende todos los elementos del aparato que se muestra en la Figura 2 y además comprende una unidad de precalentamiento 9 ubicada aguas arriba del horno rotativo 2 con respecto a la dirección de proceso x.

[0116] La salida de gas refrigerante 42 se puede conectar a dicha unidad de precalentamiento 9, estando la unidad de precalentamiento 9 configurada para recibir gas refrigerante de la unidad de refrigeración 4.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Aparato (1) para fabricar un producto (P) a partir de una materia prima (M), comprendiendo dicho aparato (1)

− un horno rotativo (2) que tiene un primer extremo de horno rotativo (21) y un segundo extremo de horno rotativo (22);

− una unidad de refrigeración (4) que está conectada al segundo extremo de horno rotativo (22),

− en el que se proporciona una dirección de proceso (x) que conduce a través del horno rotativo (2) desde el primer extremo de horno rotativo (21) hasta el segundo extremo de horno rotativo (22) y más adelante a través de la unidad de refrigeración (4),

− en el que la unidad de refrigeración (4) está configurada para transportar el producto (P) en la dirección de proceso (x) a través de la unidad de refrigeración para enfriar el producto (P),

− el horno rotativo (2) que comprende una unidad de combustión (5) en el segundo extremo de horno rotativo (22), estando la unidad de combustión (5) configurada para recibir un material inflamable (G1) y un gas de ignición (G2) para crear calor (6) dentro del horno rotativo (2) y producir un gas de combustión (G4) que contiene dióxido de carbono,

− el horno rotativo (2) está configurado para transportar la materia prima (M) recibida en el primer extremo de horno rotativo (21) en la dirección de proceso (x) hacia el segundo extremo de horno rotativo (22), y, utilizando el calor (6), para transformar la materia prima (M) en el producto (P) y en un gas de desgasificación (G3) que comprende dióxido de carbono,

− en el que el aparato (1) comprende una salida de gas (11) configurada para eliminar del horno rotativo (2) un gas de escape (G5) que comprende el gas de desgasificación (G3) y el gas de combustión (G4)

− caracterizado por que la unidad de refrigeración (4) está configurada para transportar un gas refrigerante (G6) en la dirección de proceso (x) sobre el producto (P), en el que la unidad de refrigeración es un enfriador rotativo.

2. Aparato (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que el aparato (1) comprende además uno o más ventiladores (7, 8) configurados para transportar el gas refrigerante (G6) a través de la unidad de refrigeración (4) en la dirección de proceso (x).

3. Aparato (1) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la unidad de refrigeración (4) está conectada al segundo extremo de horno rotativo (22) a través de una unidad de conexión (40).

4. Aparato (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la unidad de refrigeración (4) y el horno rotativo (2) están configurados de tal manera que el tramo de la dirección de proceso (x) que atraviesa la unidad de refrigeración (4) y el tramo de la dirección de proceso (x) que atraviesa por el horno rotativo están dispuestas entre ellas en un ángulo α de 90° o de menos de 90°.

5. Aparato (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que una unidad de precalentamiento (9) para precalentar la materia prima (M) está ubicada aguas arriba del horno rotativo (2) con respecto a la dirección de proceso (x).

6. Aparato (1) según la reivindicación 5, caracterizado por que la unidad de refrigeración (4) está conectada a dicha unidad de precalentamiento (9), y dicha unidad de precalentamiento (9) está configurada para recibir al menos parte del gas refrigerante (G6) de la unidad de refrigeración (4).

7. Método para producir un producto (P) a partir de una materia prima (M), en el que se proporciona una dirección de proceso (x), conduciendo la dirección de proceso (x) a través de un horno rotativo (2) desde un primer extremo de horno rotativo (21) hasta un segundo extremo de horno rotativo (22) y posteriormente a través de una unidad de refrigeración (4) conectada al segundo extremo de horno rotativo (22), en el que la unidad de refrigeración (4) es un enfriador rotativo, comprendiendo dicho método los siguientes pasos:

−<encender en una unidad de combustión (5) ubicada en el segundo extremo de horno rotativo>(22) un material inflamable (G1) con un gas de ignición (G2), comprendiendo dicho gas de ignición

(G2) al menos un 50% en volumen de oxígeno, para crear calor (6) dentro del horno rotativo (2) y producir un gas de combustión (G4) que contiene dióxido de carbono,

− recibir dicha materia prima en el primer extremo de horno rotativo (21) y transportar dicha materia prima (M) en la dirección de proceso (x) hacia el segundo extremo de horno rotativo (22), − fabricar dicho producto (P) dentro del horno rotativo (2) mediante sinterización y/o calcinación de la materia prima (M) utilizando el calor (6), en el que un gas de desgasificación (G3) que comprende dióxido de carbono se desgasifica de la materia prima (M),

− transportar el producto (P) hacia y a través de la unidad de refrigeración (4) en la dirección de proceso (x);

− enfriar el producto (P) dentro de la unidad de refrigeración (4) utilizando un gas refrigerante (G6);

− eliminar el producto (P) de la unidad de refrigeración (4);

− en el que el método comprende además el paso de eliminar un gas de escape (G5) que comprende el gas de combustión (G4) y el gas de desgasificación (G3), del horno rotativo (2) a través de una salida de gas (11);

− en el que el gas refrigerante (G6) se dirige sobre el producto (P) en la dirección de proceso (x).

8. El método según la reivindicación 7, caracterizado por que dicha materia prima (M) comprende uno o más carbonatos inorgánicos, preferiblemente dichos uno o más carbonatos inorgánicos se seleccionan del grupo que consiste en carbonato de magnesio, carbonato de calcio, carbonato de magnesio-calcio, carbonato de magnesio-calcio que comprende óxido de magnesio y mezclas de los mismos.

9. El método según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que el material inflamable (G1) consiste esencialmente en gas natural.

10. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el gas de ignición (G2) comprende al menos un 80% de oxígeno en volumen, preferiblemente al menos un 90% de oxígeno en volumen, incluso más preferiblemente al menos un 95% de oxígeno en volumen.

11. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que dicho gas de escape (G5) comprende al menos un 70% en volumen de dióxido de carbono, preferiblemente al menos un 80% en volumen, más preferiblemente al menos un 85% en volumen de dióxido de carbono.

12. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que dicho gas refrigerante (G6) es aire.

13. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado por que dicha materia prima (M) se precalienta en una unidad de precalentamiento (6) ubicada aguas arriba del horno rotativo (2) con respecto a la dirección de proceso (x), preferiblemente utilizando gas refrigerante (G6) de la unidad de refrigeración (4).

14. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado por que dicho gas de escape (G5) se licua para obtener un líquido que comprende o consiste esencialmente en dióxido de carbono.