PL202321B1

PL202321B1 - Sposób zmniejszenia emisji SOx w instalacji do wytwarzania klinkieru cementowego i instalacja do realizacji tego sposobu

Info

Publication number: PL202321B1
Application number: PL359781A
Authority: PL
Inventors: Jensen Lars Skaarup; Jöns Ebbe Skyum
Original assignee: Smidth As F L
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2009-06-30
Also published as: CN100462129C; EP1337314A1; CZ303436B6; ATE448861T1; PL359781A1; MXPA03002996A; RU2259226C2; AU2001286169B2; CA2422573C; ZA200302045B; BR0114384B1; ES2337023T3; US20040040441A1; TW546163B; EP1337314B1; JP5118800B2; DE60140562D1; WO2002028512A1; AU8616901A; PT1337314E

Abstract

1. Sposób zmniejszenia emisji SO x w instalacji do wy- twarzania klinkieru cementowego, w którym cementow a m aczk e surowcow a podgrzewa si e i wypala w instalacji zawieraj acej cyklonowy podgrzewacz i piec, znamienny tym, ze do podgrzewacza (1), na poziomie najwy zszego lub nast epnego po najwy zszym cyklonu (2, 3), wprowadza si e katalizator w postaci chlorku i/lub mieszaniny kilku chlor- ków, przy czym wspomniany katalizator ma t e w lasciwosc, ze w strefie podgrzewacza, gdzie powstaje SO 2 , jest obec- ny w stanie sta lym lub stopionym, przez co jest skuteczny, za s w piecu jest w stanie pary, - katalizator kieruje si e w dó l przez podgrzewacz (1) do pieca (7); - cz esc strumienia gazów spalinowych z pieca, które zawieraj a katalizator w stanie pary, wyci aga si e z pieca (7); - wyci agni ety strumie n gazów spalinowych sch ladza si e, przez co katalizator jest obecny w postaci sta lej; - oddziela si e substancj e stala od sch lodzonego stru- mienia gazów spalinowych i - co najmniej cz esc oddzielonej substancji sta lej, zawie- raj acej katalizator recyrkuluje si e dla ponownego wprowa- dzenia do podgrzewacza (1). 8. Instalacja do realizacji sposobu wed lug zastrz. 1, za- wieraj aca cyklonowy podgrzewacz (1) i piec (7), znamien- na tym, ze zawiera srodki (8a) do wprowadzania katalizato- ra do podgrzewacza na poziomie najwy zszego lub nast ep- nego po najwy zszym cyklonu, jak równie z system………… PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób zmniejszenia emisji SOx w instalacji do wytwarzania klinkieru cementowego, w którym cementową mączkę surowcową podgrzewa się i wypala w instalacji zawierającej cyklonowy podgrzewacz i piec.

Przedmiotem wynalazku jest również instalacja do realizacji tego sposobu.

Instalacje tego typu, do wytwarzania klinkieru cementowego, są powszechnie znane z literatury.

Emisja SO2 w takich nowoczesnych instalacjach piecowych do wytwarzania klinkieru cementowego jest zazwyczaj stosunkowo niska ze względu na to, że siarka zawarta w paliwie, które stanowi wsad do pieca i do kalcynatorów jest bardzo skutecznie związana w postaci siarczanu, który wydostaje się z pieca jako składnik klinkieru. Jeżeli jednak zastosowane surowce zawierają siarczki, jak w przypadku często występujących minerałów takich jak piryt i markasyt, może wystąpić pewna ilość emisji z podgrzewacza.

Przyczyną tego jest rozkładanie się pirytu FeS2 w podgrzewaczu w temperaturze około 550°C zgodnie z równaniem:

(1) FeS2 = FeS + S po czym parująca S natychmiast przekształca się poprzez spalanie w SO2. FeS jest nieco bardziej trwały i osiąga strefę kalcynacji zanim zostanie spalony i tak wytworzony SO2 zostaje następnie związany z CaO podobnie, jak SO2 pochodzący z paliwa. Zachodzi to zgodnie z równaniem:

(2) SO2 + CaO + 1/2 O2 = CaSO4

W przypadku, gdy w surowcach zawarty jest piryt, istnieje ryzyko, że około połowy zawartej w nim siarki ulotni się w postaci SO2.

Znanym sposobem redukcji ulatniania się SO2, jest wprowadzenie absorbentu w postaci CaO, Ca(OH)2 lub innych składników zasadowych w którymś miejscu podgrzewacza, aby SO2 mógł zostać związany w postaci siarczku:

(3) CaO + SO₂ = CaSO₃

W nastę pnym etapie procesu siarczek zostanie przekształ cony w siarczan.

Istotną niedogodnością tego znanego sposobu jest zastosowanie nadmiernej ilości absorbentu, co sprawia, że sposób ten jest stosunkowo drogi zwłaszcza, gdy stosowany absorbent trzeba nabyć z niezależnego źródła.

Z publikacji WO 93/10884 znany jest sposób, w którym emitowane gazy zawierają ce pył obcią żony CaO wyciąga się z miejsca w pobliżu kalcynatora i kieruje się je do tego miejsca w podgrzewaczu, w którym zachodzi pochłanianie SO2. Sposób ten działa, lecz wymaga sporej nadwyżki CaO, co nieco zmniejsza wydajność podgrzewacza jako wymiennika ciepła.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu, jak również instalacji do wytwarzania klinkieru cementowego, w którym można tanio i skutecznie uzyskać zmniejszenie emisji SOx, nie zmniejszając jednocześnie znacząco wydajności podgrzewacza.

Sposób według wynalazku, dotyczący zmniejszenia emisji SOx w instalacji do wytwarzania klinkieru cementowego, w którym cementową mączkę surowcową podgrzewa się i wypala w instalacji zawierającej cyklonowy podgrzewacz i piec, charakteryzuje się tym, że do podgrzewacza, na poziomie najwyższego lub następnego po najwyższym cyklonu, wprowadza się katalizator w postaci chlorku i/lub mieszaniny kilku chlorków, przy czym wspomniany katalizator ma tę właściwość, że w strefie podgrzewacza, gdzie powstaje SO2, jest obecny w stanie stałym lub stopionym, przez co jest skuteczny, zaś w piecu jest w stanie pary,

- katalizator kieruje się w dół przez podgrzewacz do pieca;

- część strumienia gazów spalinowych z pieca, które zawierają katalizator w stanie pary, wyciąga się z pieca;

- wyciągnięty strumień gazów spalinowych schładza się, przez co katalizator jest obecny w postaci stałej;

- oddziela się substancję stałą od schłodzonego strumienia gazów spalinowych i

- co najmniej część oddzielonej substancji stał ej, zawierają cej katalizator recyrkuluje się dla ponownego wprowadzenia do podgrzewacza.

Korzystnie, katalizator wprowadza się do podgrzewacza oddzielnie od innych substancji.

Również korzystnie, katalizator miesza się z materiałami surowcami, korzystnie na stanowisku mielenia surowców i wprowadza się do podgrzewacza w mieszaninie z materiałami surowcowymi.

PL 202 321 B1

Oddzieloną substancję stałą, zawierającą katalizator, którą recyrkuluje się dla ponownego wprowadzenia, korzystnie miesza się z materiałami surowcowymi na stanowisku mielenia surowców.

Ewentualnie, dodaje się świeży katalizator jako uzupełnienie.

Katalizator może zawierać jeden lub wiele chlorów takich, jak CaCl2, KCl, NaCl, MnCl2 i FeCl3.

Katalizator korzystnie ma temperaturę topnienia niższą niż 550°C pod ciśnieniem 98,0665 kPa (1 atmosfery).

Instalacja według wynalazku, do realizacji sposobu według wynalazku, zawiera cyklonowy podgrzewacz i piec, i charakteryzuje się tym, że zawiera środki do wprowadzania katalizatora do podgrzewacza na poziomie najwyższego lub następnego po najwyższym cyklonu, jak również system bocznikowania, który zawiera środki do wyciągania części strumienia gazów spalinowych z pieca, środki do chłodzenia wyciągniętego strumienia gazów spalinowych, środki do oddzielania substancji stałej od schłodzonego strumienia gazów spalinowych i środki do recyrkulacji dla celu ponownego wprowadzenia do podgrzewacza, co najmniej części oddzielnej substancji stałej zawierającej katalizator.

Powyższym sposobem uzyskuje się efektywne zmniejszenie emisji SO2. Przyczyną tego jest zaskakujące zjawisko, polegające na tym, że chlorki i/lub mieszanina kilku chlorków, które mają wymienione wyżej własności dotyczące temperatury topnienia i temperatury wrzenia, katalitycznie wzmacniają reakcję zgodną z równaniem:

(3) CaO + SO₂ = CaSO₃i dodatkowo wzmacniają reakcję :

(3) CaCO₃ + SO₂= CaSO₃ + CO₂

Tak więc nieoczekiwanie, możliwa okazała się kataliza reakcji SO2 z węglanem wapnia CaCO3, który jako taki stanowi około 80% surowca. Ponieważ jeden substrat reakcji, mianowicie CaCO3 obecny jest wielkiej ilości, redukcję SO2 można przeprowadzić bez stosowania jakichkolwiek innych związków chemicznych i, co więcej, reakcja, a więc i redukcja SO2 musi być w przybliżeniu kompletna.

Dodatkowe cechy instalacji zostaną szczegółowo opisane poniżej.

Jako katalizator można zastosować różne związki takie, jak CaCl2, KCl, NaCl, MnCl2 i FeCl3. Chlorki można zastosować oddzielnie, lecz aby uzyskać katalizator o odpowiednich własnościach, zwłaszcza co do temperatury topnienia, korzystne jest zastosowanie mieszaniny różnych chlorków. Ponieważ SO2 powstaje zasadniczo w podgrzewaczu w temperaturze powyżej 550°C, temperatura topnienia katalizatora powinna korzystnie być niższa, niż 550°C przy ciśnieniu 1 atmosfery. W przypadku, gdy ilość recyrkulowanego katalizatora jest niedostateczna, można dodać świeżego katalizatora.

Kilka znanych instalacji piecowych zawiera system bocznikowania zaprojektowany do wentylacji chlorków i metali alkalicznych z systemu pieca. W takich instalacjach system bocznikowania zostanie również zastosowany do wyciągania, chłodzenia i oddzielania gazów spalinowych z pieca, które zawierają katalizator. W takim przypadku jednak, odseparowana substancja stała będzie zawierać składniki takie jak Cl, Na i K, które są niepożądanymi składnikami cementu i w związku z tym tylko część tego materiału zostanie recyrkulowana do ponownego wprowadzenia do podgrzewacza i co więcej, konieczne będzie dodatkowe uzupełnienie nowym katalizatorem.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na schematycznym rysunku, na którym przedstawiono instalację do realizacji sposobu według wynalazku.

Na jedynej figurze rysunku widać instalację do wytwarzania cementu zawierającą cyklonowy podgrzewacz 1, składający się z cyklonów 2, 3 i 4 oraz z kalcynatora 5 z kolejnym cyklonem separującym 6 i piecem obrotowym 7. Instalacja zawiera ponadto chłodziarkę klinkieru 9 do chłodzenia wypalonego klinkieru cementowego i przewód 11 doprowadzający podgrzane powietrze chłodzące do kalcynatora 5. Surowiec doprowadzany ze stanowiska 21 mielenia surowca, wprowadzany jest do przewodu wylotowego 8 gazów spalinowych, który łączy dwa najwyższe cyklony 2, 3 podgrzewacza, i zostaje podgrzany w trakcie przechodzenia w kierunku przeciwnym do strumienia gazów spalinowych, przez trzy cyklony, po czym ulega kalcynacji w kalcynatorze 5. Skalcynowany surowiec zostaje skierowany z dolnego wylotu z cyklonu separującego 6, do obrotowego pieca 7. Gazy spalinowe z obrotowego pieca 7 i z kalcynatora 5 kierowane są z kalcynatora 5 przez cyklon 6 i przez podgrzewacz 1 za pomocą wentylatora 10.

Według wynalazku katalizator dostarcza się w postaci chlorku i/lub mieszaniny kilku chlorków, do podgrzewacza na poziomie jego najwyższego lub następnego po najwyższym cyklonu, gdzie znajduje się strefa powstawania SO2. Katalizator można dostarczyć oddzielnie do przewodu gazów spalinowych 8 przez środki 8a do wprowadzania katalizatora, w tym przykładzie jest to otwór, lub do odpowiadającego mu przewodu gazów spalinowych 12, który łączy cyklon 4 z cyklonem 3. Korzystnie

PL 202 321 B1 jednak katalizator dostarcza się do stanowiska mielenia surowców 21 aby uzyskać dogodną mieszankę surowców z katalizatorem, wówczas jest on dostarczany do podgrzewacza przez środki 8a do wprowadzania katalizatora w postaci otworu, i wymieszany z surowcami.

Następnie katalizator transportowany jest razem z surowcami, w dół przez podgrzewacz 1 do pieca 7. W podgrzewaczu katalizator przyspiesza absorpcję SO₂ wspomagając jego reakcję z CaO, w której powstaje CaSO₃ jak również jego reakcję z CaCO₃, w której powstaje CaSO₃ i CO₂. Powstały CaSO3 reaguje następnie tworząc CaSO4, który zostaje następnie usunięty z pieca jako składnik klinkieru.

Katalizator, po spełnieniu swojego zadania w podgrzewaczu, dostaje się do pieca obrotowego, w którym w związku z panującą tam temperaturą powyżej 1100°C, jest on w stanie pary, co jest podstawowym warunkiem jego wyciągnięcia z systemu pieca. Dokonuje się jej za pośrednictwem środków 14 do wyciągania części strumienia gazów, w tym przykładzie jest to przewód, wyciągając tę część strumienia gazów spalinowych, która zawiera katalizator w stanie pary oraz pył, oraz przedmuchując wlot materiału do pieca obrotowego.

Wyciągnięty strumień gazów spalinowych z pieca ochładza się następnie częściowo wtryskując powietrze do środków 14 do wyciągania części strumienia gazów w postaci przewodu przez środki do chłodzenia strumienia gazów, w tym przykładzie są to środki wtryskowe 16 i częściowo środki do chłodzenia 15 w postaci wieży, za pomocą wtryskiwanej wody tak, że katalizator jest w stanie stałym. Katalizator zostanie zasadniczo w procesie chłodzenia zagęszczony do pyłu w postaci chlorku alkalicznego.

Po ochłodzeniu, separuje się substancję stałą od schłodzonego strumienia gazów spalinowych w środkach 17 do oddzielania substancji stałej, w tym przykładzie jest to urządzenie filtrujące, z którego przefiltrowany strumień gazów spalinowych uwalniany jest do atmosfery przez wentylator 18 i komin 19, przy czym co najmniej część odfiltrowanego materiału zawierającego katalizator jest recyrkulowana do stanowiska mielenia surowców 21 lub alternatywnie, bezpośrednio do podgrzewacza za pomocą dowolnych środków do recyrkulacji, na przykład środków przenoszących 20 dla ponownego wprowadzenia do podgrzewacza. Na rysunku stanowisko mielenia surowców przedstawiono jako prostokąt, do którego wprowadza się różne składniki surowca A, B i C i ewentualnie katalizator.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zmniejszenia emisji SOx w instalacji do wytwarzania klinkieru cementowego, w którym cementową mączkę surowcową podgrzewa się i wypala w instalacji zawierającej cyklonowy podgrzewacz i piec, znamienny tym, że do podgrzewacza (1) na poziomie najwyższego lub następnego po najwyższym cyklonu (2, 3), wprowadza się katalizator w postaci chlorku i/lub mieszaniny kilku chlorków, przy czym wspomniany katalizator ma tę właściwość, że w strefie podgrzewacza, gdzie powstaje SO2, jest obecny w stanie stałym lub stopionym, przez co jest skuteczny, zaś w piecu jest w stanie pary,

- katalizator kieruje się w dół przez podgrzewacz (1) do pieca (7);

część strumienia gazów spalinowych z pieca, które zawierają katalizator w stanie pary, wyciąga się z pieca (7);

- wyciągnięty strumień gazów spalinowych schładza się, przez co katalizator jest obecny w postaci stałej;

- oddziela się substancję stałą od schłodzonego strumienia gazów spalinowych i

- co najmniej część oddzielonej substancji stałej, zawierającej katalizator recyrkuluje się dla ponownego wprowadzenia do podgrzewacza (1).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator wprowadza się do podgrzewacza (1) oddzielnie od innych substancji.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator miesza się z materiałami surowcami, korzystnie na stanowisku mielenia surowców (21) i wprowadza się do podgrzewacza (1) w mieszaninie z materiałami surowcowymi.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzieloną substancję stałą, zawierającą katalizator, którą recyrkuluje się dla ponownego wprowadzenia, miesza się z materiałami surowcowymi na stanowisku mielenia surowców (21).
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że dodaje się świeży katalizator jako uzupełnienie.

PL 202 321 B1
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator zawiera jeden lub wiele chlorów takich, jak CaCl2, KCl, NaCl, MnCl2 i FeCl3.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że katalizator ma temperaturę topnienia niższą niż 550°C pod ciśnieniem 98,0665 kPa (1 atmosfery).
8. Instalacja do realizacji sposobu według zastrz. 1, zawierająca cyklonowy podgrzewacz (1) i piec (7), znamienna tym, że zawiera środki (8a) do wprowadzania katalizatora do podgrzewacza na poziomie najwyższego lub następnego po najwyższym cyklonu, jak również system bocznikowania, który zawiera środki (14) do wyciągania części strumienia gazów spalinowych z pieca, środki (15, 16) do chłodzenia wyciągniętego strumienia gazów spalinowych, środki (17) do oddzielania substancji stałej od schłodzonego strumienia gazów spalinowych i środki (20) przenoszące do recyrkulacji dla celu ponownego wprowadzenia do podgrzewacza, co najmniej części oddzielnej substancji stałej zawierającej katalizator.