[发明专利]制造硅酸盐水泥的方法及装置

说明书

干法工艺中描述了一种生产硅酸盐水泥熟料的方法，所述方法用于捕集来自碳酸盐物质煅烧反应排放的二氧化碳，所述碳酸盐物质主要是石灰石。所述方法采用间接加热、逆流反应器来预热和煅烧水泥生料来生产一种分离的水泥生料和二氧化碳气流，用二级燃料气流与预热空气的燃烧提供所述方法的外部加热。将所述的水泥生料投入传统的回转窑中，所述的回转窑中，预热空气与一级燃料燃烧生成的热烟气用于熔融、反应和烧结粉末以形成水泥熟料粉末。通过空气预热器冷却所述的熟料和二氧化碳气流。

技术领域

本发明涉及一种用于制造硅酸盐水泥或石灰的方法和装置，所述方法和装置应用于促进碳捕集。

背景技术

硅酸盐水泥生产行业每年生产34亿吨水泥粉，是人造二氧化碳排放量的第二大来源，生产每吨水泥将近排放0.8吨的二氧化碳。在排放的二氧化碳中，约60％来自煅烧工艺中生产水泥熟料时，将石灰石碳酸钙加工成石灰氧化钙过程中排放的二氧化碳，40％来自生产水泥过程中化石燃料的燃烧。减少全球变暖要求减少二氧化碳排放量，硅酸盐水泥行业正承受着减少二氧化碳排放量的压力。

对生产工艺效率的持续改进是一种减少二氧化碳排放的方法，但通过此方法大幅降低二氧化碳的排放是不可能的。已发展的其他方法包括燃烧后捕集的应用，此方法中二氧化碳来自于硅酸盐煅烧和燃料燃烧过程中的废气流。已有工艺，如氨溶出，投资太过昂贵，以及近期的焦点在于用所谓钙循环工艺中的石灰氧化钙作为二氧化碳的高温吸附剂。钙循环工艺正处于试点阶段。此工艺的优点书所消耗的氧化钙在硅酸盐水泥中被消耗，缺点是捕集工艺在常压下进行，装置尺寸及花费都十分巨大，接近整个硅酸盐水泥装置本身的尺寸和花费。一个重要的担心是钙循环过程中额外的能源消耗所造成的资金增加。这是一个成本，也增加了工厂的规模。

另一种方法是富氧燃烧，用纯氧代替空气进行燃烧，在这种情况下，排出的气体是二氧化碳和水蒸汽，这使得二氧化碳可在冷凝蒸汽时被捕集。深冷分离装置的成本非常大，并且在考虑通过回转窑及其他工艺装置时截然不同的废气流道，硅酸盐水泥装置不得不被大幅重新设计。

硅酸盐水泥厂通常使用煤和废料作为燃料，而不是天然气，因此一般不采用基于燃烧前捕集的方法，此方法用来从天然气中生产氢气流。

除了使用高品质的石灰石以及生产过程中不需要砂和黏土外，石灰的生产工艺与硅酸盐水泥的工艺相同。

这就需要一个工艺来显著减少硅酸盐水泥和石灰生产过程中二氧化碳的排放量，此工艺不必大幅增加前述的工艺装置。在前述的所有氧化碳减排方法中，二氧化碳必须被压缩封存。

硅酸盐水泥生产目前使用“干法工艺”，在此工艺中在石灰和砂颗粒在回转窑中熔融，以前使用的“湿法工艺”中石灰石，砂子和其他添加剂被制成丸状。与湿法工艺相比，干法工艺能量需求较低。本发明是针对干法工艺的。

在干法工艺中，石灰石是以粉碎和研磨成小于100微米颗粒大小的岩石的形式接收的，并均匀地与也被研磨成小于100微米颗粒大小的砂子混合。其他的研磨材料，如粘土和氧化铁可添加于特定的水泥配方。一般情况下，不同的颗粒流在料斗中被混合，此料斗被设计成高效混合以获得均匀的混合物。干法水泥工艺依靠有效的混合来促进回转窑中的熔融和反应。

在传统干法工艺中，混合后的粉末采用回转窑排放的烟气进行预热，此预热通过一堆串联的旋风分离器组成的预加热旋风分离器堆实现。在每一阶段，冷颗粒与热烟气混合被加热，平衡的气体和颗粒在旋风分离器中被分离。这一工艺按顺序多次重复，此过程中颗粒的温度升高，气体的温度降低。现代工厂中可能有多达六个阶段，以实现高的热回收效率，从而降低能源需求。这一阶段的混合和分离的方法类似于逆流换热器，在此换热器中固体温度升高和气体温度降低。在这些预热阶段，随着温度的升高，石灰石的煅烧反应将进行到如下程度：二氧化碳分压不高于煅烧反应的平衡压力。约30％的反应可在预加热旋风分离器堆中实现。