PROCEDIMIENTO DE CALCINACION DE UN MATERIAL DE BAJA EMISION NOX.

Procedimiento de calcinación de un material, en el que dicho material se calienta por contacto con una fuente de calor esencialmente creada por una llama engendrada por al menos un flujo (a) de combustible y de aire primario y un flujo (b) de aire secundario,

comprendiendo la llama una primera zona (I) de combustión de temperatura inferior a 1500ºC y una segunda zona (II) de combustión de temperatura superior a 1500ºC, en la que:

- se inyecta al menos un flujo (c) de al menos un gas inerte en el interior de la llama a nivel del comienzo de la segunda zona (II) de combustión, y/o

- se inyecta al menos un flujo (d) de oxígeno o de un gas enriquecido en oxígeno al nivel de la segunda zona (II) de combustión

Procedimiento de calcinación de un material de emisión NO_x.

La presente invención se refiere a un procedimiento de mejora de la combustión en un horno industrial de elevada temperatura así como a un dispositivo de mejora de la combustión en un horno de este tipo.

Se sabe que los procedimientos industriales a elevada temperatura utilizan combustibles para el aporte de energía con un contenido en nitrógeno no despreciable, tales como carbón o coque de petróleo, generando emisiones considerables de óxidos de nitrógeno (NO_x). NO_x es el término colectivo para designar a todos los óxidos de nitrógeno, particularmente al monóxido de nitrógeno (NO) y al dióxido de nitrógeno (NO₂). De acuerdo con su mecanismo de formación se distinguen principalmente dos tipos de NO_X : los NO_x del combustible y los NO_x térmicos. Los NO_x de combustible resultan de la oxidación de compuestos nitrogenados del combustible. Los NO_x térmicos, que corresponden a una oxidación del nitrógeno atmosférico por el oxígeno de combustión, dependen principalmente de 3 variables:

Los NO_x son tóxicos para las plantas y particularmente el dióxido de nitrógeno puede provocar dificultades respiratorias en el ser humano. Los NO_x también son uno de los principales precursores de la formación del ozono. Además, las emisiones de NO_x participan en la acidificación y eutrofización del suelo.

El problema de las emisiones de los NO_x se plantea en todas las industrias que utilizan procedimientos a elevada temperatura. Una de las industrias particularmente afectada es la de la fabricación de cemento, donde los procedimientos de fabricación se someten a normas cada vez más estrictas que afectan a las emisiones de óxidos de nitrógeno (NO_x). En estos procesos cementadores, la formación de los NO_x de combustible está asociada a la utilización de combustibles con un contenido en nitrógeno no despreciable, para los que la oxidación de los compuestos nitrogenados del combustible conduce a la formación de NO. Este mecanismo tiene lugar tanto al nivel de quemador del horno rotativo, durante la ignición del combustible, como en el precalcinador cuando existe. Los NO_x térmicos, por su parte, son inevitables en la zona de combustión del horno rotativo, debido a la necesidad de una temperatura suficientemente elevada para la denominada reacción de clinkerización del crudo (1450ºC) (formación del cemento en bruto), acelerando de esta manera la oxidación del nitrógeno atmosférico.

Las técnicas actuales para reducir las emisiones de NO_x pueden clasificarse en dos categorías: las técnicas primarias que limitan la formación de NO_x durante la combustión y las técnicas secundarias, basadas en el tratamiento de humos para eliminar los NO_x creados hacia arriba.

Para permitir reducir eficazmente la formación de NO_x en los procedimientos cementadores, cualquier técnica primaria debe limitar tanto la formación de los NO_x del combustible como la de los NO_x térmicos. Entre las principales medidas primarias se indican:

Actualmente cada una de estas técnicas primarias no es capaz de reducir suficientemente las emisiones de NO_x lo que plantea a las cementeras el uso de métodos secundarios costosos con objeto de respetar las normas que están en vigor.

Las medidas secundarias utilizadas son clásicas: se trata de procedimientos de reducción de NO_x catalíticos o no (RSNC = reducción selectiva no catalítica, RSC = reducción selectiva catalítica) basados en la inyección de amoníaco o urea en los humos para reducir el NO en N₂. Son por tanto posibles, mayores reducciones de NO_x, pero con costes de inversión y de funcionamiento significativamente más elevados. Además, estas técnicas requieren zonas de temperatura muy precisas y cualquier error puede producir la emisión de amoniaco que no ha reaccionado en los humos, que puede después oxidarse en NO_x.

Además de la reducción de las emisiones de NO_x otra preocupación principal para los fabricantes de cemento es obtener un rendimiento y una calidad satisfactorios. Se han desarrollado técnicas que aplican el uso de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno. Se han concebido principalmente para permitir un aumento de la producción o de la calidad del producto permitiendo un aumento de la temperatura en la zona de clinkerización. Por lo tanto, producen generalmente un aumento o un mejor mantenimiento de los niveles de emisiones de NO_x con respecto a un funcionamiento sin oxígeno añadido.

El documento de Estados Unidos 3.397.256 describe el uso de un quemador oxi-combustible situado entre la carga y el quemador principal, que efectúa un aumento significativo de temperatura en esta zona, y por tanto inevitablemente de la cantidad de NO_x emitido.

El documento US 5.572.938 divulga la inyección de oxígeno en el aire primario, a través del quemador principal, con el fin de mejorar la transferencia térmica en la carga y la producción. No se ha proporcionado ninguna mención en cuanto a un método de inyección que limite la formación de NO_x del combustible. También se propone una inyección de oxígeno exclusivamente en la parte inferior del horno rotativo, a lo largo de la carga, para escalonar la combustión. Este posicionamiento específico permite conservar condiciones oxidantes por encima de la carga y la transferencia de más energía, pero no permite una mezcla adecuada con todos los incombustibles.

El documento de Estados Unidos 5.580.237 describe un inyector que permite optimizar la inyección de oxígeno en el quemador, con objeto de estabilizar la llama. La cantidad de NO_x emitido se mantiene o disminuye ligeramente.

La patente de Estados Unidos 6.309.210 de la sociedad solicitante describe el enriquecimiento de aires primarios, secundarios y terciarios con oxígeno para mejorar la capacidad de enfriamiento del clinker (cemento en bruto) y mejorar la combustión en general. La dilución general del oxígeno en todo el gas de combustión va en contra de los principios de reducción de la cantidad de NO_x emitido. En los documentos US 6.375.456B y US 6.318.278B se describen otros procedimientos de calcinación.

Un objeto de la presente invención es por tanto proponer una técnica innovadora de mejora de la combustión en un horno industrial a elevada temperatura, tal como un horno rotativo, que permite reducir las emisiones de NO_x...

1. Procedimiento de calcinación de un material, en el que dicho material se calienta por contacto con una fuente de calor esencialmente creada por una llama engendrada por al menos un flujo (a) de combustible y de aire primario y un flujo (b) de aire secundario, comprendiendo la llama una primera zona (I) de combustión de temperatura inferior a 1500ºC y una segunda zona (II) de combustión de temperatura superior a 1500ºC, en la que:

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se inyecta el flujo (o flujos) (d) de manera que es (o son ) tangente (o tangentes) a la llama (F) a nivel de su segunda zona (II) de combustión.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas inerte se selecciona en el grupo que consiste en nitrógeno, humos de recirculación, dióxido de carbono y vapor de agua.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque el gas inerte es nitrógeno.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque el flujo (o flujos) (c) se inyecta (o se inyectan) a una velocidad superior a la del aire secundario.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el flujo (o flujos) (c) se inyecta (o se inyectan) a una velocidad inferior a la velocidad del sonido como se mide en el horno.

7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la inyección del flujo (o flujos) es (o son) una inyección (o inyecciones) turbulenta (o turbulentas) que posee un componente tangencial.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el flujo (o los flujos) se inyecta (o inyectan) a una velocidad superior a 0,5 Mach, preferentemente superior a 1 Mach.

9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende la inyección de flujo o flujos (c) de un gas inerte (o inertes) o de una mezcla de gases inertes y la inyección de flujo o flujos (d) de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno.

10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el combustible comprende un combustible sólido pulverizado por un gas vector, eventualmente enriquecido en oxígeno.

11. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el horno industrial de alta temperatura es un horno rotativo.

12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 caracterizado porque se aplica la ayuda de un dispositivo que comprende:

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la lanza (2) de inyección de gas inerte está inclinada en un ángulo a comprendido entre 0º y 45º, que está formado por los ejes longitudinales de la lanza (2) y del quemador (1), y porque la lanza (3) de inyección de oxígeno o de gas enriquecido en oxígeno está inclinada en un ángulo ß comprendido entre 0º y 20º, que está formado por los ejes longitudinales de la lanza (3) y del quemador (1).

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, caracterizado porque comprende:

15. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque el quemador (1) comprende a nivel de su salida un apéndice (4) en forma de boquilla que tiene los bordes interiores (4a) y exteriores (4b) ensanchados, estando los bordes interiores (4a) ensanchados con un ángulo ? con respecto al eje longitudinal del quemador (1) y los bordes exteriores (4b) ensanchados con un ángulo d con respecto al eje longitudinal del quemador (1) del apéndice (4) que sirve a la vez de abertura para la combustión iniciándose a nivel de la salida del quemador (1) y de deflector para el aire secundario.

16. Utilización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15 para la calcinación de un material a base de minerales.