Proceso para la producción de cemento.

Un proceso para la producción de cemento que comprende la calcinación del polvo bruto que contienecarbonato de calcio en un horno de calcinación que tiene una pluralidad de puntos de entrada y se calienta por lacombustión de un carburante que contiene carbono con un gas que comprende oxígeno y del 0 al 80% en volumende dióxido de carbono,

y sustancialmente está libre de nitrógeno; introducir del polvo bruto calcinado en un hornotipo kiln en el que tiene lugar la producción de clínker; mantener el gas separado de la fase la calcinación del gas delhorno; y aislar el gas producido por la combustión y la calcinación en el horno de calcinación.

Proceso para la producción de cemento Esta invención está relacionada con un proceso para la producción de cemento en el que parte del dióxido de carbono producido se separa de los otros gases implicados en el proceso de producción en una corriente de gas que tiene un mayor contenido en dióxido de carbono.

La producción de cemento genera substanciales cantidades de dióxido de carbono. El dióxido de carbono se produce de dos maneras. Uno de los materiales en la producción de cemento es el carbonato de calcio. El carbonato de calcio se calienta para calcinarlo y pierde el dióxido de carbono para formar óxido de calcio. La quema de carburante que contiene carbono para generar las altas temperaturas necesarias para producir cemento también genera dióxido de carbono. Por razones ambientales es deseable reducir la cantidad de dióxido de carbono liberado a la atmósfera.

Las materias primas para la producción de cemento, que incluyen carbonato de calcio, por lo general se mezclan, secan y muelen hasta formar un “polvo bruto”, que luego se procesa para producir clínker, el principal componente del cemento. En una etapa de precalentamiento el polvo bruto se calienta justo por debajo de la temperatura de calcinación. A continuación, pasa a un horno de calcinación en el que tiene lugar más calentamiento y a medida que aumenta la temperatura, tiene lugar la calcinación del carbonato de calcio en óxido de calcio y se libera dióxido de carbono. El polvo bruto calcinado pasa a continuación a un horno en el que se calienta a mayor temperatura para producir clínker, que posteriormente se muele para producir cemento en polvo.

Generalmente se utiliza aire como fuente de oxígeno para la combustión del carburante para proporcionar calor al horno de calcinación y al horno tipo kiln. Los principales gases presentes en el aire son el nitrógeno (aproximadamente el 80% en volumen) y el oxígeno (aproximadamente el 20% en volumen) .

La combustión de un carburante sólido o líquido, a base de carbono, se puede resumir en la siguiente ecuación:

C + O2 = CO2

El volumen del carburante sólido o líquido es insignificante con respecto al de los gases involucrados. Un volumen de oxígeno produce un volumen de dióxido de carbono. El nitrógeno presente en el aire utilizado para la combustión no está involucrado en la combustión. Después de la combustión la corriente de gas contiene aproximadamente el 80% en volumen de nitrógeno y aproximadamente el 20% de dióxido de carbono. El volumen total de gas aumenta por el calor generado.

Cuando se quema un carburante sólido o líquido de hidrocarburos, el hidrógeno combinado presente en el carburante se combina con el oxígeno según la ecuación:

4H + O2 = 2H2O

El agua generada está en estado gaseoso y, por lo tanto, está presente como un diluyente gaseoso del dióxido de carbono que también se produce. Un volumen de oxígeno produce dos volúmenes de agua gaseosa, el volumen del carburante sólido o líquido de hidrocarburos es insignificante respecto al volumen de los gases involucrados. El agua gaseosa contribuye por lo tanto a un aumento del volumen de gas formado por la combustión en comparación con el volumen de oxígeno utilizado. Sin embargo, se separa fácilmente del dióxido de carbono por la simple refrigeración en una fase posterior en la operación. El volumen total de gas aumenta en la fase de combustión con el aumento de la temperatura.

En los gases combinados a partir del proceso de calcinación y de la combustión del carburante, el dióxido de carbono está presente generalmente del 14 al 33% en volumen. El otro constituyente principal del gas es el nitrógeno. A pesar de que la mezcla de nitrógeno y dióxido de carbono se podría separar y el dióxido de carbono ser almacenado para evitar su liberación a la atmósfera, la energía necesaria para efectuar la separación es demasiado alta para que valga la pena. Si se elimina el nitrógeno del aire y se usa el oxígeno resultante sustancialmente puro para quemar un carburante, el nitrógeno no está presente como diluyente del dióxido de carbono producido.

Si en lugar de aire se utilizara oxígeno para quemar todo el carburante necesario para producir cemento, se podría incurrir en costes adicionales. Además, los procesos de combustión que implican oxígeno sin diluir generalmente se comportan con gran vigor y generan temperaturas muy altas capaces de dañar o acortar la vida útil de las plantas de producción.

Las patentes de EE.UU. nos 4066470 y 491374 describen unos procesos en los que los gases de combustión de un horno tipo kiln que arde utilizando aire, que por lo tanto contiene nitrógeno, pasan a un horno de calcinación en el que tiene lugar una combustión secundaria. No hay manera de aislar el gas producido durante la combustión secundaria.

La presente invención busca reducir las emisiones de dióxido de carbono en la producción de cemento mediante el uso de oxígeno para quemar sólo parte del carburante necesario en el proceso de elaboración de cemento y mediante la separación del gas de la fase de calcinación del gas del horno en el que tiene lugar la producción de clínker. El proceso se puede utilizar en el conocido proceso seco y en otros procesos, por ejemplo el proceso húmedo. El uso de oxígeno, sustancialmente puro o una mezcla con dióxido de carbono, en el horno de calcinación conjuntamente con la separación del gas que deja el horno de calcinación ofrece beneficios ambientales.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un proceso para la producción de cemento que comprende la calcinación del polvo bruto que contiene carbonato de calcio en un horno de calcinación que tiene una pluralidad de puntos de entrada y se calienta por la combustión de carburante que contiene carbono con un gas que comprende oxígeno y del 0 al 80% en volumen de dióxido de carbono, y sustancialmente está libre de nitrógeno; introducir del polvo bruto calcinado en un horno tipo kiln en el que tiene lugar la producción de clínker; mantener el gas separado de la fase la calcinación del gas del horno tipo kiln; y aislar el gas producido por la combustión y la calcinación en el horno de calcinación.

El flujo de polvo bruto es generalmente similar al de los procesos conocidos para la producción de cemento. En este tipo de procesos el polvo bruto se calienta en un precalentador, por ejemplo un precalentador ciclónico, y se introduce luego en un horno de calcinación, por ejemplo un horno de calcinación tipo olla. El polvo bruto del horno de calcinación se introduce en un horno tipo kiln. El precalentador recibe gas caliente del horno tipo kiln y del horno de calcinación.

En el proceso de la invención, el gas procedente del horno de calcinación comprende un alto porcentaje de dióxido de carbono y es adecuado, tras el tratamiento apropiado (por ejemplo refrigeración y eliminación del polvo) , para el almacenamiento u otra utilización sin liberación a la atmósfera.

La temperatura del dióxido de carbono que deja el horno de calcinación es generalmente de 800 a 900 °C. El gas se puede enfriar, por ejemplo, en un generador de vapor para generar energía eléctrica. Con el fin de minimizar la entrada de gas que podría reducir el porcentaje de dióxido de carbono, preferiblemente se evita un defecto de presión en el generador de vapor. Preferiblemente se hace funcionar al generador de vapor con exceso de presión. A continuación, preferiblemente se elimina el polvo del gas antes de su almacenamiento, por ejemplo, almacenamiento geológico subterráneo, por ejemplo en campos agotados de petróleo o de gas, u otro uso sin liberación a la atmósfera.

El gas utilizado para apoyar la combustión de carburante preferiblemente comprende por lo menos el 50% en volumen de oxígeno, por ejemplo, por lo menos el 80%, preferiblemente por lo menos el 90%, más preferiblemente por lo menos el 95%. Está sustancialmente libre de nitrógeno. Puede comprender dióxido de carbono, por ejemplo dióxido de carbono reciclado de la corriente de gas que deja el horno de calcinación. Ese dióxido de carbono puede ser introducido en el horno de calcinación por separado del gas enriquecido con oxígeno o mezclado con él. El oxígeno se puede introducir, por ejemplo, con el gas reciclado del horno de calcinación, generalmente en el fondo del horno de calcinación. También se puede introducir en uno o más puntos substancialmente a nivel con el quemador, o con cada uno de éstos. El dióxido de carbono y el carburante también se pueden introducir en uno o más puntos de entrada.

La presencia de una pluralidad de puntos de entrada en el horno de calcinación facilita la regulación de la temperatura... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción de cemento que comprende la calcinación del polvo bruto que contiene carbonato de calcio en un horno de calcinación que tiene una pluralidad de puntos de entrada y se calienta por la combustión de un carburante que contiene carbono con un gas que comprende oxígeno y del 0 al 80% en volumen de dióxido de carbono, y sustancialmente está libre de nitrógeno; introducir del polvo bruto calcinado en un horno tipo kiln en el que tiene lugar la producción de clínker; mantener el gas separado de la fase la calcinación del gas del horno; y aislar el gas producido por la combustión y la calcinación en el horno de calcinación.

2. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la combustión se efectúa con un gas que comprende del 90 al 100% de oxígeno.

3. Un proceso según la reivindicación 1 o 2 en el que el polvo bruto se introduce en el horno de calcinación en una pluralidad de puntos.

4. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el gas se introduce en el horno de calcinación en una pluralidad de puntos.

5. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el oxígeno y el dióxido de 15 carbono en el gas suministrado se introducen por separado en el horno de calcinación.

6. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la cantidad de oxígeno se controla para asegurar sustancialmente la combustión completa del carburante, pero para minimizar el exceso de oxígeno.

7. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el polvo bruto se seca en una

etapa de precalentamiento y se controla la temperatura máxima durante el precalentamiento para evitar la calcinación prematura y la liberación de dióxido de carbono, la temperatura del polvo bruto que deja el precalentador es inferior a aproximadamente 800 °C.

8. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el carburante utilizado para la calcinación es carbón o coke de petróleo.