Procedimiento e instalación para la fabricación de clínker de cemento.

Procedimiento para fabricar clínker de cemento por precalentamiento de harina cruda de cemento (4) en un precalentador y calcinación y sinterización de la harina cruda de cemento precalentada (4),

en el que se utilizan para el precalentamiento los gases de escape (5) producidos durante la calcinación y el proceso de sinterización y se les depura seguidamente en un catalizador SCR (6), y en el que se utilizan durante la calcinación y el proceso de sinterización combustibles sustitutivos (8) que contienen materias olorosas carbonadas y/o compuestos amoniacales y que se secan previamente, en el que se utilizan al menos parcialmente para el enfriamiento brusco del gas de escape antes del catalizador SCR (6) un gas de escape de secado (9') y/o un condensado de vahos (12), producidos durante el secado, y se hacen reaccionar en el catalizador SCR (6) las materias olorosas carbonadas y/o los compuestos amoniacales contenidos en el gas de escape de secado y/o el condensado de vahos (12), y en el que el catalizador SCR (6) reduce los óxidos de nitrógeno y oxida los hidrocarburos.

Procedimiento e instalación para la fabricación de clínker de cemento La invención concierne a un procedimiento y una instalación para la fabricación de clínker de cemento por precalentamiento y calcinación de harina cruda de cemento en un equipo tratamiento térmico, aprovechándose para el precalentamiento los gases de escape producidos durante la fabricación del clínker.

La calcinación de clínker de cemento se efectúa hoy en día casi exclusivamente en instalaciones de horno tubular rotativo a temperaturas alrededor de 1450º C. La energía necesaria para la calcinación es proporcionada usualmente por la combustión de combustibles regulares, tal como el carbón, en el quemador principal. Por motivos de coste, se sustituyen crecientemente en la práctica los combustibles regulares por combustibles sustitutivos. Sin embargo, la utilización de combustibles sustitutivos conduce a una variación de la forma de la llama y de la distribución de temperatura en el horno y lleva así una demanda de energía mayor que tiene como consecuencia unas temperaturas correspondientemente más altas del gas de escape.

En un intercambiador de calor configurado casi siempre como intercambiador de calor ciclónico a contracorriente se calienta y desacidifica la harina cruda de cemento con el gas de escape del horno antes de la entrada en el horno. En la torre del intercambiador de calor se encuentra en general delante de la entrada del horno un calcinador. Aparte del quemador principal, en el calcinador o en la entrada del horno se efectúa una carga de combustible, con lo que se alcanza una alta tasa de desacidificación, se reduce el caudal volumétrico en el horno y se incrementa la producción de clínker. Como combustible pueden utilizarse también en el calcinador, entre otros, residuos biológicos, tal como fango de clarificación de agua.

El fango de clarificación de la depuración comunal de aguas residuales tiene típicamente, después de la deshidratación mecánica, unos contenidos de agua de aproximadamente 70% en peso. Sin embargo, la aportación de fangos con altos niveles de humedad e índices caloríficos correspondientemente pequeños no suponía una contribución significativa a la calcinación/desacidificación. Por el contrario, la aportación de fango de clarificación con alto nivel de humedad puede considerarse como un modo de eliminación del fango de clarificación. A las altas temperaturas del calcinador se descomponen las materias olorosas, tales como los compuestos de carbono y de amoniaco. Sin embargo, la aportación conduce a un caudal volumétrico creciente de gas de escape que requiere un mayor dimensionamiento del precalentador o que limita la producción en las instalaciones existentes.

Por tanto, es ventajoso secar el fango de clarificación antes de la alimentación del mismo. Los gases de escape (vapor o aire) producidos durante el secado están cargados de materias olorosas carbonadas y amoniacales, pudiendo efectuarse el tratamiento de los gases de escape cargados o del condensado de vahos (después de la condensación del vapor de los vahos) con lavadores y/o biofiltros. Sin embargo, se incrementa así significativamente el coste de la instalación. Por tanto, en el documento WO-2010-124702 se propone conducir el gas de escape producido al refrigerador del clínker, pero con esto se tiene que aceptar una reducción de las prestaciones del refrigerador. El documento US-2005-0274067 describe la alimentación al proceso de fabricación de cemento, si bien la alimentación al calcinador o al horno conduce a una menor producción de clínker.

En el documento EP 1 930 303 A1 se utiliza biogás bruto como combustible en la fabricación de cemento, conteniendo el biogás bruto cantidades significativas de amoniaco que funcionan como agente reductor frente a los óxidos de nitrógeno.

Por tanto, la invención se basa en el problema de mejorar el procedimiento o la instalación para fabricar clínker de cemento utilizando combustibles secundarios con altos niveles de humedad, sin que sea necesaria una costosa depuración del gas de escape sobrante y sin que se limite la producción de clínker.

Este problema se resuelve con las características de las reivindicaciones 1 y 7.

En el procedimiento según la invención para la fabricación de clínker de cemento por precalentamiento de harina cruda de cemento en un precalentador y calcinación y sinterización de la harina bruta de cemento precalentada, aprovechándose para el precalentamiento los gases de escape producidos durante la calcinación y durante el proceso de sinterización y depurándose seguidamente estos gases en un catalizador SCR. En la calcinación se utilizan combustibles sustitutivos que contienen materias olorosas carbonadas y/o compuestos amoniacales, cuyos combustibles se secan previamente, aprovechándose al menos parcialmente un gas de escape de secado y/o un condensado de vahos, producidos durante el secado, para el enfriamiento brusco del gas de escape antes del catalizador SCR y/o haciéndose reaccionar las materias olorosas carbonadas y/o los compuestos amoniacales del gas de escape de secado y/o el condensado vahos en el catalizador SCR, reduciendo el catalizador SCR los óxidos de nitrógeno y oxidando los hidrocarburos.

La instalación según la invención para la fabricación de clínker de cemento conforme al procedimiento anterior consta sustancialmente de

- un secador de combustible sustitutivo para secar combustibles sustitutivos que contienen materias olorosas carbonadas y/o compuestos amoniacales, con una primera salida para el combustible sustitutivo secado y una segunda salida para un gas de escape de secado y/o un condensado de vahos, producidos durante el secado, -un equipo de tratamiento térmico para precalentar y calcinar la harina cruda de cemento que está unido con la primera salida del secador de combustible sustitutivo a fin de alimentar el combustible sustitutivo secado y en el que los gases de escape producidos durante la fabricación de clínker se utilizan para el precalentamiento, y -un catalizador SCR para depurar los gases de escape utilizados en el precalentador, estando unida la segunda salida del secador de combustible sustitutivo, a fin de realizar el enfriamiento brusco del gas de escape, con una zona de unión que conduce el gas de escape al catalizador SCR.

Las altas temperaturas durante la calcinación del clínker de cemento generan altas concentraciones de óxidos de nitrógeno del orden de magnitud de 1200 mg/Nm3 con un 10% de O2. La disminución de NOx se efectúa por aportación de agentes reductores con contenido de NH3. El 17. BImSchV regula las emisiones de NOx al realizar la combustión conjunta de residuos para instalaciones de fabricación de clínker de cemento, rigiendo, en función de la proporción de combustible sustitutivo en la potencia calorífica del hogar, un valor límite de NOx entre 500 y 200 mg/Nm3 con un 10% de O2. En general, con la desnitrogenación convencional por medio de SNCR no pueden conseguirse valores límites en el rango inferior de este intervalo.

Por tanto, la utilización del SCR es necesaria para la desnitrogenación catalítica. Preferiblemente, el catalizador SCR se integra en este caso directamente después del precalentador en la línea del gas de escape, ya que aquí, condicionado por el proceso, está presente un intervalo de temperatura conveniente para la desnitrogenación catalítica.

El gas de escape se sigue utilizando después del precalentador para calentar materias primas. Sin embargo, después de esto el intervalo de temperatura es demasiado pequeño para la desnitrogenación catalítica. Debido a la carga de SO2 en el gas de escape se produciría, además, una precipitación de sulfatos de amonio en el catalizador SCR, lo que tendría como consecuencia la desactivación de los centros activos del catalizador. Por tanto, serían necesarios un costoso sistema de desplazamiento de calor y una alimentación adicional de energía.

El catalizador SCR está configurado usualmente como un catalizador de nido de abeja o de placas con aberturas muy pequeñas de aproximadamente 10 mm. Por tanto, las cargas de polvo muy altas de 70 g/Nm3 presentes después del precalentador pueden conducir a un taponamiento de los canales. A mayores temperaturas del gas de escape, especialmente superiores a 400º C, como las que se presentan frecuentemente a consecuencia de la combustión de altas tasas de combustible secundario después del precalentador, se obtiene una mayor tenacidad de los polvos frente a las propiedades del polvo a temperaturas más bajas de, por ejemplo, 350º C que se originan con la utilización de combustibles regulares. Se reduce de manera correspondiente la fluidez y aumenta el peligro de taponamiento.

1. Procedimiento para fabricar clínker de cemento por precalentamiento de harina cruda de cemento (4) en un precalentador y calcinación y sinterización de la harina cruda de cemento precalentada (4) , en el que se utilizan para el precalentamiento los gases de escape (5) producidos durante la calcinación y el proceso de sinterización y se les depura seguidamente en un catalizador SCR (6) , y en el que se utilizan durante la calcinación y el proceso de sinterización combustibles sustitutivos (8) que contienen materias olorosas carbonadas y/o compuestos amoniacales y que se secan previamente, en el que se utilizan al menos parcialmente para el enfriamiento brusco del gas de escape antes del catalizador SCR (6) un gas de escape de secado (9â?) y/o un condensado de vahos (12) , producidos durante el secado, y se hacen reaccionar en el catalizador SCR (6) las materias olorosas carbonadas y/o los compuestos amoniacales contenidos en el gas de escape de secado y/o el condensado de vahos (12) , y en el que el catalizador SCR (6) reduce los óxidos de nitrógeno y oxida los hidrocarburos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se secan los combustibles sustitutivos (8) hasta un nivel de humedad de menos de 15%.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se rebaja la temperatura del gas de escape antes del catalizador SCR (6) por efecto del enfriamiento brusco del gas hasta una temperatura comprendida entre 280 y 400º C.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, aparte del gas de escape extraído (9â?) del secador o del condensado de vahos (12) , se emplea adicionalmente agua nueva o gas de refrigeración (13) para el enfriamiento brusco del gas de escape.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la energía necesaria para el secado de los combustibles sustitutivos (8) se desacopla del proceso del cemento.

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que se transmite indirectamente la energía necesaria para el secado de los combustibles sustitutivos (8) .

7. Instalación para fabricar clínker de cemento según un procedimiento conforme a una o más de las reivindicaciones anteriores, que comprende

- un secador (7) de combustible sustitutivo para secar combustibles sustitutivos (8) que contienen materias olorosas carbonadas y/o compuestos amoniacales, con una primera salida (7c) para el combustible sustitutivo secado (8â?) y una segunda salida (7d) para gases de escape de secado (9â?) y/o un condensado de vahos, producidos durante el secado, -un equipo de tratamiento térmico para precalentar y calcinar la harina cruda de cemento, que está unido con la primera salida (7c) del secador (7) combustible sustitutivo a fin de aportar el combustible sustitutivo secado (8â?) y en el que se aprovechan para el precalentamiento los gases de escape (5) producidos durante la calcinación, y -un catalizador SCR (6) para depurar los gases de escape (5â?) utilizados en el precalentador (1) , a cuyo fin la segunda salida (7d) del secador (7) de combustible sustitutivo está unida, a fin de realizar el enfriamiento brusco del gas de escape, con una zona de unión que conduce al catalizador SCR (6) el gas de escape (5â?) utilizado en el precalentador (1) .

8. Instalación según la reivindicación 7, en la que el secador (7) de combustible sustitutivo comprende un secador de convección y/o un secador de contacto para la transmisión del calor.

9. Instalación según la reivindicación 7, en el que la precalentador (1) presenta varias etapas de ciclón superpuestas (1a-1d) y la segunda salida (7d) del secador de combustible sustitutivo está conectada a la etapa de ciclón más superior (1d) .