專利名稱：一種高濃度回收水泥生產過程中CO₂氣體的方法
技術領域：
本發明涉及水泥生產技術領域，特別是一種用于高濃度地回收水泥制造過程中燃料燃燒產生的CO2氣體和水泥原料熱解煅燒時產生的CO2氣體的方法。
背景技術：
CO2被認為是造成地球溫暖化的主要氣體之一。在我國，電力、鋼鐵、石油、化工和建材是能源和污染物排放最多的工業部門，而在建材產業中，水泥生產所造成的CO2排放就占全國CO2排放總量的18-22%。因此，水泥生產過程CO2減排具有重要的意義。水泥生產過程CO2排放仍然以原料分解、燃料燃燒和電力消耗為主排放源，三者的總排放量約占水泥生產排放量的75%。水泥窯尾氣成分復雜且CO2濃度偏低，通常為10-15%，其它組分有N2、O2> SO2, NOx等，其中絕大多數是來自燃燒空氣中的N2?？刹扇〉臏p少水泥生產過程CO2向大氣排放的措施，一方面優化生產工藝過程，使用替代燃料，但更重要的一方面是回收水泥生產過程產生的C02。中國專利200610092071.4公開了一種利用水泥窯尾氣制備食品級液體二氧化碳的方法，利用鉀堿復合活化溶液吸收水泥窯尾氣中的10-15%濃度的CO2,再升溫解吸、分離出高濃度CO2，但由于尾氣中的CO2濃度太低，回收成本很高。日本三菱綜合材料株式會社在中國申請的PCT專利200980116294.1公開了一種水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法及回收設備，采 取的方法包括下述幾種:(1)將煅燒前的水泥原料在過熱爐中過熱至煅燒溫度以上后，在混合煅燒爐中與新的煅燒前的水泥原料進行混合；(2)將煅燒前的水泥原料與從水泥窯排出的高溫的水泥熟料的一部分在混合煅燒爐中進行混合；以及使用外熱式煅燒爐。這是從改進水泥生產工藝角度來有效地活用水泥制造設備中的熱源來達到高濃度地回收CO2的目的。

發明內容
本發明解決的問題是提供一種高濃度回收水泥生產過程中CO2氣體的方法，解決了如何在尾氣排放末端直接回收高濃度CO2氣體的問題。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:
一種高濃度回收水泥生產過程中CO2氣體的方法，包含如下步驟:將O2/水蒸汽/CO2混合氣或02/0)2混合氣從水泥窯爐尾部通入水泥窯爐，并使水泥窯爐內的燃料燃燒；將水泥窯爐內的水泥原料煅燒生成熟料，煅燒溫度為1400-1800°c ;將所述熟料向所述水泥窯爐尾部移動，使其與通入的混合氣接觸，預熱所述混合氣，同時使所述熟料冷卻后從水泥窯爐尾部或底部排出；將預熱后的混合氣部分通入熱分解器，并加入燃料燃燒，使經多級換熱器后進入熱分解器的生料進行熱分解，形成含CO2的高溫煙氣和水泥原料；所述水泥原料進入水泥窯爐煅燒生成熟料；將高溫煙氣向上流動通過多級換熱器；將生料通過多級換熱器向下流動，使生料被高溫煙氣預熱；將經過多級換熱器的高溫煙氣通過冷卻器，使高溫煙氣中的水蒸氣形成液態水而被分離，回收獲得高濃度CO2氣體。進一步的，所述O2/水蒸汽/CO2混合氣中的水蒸汽體積百分比為20 60%。
進一步的，所述水泥窯爐為臥式或立式窯爐。進一步的，所述高溫煙氣中水蒸汽體積百分比為20-60%。進一步的，所述多級換熱器為四級換熱器。進一步的，所述多級換熱器和所述冷卻器之間設置有高溫引風機。與現有技術相比，本發明具有以下優點:
通過將從水泥窯爐尾部通入水泥窯爐的氣體改用O2/水蒸汽/CO2混合氣或o2/co2混合氣，不僅有效冷卻了在水泥窯爐內煅燒出來的熟料，而且該混合氣在經過熱分解器燃燒及多級換熱器后，形成主要成分為CO2和水蒸汽高溫煙氣，從而方便回收獲得高濃度co2。本發明所述的高濃度回收水泥生產過程中CO2氣體的方法，工作效率高，環境污染小，回收的CO2氣體濃度可以達到95%，具有良好的節能減排效果。


圖1為本發明具體實施例回收方法流程示意圖。圖2為本發明具體實施例工藝流程圖。圖3為本發明具體實施例的換熱器工作示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明。結合圖1和圖2所示， 一種高濃度回收水泥生產過程中CO2氣體的方法，包含如下步驟:步驟Sll:將O2/水蒸汽/CO2混合氣或02/C02混合氣G從水泥窯爐Rl尾部通入水泥窯爐R1，使水泥窯爐Rl內的燃料在高CO2濃度下的富氧燃燒。該氣氛下，燃燒產生的煙氣組分基本上為二氧化碳和水蒸汽，不含有N2氣。步驟S12:將水泥窯爐Rl內的水泥原料煅燒生成熟料。水泥窯爐Rl內燃燒產生的高溫1400-1800°C，在此高溫環境下，水泥窯爐Rl內的水泥原料被煅燒成熟料。步驟S13:將所述熟料向所述水泥窯爐Rl尾部移動，使其與通入的O2/水蒸汽/CO2混合氣或02/C02混合氣G接觸。利用熟料所帶的熱量與混合氣G進行熱量交換，使得在冷卻熟料的同時預熱了混合氣G。熟料在冷卻后，從水泥窯爐Rl尾部或底部的排出口 2排出。所述水泥窯爐Rl為回轉式臥式或立式窯爐，當為臥式時采取頭高尾低放置，使得其旋轉過程中，內部的熟料慢慢向尾部移動，最終從尾部或底部的排出口 2排出。由于混合氣G采用逆向通入水泥窯爐Rl內，使得熟料在排出水泥窯爐Rl時，不會帶出廢氣，具有良好的環保效果。步驟S14:預熱后的混合氣G除了通入水泥窯爐Rl外，還一部分通入熱分解器R2。同時向熱分解器R2中加入燃料(也就是熱分解器R2設有燃料添加口 5，通過燃料添加口 5可以向其加入燃料)，使燃料在高CO2濃度下進行富氧燃燒。燃燒產生的高溫將熱分解器R2內的生料進行熱分解，形成含CO2的高溫煙氣和水泥原料。所述生料是經過多級換熱器(本實施例中采用四級，即C1-C4)換熱、分散后進入熱分解器R2的。所述高溫煙氣中水蒸汽體積百分比為20-60%。步驟S15:所述水泥原料進入水泥窯爐Rl煅燒生成熟料，然后排出；同時，所述高溫煙氣向上流動通過多級換熱器C4至Cl，與至上而下的生料I進行換熱，并將其分散。也即，將生料I分散、預熱。所述生料I部分經換熱器C4進入水泥窯爐Rl中。步驟S16:將從最后一級換熱器Cl出來的高溫煙氣直接通入冷卻器R4，在冷卻器R4內進行冷卻，使高溫煙氣中的水蒸氣形成液態水，從冷卻器R4底部出口 4流出而分離；高溫煙氣中的CO2則從冷卻器頂部出口 3被回收，從而獲得高濃度CO2氣體。在換熱器Cl與冷卻器R4之間裝有高溫引風機R3，用于將混合氣G向上抽引，最后進入冷卻器R4再排出。上述所述的生料I包括石灰質、粘土、鐵(鋁)等用于制作水泥的原材料經過一定配比，并粉磨、均化得到的配料。其中，石灰質是石灰石、泥灰巖、白堊或工業廢渣(如電石渣、白泥等)中的至少一種；粘土則是黃土、頁巖、粉砂巖、河泥、粉煤灰、煤矸石等中的至少一種。
圖3為換熱器的工作示意圖。如圖3所示，所述換熱器包括下一級上升管道31、上一級下料管道32、旋風筒36、下料管道34、上升管道35，當物料W (也即生料)從上一級下料管道32落下，與從下一級上升管道31上來的氣體Q (也即高溫煙氣)相遇，并被上升氣體Q吹入旋風筒36 ;在氣體Q與物料W相遇至進入旋風筒36前，物料W被氣體Q分散，并與氣體Q進行熱交換。由于氣體Q的作用，當物料W進入旋風筒36后，物料W在旋風筒36內旋轉并分離，通過下料管道34落入下一級換熱器中；而氣體Q則從旋風筒36頂部的上升管道35流出，進入上一級上升管道。物料W在每一級換熱器中換熱后，由于溫度的升高，會逐漸發生熱分解及熱反應，使其最后進入水泥窯爐進行煅燒時，節省了煅燒時間，能夠快速煅燒形成熟料，有效提聞了熟料的制備效率。本發明實施例所述的一種高濃度回收水泥生產過程中CO2氣體的方法，通過將從水泥窯爐尾部通入水泥窯爐的氣體改用O2/水蒸汽/CO2混合氣或o2/co2混合氣，不僅有效冷卻了在水泥窯爐內煅燒出來的熟料，而且該混合氣在經過熱分解器燃燒及多級換熱器后，形成主要成分為CO2和水蒸汽高溫煙氣，從而方便回收獲得高濃度co2。本發明所述的高濃度回收水泥生產過程·中CO2氣體的方法，工作效率高，環境污染小，回收的CO2氣體濃度可以達到95%，具有良好的節能減排效果。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種高濃度回收水泥生產過程中CO2氣體的方法，其特征在于，包含如下步驟: 將O2/水蒸汽/CO2混合氣或o2/co2混合氣從水泥窯爐尾部通入水泥窯爐，并使水泥窯爐內的燃料燃燒； 將水泥窯爐內的水泥原料煅燒生成熟料，煅燒溫度為1400-1800°c ； 將所述熟料向所述水泥窯爐尾部移動，使其與通入的混合氣接觸，預熱所述混合氣，同時使所述熟料冷卻后從水泥窯爐尾部或底部排出； 將預熱后的混合氣部分通入熱分解器，并加入燃料燃燒，使經多級換熱器后進入熱分解器的生料進行熱分解，形成含CO2的高溫煙氣和水泥原料； 所述水泥原料進入水泥窯爐；所述高溫煙氣向上流動通過多級換熱器，使其對至上向下流動的生料進行預熱、分散； 將經過多級換熱器的高溫煙氣通入冷卻器，使高溫煙氣中的水蒸氣形成液態水而被分離，回收獲得高濃度CO2氣體。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述O2/水蒸汽/CO2混合氣中的水蒸汽體積百分比為20 60%。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述水泥窯爐為臥式或立式窯爐。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高溫煙氣中水蒸汽體積百分比為20-60%o
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多級換熱器為四級換熱器。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多級換熱器和所述冷卻器之間設置有高溫引風機。
全文摘要
本發明公開了一種高濃度回收水泥生產過程中CO2氣體的方法，所述方法利用O2/水蒸汽/CO2混合氣或O2/CO2混合氣替代空氣，作為燃燒助劑從水泥窯爐尾部通入水泥窯爐，該混合氣不僅冷卻了在水泥窯爐內煅燒出來的熟料，而且混合氣在經過熱分解器燃燒及多級換熱器后，形成主要成分為CO2和水蒸汽的高溫煙氣，從而方便回收獲得高濃度CO2。本發明所述的高濃度回收水泥生產過程中CO2氣體的方法，工作效率高，環境污染小，回收的CO2氣體濃度可以達到95%，具有良好的節能減排效果。
文檔編號C04B7/36GK103232178SQ20131017313
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月13日 優先權日2013年5月13日
發明者汪印, 劉殊遠, 邢貞嬌 申請人:中國科學院城市環境研究所