專利名稱：包含CaO的微粒或粉狀材料的水合方法和裝置、水合產物、和水合產物的用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包含CaO的微粒或粉狀材料的水合方法。水合的產物可以用于減少窯設備如制造水泥熟料的窯設備的SO2排放。本發明還涉及進行該方法的裝置。
上述種類的方法可以從例如DK/EP 1 200 176得知。這種已知方法的主要缺點是水合的速率慢，這可歸因于這樣的事實包含CaO的生料的水合在空氣和水的混合物中進行，其中水蒸氣的分壓處于相對低的水平。在希望實現包含于材料中的CaO的水合度為80到100％的情況下，這種已知的方法在材料粒子和水蒸氣接觸的過程中需要相對長的停留時間，因此需要相當大的反應體積。還已知這樣的方法，其中包含CaO的材料從窯體系中取出，冷卻到低于250℃的溫度，并且隨后當與液態水混合時進行水合。這種方法的缺點是材料顆粒可能具有凝聚傾向，需要后續的并且昂貴的解聚或研磨這種成塊材料凝聚體成為較小的單個顆粒。這種方法還有的缺點是包含CaO的材料顆粒的水合不總是從外部且向內向顆粒的核心均勻地發生，而是經常以如此的方式發生，一些顆粒完全水合，然而其它顆粒根本沒有被水合，或僅有限程度地水合。
本發明的目的是提供一種減少上述缺點的方法和裝置。
根據本發明利用在引言中所述種類且特征在于以下的方法實現這個目的以確保作為溫度(℃)函數的添加的水的分壓PH2O保持在下式限定的區間內的量添加水6,85-5459(T+273)<logPH2O<5,45-2032(T+273)]]>其中PH2O是以大氣壓為單位的水蒸氣分壓，并且T是以℃為單位的溫度。
由此獲得，該材料顆粒不聚集成凝聚體，并且該顆粒從外部且向內均勻水合，以致于是該材料顆粒的活性表面進行與部分水合有關的水合。這是由于以下事實液態水不會與材料顆粒接觸，因為水在指定的區間內以蒸汽形式出現。
通常，Ca(OH)2由生石灰和液態水之間的反應形成，但是根據本發明，該反應通過水蒸氣來實現。通過將顆粒懸浮在水蒸氣中而不是在液態水中將它們熟化，這可以防止顆粒的凝聚，因此避免后續的并且昂貴的解聚或研磨這些凝聚體成為較小的單個顆粒。
Ca(OH)2是在水合過程中形成的。在水合過程中Ca(OH)2的穩定性主要依賴于溫度和形成的水蒸氣的分壓，如

圖1所示。水合過程應有利地在包含最大量水蒸氣的氣氛中進行。因此，根據本發明，優選的是將包含CaO的材料和水引入到垂直反應器的上端，引導向下通過反應器，以同時汽化和水合，并且水合產物從反應器下端排出反應器。由于在反應器中向下引導方向的運動，不必使用空氣作為材料顆粒的輸送介質，并且因此，可以產生由約100％的純水蒸氣組成的氣氛。水汽化所需要的熱能由該材料提供。
或者，可以將包含CaO的材料引入垂直反應器的上端，并且引導向下通過后者以同時與在沿著反應器高度分布的多個位置處所引入的水進行水合，其中以蒸汽形式的任何剩余水通過反應器上端的開口排出，并且其中水合產物從反應器下端排出反應器。
水合的速率隨著溫度和水蒸氣的分壓增加而增加。然而，該溫度不能超過在給定水蒸氣分壓下Ca(OH)2變得不穩定的溫度。在實際操作中，溫度由包含CaO的材料的溫度、注入的水量、和可能再循環的水合產物的支流(sub-stream)確定，其中該水合產物可以在離開反應器之后被進一步冷卻。重要的是，采用這種水量，使包含CaO的材料的溫度和水蒸氣的分壓分別保持在其中Ca(OH)2穩定、不存在液態水和水合不停止的溫度和壓力范圍內。根據本發明，因此優選的是水合過程中的溫度保持在大于100℃，優選大于200℃，并且最優選大于250℃的水平，并且水蒸氣的分壓保持在0.01到10大氣壓，優選在0.1到2大氣壓，最優選在區間0.9到1.1大氣壓的區間內。
隨后水合產物可以用于減少氣體中的SO2含量。與這種方法有關，僅僅水合產物的外表面與包含要清除的SO2的氣體接觸，并且證明以下事實與如果限制水合在顆粒表面時所獲得的SO2減少相比較，當材料顆粒的水合徹底進行到核心時所實現的SO2減少并沒有顯著提高。還已確定表面水合的初始速率相對高，而后續的核心的水合是緩慢的過程，因為水必須從顆粒表面穿過水合產物層向內擴散到核心。根據本發明，因此優選的是使水合限制到材料顆粒的表面。因此，水合程度可以降低到70％、優選降低到小于50％。如果限制水合到材料顆粒表面，則可以使用較小的反應器，使材料顆粒具有相對短的停留時間。在水合產物用于減少設備中的SO2(其中隨后水合產物被加熱到大于800℃并且因此被煅燒)的一些情況下，這例如在制造水泥的設備的情況，除非所有水合的CaO均與SO2接觸，否則由于隨后在煅燒過程中進行的脫水是吸熱的，這將會導致浪費能量。
本發明的方法可以有利地用于水泥制造設備。水泥制造設備包括窯體系，該窯體系通常包括旋風預熱器、煅燒爐、窯、和熟料冷卻器，其中將水泥生料預熱、煅燒并燒成水泥熟料，該水泥熟料隨后進行冷卻。在這種設備或類似設備中使用本發明的方法的情況中，優選的是將煅燒的生料形式的包含CaO的材料從水泥制造設備的煅燒爐中取出。隨后，從廢氣運動的方向看，在形成SO2的位置之后，立即將水合產物重新引入水泥制造設備的預熱器，以吸收SO2，同時形成硫酸鈣，硫酸鈣與水泥熟料一起從窯體系排出。
本發明用于包含CaO的微粒或粉狀材料的水合的裝置包括含有上端和下端的垂直反應器、在反應器的上端用于一起或分別引入包含CaO的材料和水的裝置、和在反應器的下端用于排出水合產物的裝置。
由本發明的方法提供的產物可以恰當地用于減少窯設備如制造水泥熟料的窯設備的SO2排放。
現在參考概略的附圖，進一步詳細說明本發明，其中圖1表示組分H2O、CaO、和Ca(OH)2作為溫度和H2O(g)的分壓的函數的相穩定性圖，圖2表示使用本發明的方法的常規水泥制造設備，圖3表示本發明裝置的特別優選的實施方案，和圖4表示本發明另一個裝置。
在圖1中，可以看到組分H2O、CaO、或Ca(OH)2的相穩定性圖。在陰影區域，Ca(OH)2是穩定的，并且水以蒸汽的形式存在。在圖表中陰影區域的右側，Ca(OH)2是不穩定的，并且脫水變成CaO+H2O。在圖表中的陰影區域的左側，水以導致材料顆粒凝聚的液態形式存在。當進行本發明的方法時，溫度和分壓必須保持在可由下式數學地限定的陰影區域內6,85-5459(T+273)<logPH2O<5,45-2032(T+273)]]>其中PH2O是以大氣壓為單位的水蒸氣分壓，并且T是以℃為單位的溫度。
在圖2中，看到一個水泥制造設備，它包括具有四個旋風級1a到1d的旋風預熱器1，具有分離旋風器2a的煅燒爐2，旋轉窯3和熟料冷卻器4。該設備以常規的方式進行操作，在旋風器預熱器的第一旋風級1a的進口管的進口8引入原材料，并且當首先通過預熱器1、煅燒爐2并且隨后通過旋轉窯3分別以與旋轉窯中的燃燒器9和煅燒爐2中的燃燒器10中產生的熱廢氣逆流的方式進行輸送時進行加熱、煅燒并且燒成熟料。隨后，在熟料冷卻器4中冷卻煅燒的熟料。
本發明的方法可以有利地用于這種設備。
根據本發明，從設備煅燒階段取出大量熱的煅燒生料，這種生料具有高含量的CaO。原則上，從這個階段取出這種生料可以以任何適當的方式進行，例如通過使用安裝在分離旋風器2a下面的分離器閘門(splitter gate)。在所示的優選實施方案中，煅燒的生料通過與分離旋風器2a平行安裝的小旋風器5a取出。通過旋風器5a取出的材料的量可以通過閘門5b適當調節。然后取出的煅燒生料引導到包括具有上進口端和下出口端的垂直反應器6a的水合單元6(見圖3)。如果取出的物料的支流不均勻，則可以安裝用作緩沖器的中間貯倉(未顯示)，以便使引導到水合單元6的物流變得平穩。一般地，當從煅燒爐階段取出時，取出的煅燒生料的溫度為800℃左右，因此，必須在它引入到中間貯倉(如果有的話)之前冷卻該生料。
煅燒的包含CaO的生料的充分水合在圖3進一步詳細顯示的水合單元6中進行。根據本發明的優選實施方案，在反應器的上端將煅燒的生料和水引入水合單元6的反應器6a。生料可以適當的方式通過進口6b引入，而水可以適當的方式通過一個或多個噴嘴6c引入，可與霧化空氣混合。首先，在水合單元6的上部，注入的水將冷卻所供應的生料，并且在以后的下部中，其將與CaO反應，同時形成Ca(OH)2。在所述的實施方案中，水合單元6包括安裝在反應器6a的直接延伸處的下部沉降室6d。在操作過程中，水合產物將在沉降室6d中沉降，從中其可通過出口6e取出。
沒有與CaO反應的水的量、和霧化空氣(如果使用)可以通過管6f取出。這個管6f可以在底部配置旋風器，用于分離懸浮在所取出空氣中的灰塵。
根據本發明，水合產物可以用于減少離開旋風預熱器1的廢氣中的SO2。這可以通過利用適當的傳輸裝置7從水合單元6引導水合產物并且將其與通過進口8引入預熱器1的生料進料混合而進行。然而，也可以在別處引入水合產物，例如任意的旋風級，或如果有的話，在調節(conditioning)塔(未顯示)中。
有時候，有利的是，將一些水合產物再循環到水合單元6。這可以通過包括用于從傳輸裝置7中取出一些水合產物的旋風器的傳輸裝置7a進行。如果例如要進行水合的包含CaO的材料的溫度超過為蒸發CaO水合所需的水量提供熱能所需的溫度，這例如可以是從其中溫度一般高于800℃的水泥制造設備的煅燒爐中取出包含CaO的材料的情況，有利的是將一部分水合產物再循環到水合單元6中。結果，再循環的冷卻產物會降低水合單元6的溫度，從而也減少將包含CaO的材料的溫度維持在Ca(OH)2穩定的溫度范圍內所需的水量。水合產物再循環到水合單元中使得可以不取決于注入的水量而調節水合單元6的溫度，并且材料的水合程度通過循環因數改變。這也會減小濕料粘到反應器壁上并且在反應器壁上形成結塊的風險。
在圖4中，可以看到實現本發明的裝置的另外一個實施方案。在這個實施方案中，通過進口6b將煅燒的生料引入水合單元6的反應器6a的上端。水可以利用沿著反應器的高度分布的一個或幾個噴嘴6c引入，可與霧化空氣混合。在水合單元6的最初上部中，注入的水會冷卻所供應的生料，并且在最后下部中，其將與CaO反應，同時形成Ca(OH)2。水合產物可以通過閘12取出。沒有與CaO反應的水的量、和相應的霧化空氣，可以通過開口6f取出，在所示實施例中開口6f與進口6b相同。一部分水合產物可以通過管7a再循環到進口6b。如果需要冷卻再循環的產物，該裝置可以并入冷卻單元11。
權利要求
1.包含CaO的微粒或粉狀材料的水合方法，其特征在于以確保作為溫度(℃)函數的添加的水的分壓PH2O保持在下式限定的區間內的量添加水，6,85-5459(T+273)<logPH2O<5,45-2032(T+273)]]>其中PH2O是以大氣壓為單位的水蒸氣分壓，并且T是以℃為單位的溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于將包含CaO的材料和水引入到垂直反應器的上端，引導向下通過后者以同時進行汽化和水合，并且水合產物在反應器下端排出反應器。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于將包含CaO的材料引入垂直反應器的上端，并且引導向下通過后者以同時與在整個反應器高度上分布的多個位置處所引入的水進行水合，其中以蒸汽形式的任何剩余水通過反應器上端的開口排出，并且其中水合產物從反應器下端排出反應器。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于將水合過程中的溫度保持在大于100℃，優選大于200℃，并且最優選大于250℃的水平。
5.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于將水蒸氣的分壓保持在0.01到10大氣壓，優選0.1到2大氣壓，最優選0.9到1.1大氣壓的區間內。
6.根據權利要求1-5中任何一項所述的方法，其特征在于將一些水合產物再循環到水合單元。
7.根據權利要求1-6中任何一項所述的方法，其特征在于將水合限制在材料顆粒的表面。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于水合程度小于70％，優選小于50％。
9.根據權利要求1-8中任何一項所述的方法，其特征在于從水泥制造設備的煅燒爐中取出以煅燒生料形式的包含CaO的材料。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于從廢氣的運動方向看，在形成SO2的位置之后立即隨后將水合產物再引入水泥制造設備的預熱器中，以便吸收SO2。
11.實施權利要求2所述的方法的裝置，其特征在于它包括含有上端和下端的垂直反應器(6a)、在反應器的上端用于一起或分別引入包含CaO的材料和水的裝置(6b、6c)、和在反應器的下端用于排出水合產物的裝置(6d、6e)。
12.實施權利要求3的方法的裝置，其特征在于它包括含有上端和上端的垂直反應器(6a)、在反應器的上端用于引入包含CaO的材料的裝置(6b)、在反應器的上端用于排出以蒸汽形式的任何剩余水的裝置(6f)、沿著反應器高度設置的用于將水引入反應器的裝置(6c)、和在反應器的下端用于排出水合產物的裝置(12)。
13.根據權利要求1-10中任何一項所述方法提供的產物。
14.根據權利要求1-10中任何一項所述方法提供的產物在減少窯設備SO2排放中的用途。
全文摘要
公開一種用于包含CaO的微粒或粉狀材料的水合的方法和裝置。該方法的特點在于用以下用量添加水，該用量確保作為溫度(℃)函數的添加的水的分壓P
文檔編號B01F3/06GK1942400SQ200580011418
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月16日 優先權日2004年4月16日
發明者詹斯·P·哈森, 拉爾斯·斯卡拉普詹森 申請人:Flsmidth公司