用于使碳酸化的材料脱碳酸的方法及其设备与流程

1.本发明涉及一种用于使碳酸化的材料诸如石灰石或白云石脱碳酸的方法，以及相关的设备。背景和现有技术
2.传统上，石灰石或白云石的脱碳酸通过在窑中煅烧来进行。
3.传统的窑经由矿物的脱碳酸和燃料的燃烧排出大量的co2。在处罚碳排放的新兴市场中寻找更清洁的工业设施和节约成本方面，已经努力通过引入热再生措施来减少窑的co2足迹。例如，将由产品冷却加热的空气吹入窑的燃烧区中并且用于燃料的燃烧。要求这些改进实现比热输入《5.2gj/吨产品的效率。然而，在已知窑中所产生的co2仍然被排放至大气，因为其不能被使用或封存(因为其在烟道气中被稀释太多)。
4.为了克服这些缺点，技术人员已经提出了如us 4,707,350中所披露的煅烧炉的构思，其中石灰石颗粒在闭环回路中被co2气体夹带/输送。首先将碳酸化的微粒预热，然后将它们进料到反应器中，在该反应器中在高温下进行脱碳酸。该已知方法克服了大多数已知缺点。脱碳酸在基本上不含氮气的气氛中进行。所产生的co2可以被使用或封存。然而，在位于脱碳酸反应器下游的冷却区中，脱碳酸的颗粒在富含co2的气氛中的延长的停留时间导致产物(即石灰)的再碳酸化。
5.专利ep 2230223 b1披露了包括腔室的窑，其中第一腔室专用于利用不含氮气的气氛进行脱碳酸，并且第二腔室专用于在不含co2的气氛中冷却脱碳酸的颗粒，以便限制产物(即石灰)暴露于co2。该方法进一步传授了回收能量的解决方案。该窑(亦称竖窑)呈现静态技术，其中将卵石堆叠在腔室中。
6.ep 2230223 b1的窑被构思成用卵石操作，为此在实践中很难具有适当的密封设备而不在两个腔室之间引入复杂的锁定机构。此外，该窑不提供优化石灰石采石场的操作的可能性。实际上，在生产卵石所需的粉碎操作期间产生的细粉通常很难用于此种窑中。最后，最大生产量典型地是约500至600t/天，并且该水平对于达到规模经济来说较低。
7.专利申请ep 3221264 a1传授了用于在闪速煅烧炉中生产高度煅烧且均匀煅烧的产物的方法，其中细碳酸化的材料的脱碳酸在几秒钟内发生。然而，该公开未能披露关于如何操作两个分开的回路(即，煅烧和冷却回路)的任何措施，在回路中使两种不同的夹带气体(一种富含co2并且第二种不含co2)循环用于输送碳酸化/脱碳酸的材料的颗粒，并且该公开未能从碳酸化的材料获得冷却的纯co2和脱碳酸的材料的期望产物。发明目的
8.本发明旨在提供由现有技术所提供的传授内容的至少一个缺点的解决方案。
9.更具体地，本发明旨在提供用于产生适合用于封存或使用的富co2流同时允许具有高脱碳酸等级的产品(例如生石灰、煅烧白云石)的高生产量的脱碳酸的方法和设备。


技术实现要素：

10.出于以上目的，本发明涉及一种用于石灰石、白云石或其他碳酸化的材料的脱碳
酸的方法，所述方法包括以下步骤：-将碳酸化的材料的颗粒在第一回路的反应器中加热至其中(优选地大部分)碳酸化的材料的二氧化碳被释放的温度范围，以获得包括cao和/或mgo的脱碳酸的颗粒；-在第一回路中通过第一夹带气体输送碳酸化的材料的颗粒用于预热所述碳酸化的材料，所述夹带气体包括所述二氧化碳，所述气体组合物基本上不含氮气；-从第一夹带气体流中分离碳酸化的颗粒；-将脱碳酸的颗粒转移至包括第二夹带气体的第二回路的冷却区段，在其中所输送的脱碳酸的颗粒释放其热能的一部分；-从第二夹带气体流中分离脱碳酸的颗粒；其中所述第二夹带气体基本上不含二氧化碳，并且其中第一和第二回路通过选择性分离装置分离，该选择性分离装置允许固体通过同时基本上防止夹带气体通过。
11.根据本发明的具体实施例，该方法包括以下技术特征中的一个或多个：-将碳酸化的材料的颗粒引入第一回路的预热区段中的步骤使得所述颗粒通过第一夹带气体借助于固-气热交换而被预热；-在第二回路的加热区段中引入碳酸化的材料的颗粒的步骤，加热区段被定位在冷却区段的下游，使得从这些脱碳酸的颗粒释放至第二夹带气体中的热量被用于借助于固-气热交换来加热碳酸化的材料的颗粒，经加热的颗粒随后被转移至反应器中或预热区段的上游；-从第二夹带气体流中分离碳酸化的材料的颗粒的步骤；-从第一夹带气体流中分离脱碳酸的材料的颗粒的步骤；-将反应器中所释放的二氧化碳的至少一部分在第一回路中再循环、优选地将所述二氧化碳再循环至反应器的步骤；-从离开反应器的第一夹带气体的至少一部分中分离至少一种成分、特别是水的步骤；-二氧化碳占离开反应器的第一夹带气体的干组合物的按体积计至少50％、优选地至少85％；-将第二夹带气体的热量的至少一部分回收利用、优选地将热量从第二夹带气体交换至第一夹带气体、更优选地通过位于第一回路与第二回路之间的气-气热交换器的步骤；-控制第一回路或第二回路中的通气窗或阻尼器的步骤使得跨越选择性分离装置的绝对压力差保持低于预定值、优选地保持在给定压力范围内。-反应器是第一反应器，所述方法包括延长脱碳酸程度和/或调节产物反应性、优选地延长颗粒在第二反应器中的保留时间的步骤；-在反应器外部的燃烧器中燃烧第二夹带气体的至少一部分的步骤，所述反应器包括外燃式煅烧炉；-使用来自外燃式煅烧炉的烟道气中的热能预热碳酸化的材料的至少一部分的步骤；-其中从第一夹带气体流中分离碳酸化的颗粒的步骤包括从第一夹带气体流中惯性地分离碳酸化的颗粒的步骤；-其中从第二夹带气体流中分离脱碳酸的颗粒的步骤包括从第二夹带气体流中惯性地分离脱碳酸的颗粒的步骤；-其中从第二夹带气体流中分离碳酸化的材料的颗粒的步骤包括从第二夹带气体流中惯性地分离碳酸化的材料的颗粒的步骤；-其中从第一夹带气体流中分离脱碳酸的材料的颗粒的步骤包括从第一夹带气体流中惯性地分离脱碳酸的材料的颗粒的步骤；-其中碳酸化的矿物的颗粒具有小于10mm、优选地小于6mm、更优选地小于4mm的d90。
12.本发明还涉及一种用于石灰石、白云石或其他碳酸化的材料的脱碳酸的设备，其用于进行方法，包括：-第一回路，在该第一回路中基本上不含氮气的第一夹带气体输送所述碳酸化的矿物的颗粒，所述第一回路包括反应器，在该反应器中所述颗粒被加热至其中二氧化碳被释放的温度范围以获得包括cao和/或mgo的脱碳酸的颗粒；-第二回路，在该第二回路中使基本上不含二氧化碳的第二夹带气体循环(流动)，第二回路包括冷却区段，在该冷却区段中从第一回路转移的脱碳酸的颗粒将其热能的一部分释放至第二夹带气体；-连接第一回路和第二回路的至少一个选择性分离装置，该选择性分离装置被布置成允许在第一回路与第二回路之间转移碳酸化的材料的颗粒或所述材料的脱碳酸的颗粒，同时基本上防止气体通过，特别是虹吸元件、环形密封件、单个或多个翻门、台式进料器、分格式轮闸、流体密封罐、“美元”板、或以下阀中的任一种：旋转阀、锥形阀、j阀、l阀、滴流阀和瓣阀。
13.根据本发明的具体实施例，该设备包括以下特征中的一个或多个：-第二回路的冷却区段包括第一固/气悬浮热交换器；-第二回路包括位于第二回路的冷却区段下游的加热区段，优选地所述加热区段包括固/气悬浮热交换器；-第一回路包括预热区段，所述预热区段至少包括第一固/气悬浮热交换器和/或第二固/气悬浮交换器，优选地所述第二固/气悬浮交换器被定位在所述第一固/气悬浮热交换器的下游；-第一或第二回路的第一固/气悬浮热交换器和/或第二固/气悬浮交换器包括至少一个分离器、特别是惯性分离器、优选地旋风分离器，该至少一个分离器包括入口、出口和用于收集分离的颗粒的返回通道；-第一选择性分离装置连接第一和第二回路，允许脱碳酸的颗粒从第一回路转移至第二回路，同时基本上防止气体通过，第一选择性分离装置被连接在第二回路的第一悬浮热交换器的入口的上游；-第一回路的第一悬浮热交换器的返回通道被连接至反应器的入口，优选地第一回路的第二悬浮热交换器的返回通道被连接在第一回路的第一悬浮加热器的入口的上游，两个悬浮热交换器被串联连接；-第二选择性分离装置连接第一和第二回路，允许碳酸盐颗粒从第二回路转移至第一回路，同时基本上防止气体通过，其中第二回路的第二固/气悬浮热交换器的返回通道
被连接至第一回路，优选地所述选择性分离装置被连接至反应器或第一回路的元件的上游，所述元件是第一固/气悬浮热交换器或第二固/气悬浮热交换器；-冷凝器用于从第一夹带气体中分离至少一种成分、特别是水，所述冷凝器被定位于第一回路中反应器下游；-第一回路包括回收利用通道用于将第一夹带气体的至少一部分从预热区段或冷凝器下游的位置回收利用至反应器上游的位置；-第二回路包括热回收元件，优选地所述热回收元件被配置成在第一回路的区段处将累积在第二夹带气体中的热量交换至第一夹带气体，更优选地所述热回收系统是位于第一回路与第二回路之间的热交换器；-反应器包括以下元件中的至少一种：电加热器、氧气燃烧器、间接煅烧炉诸如固体热载体反应器、外燃式煅烧炉、或电加热煅烧炉、或其组合；-反应器包括流化床反应器、夹带床反应器、循环流化床或其任何组合；-外燃式煅烧炉包括排气通道，所述通道被连接至第二回路、优选地加热区段的上游；-外燃式煅烧炉包括进气通道，所述通道被连接至第二回路、优选地加热区段的下游。
附图说明
14.现在将参考附图更详细地描述本发明的优选方面，其中相同的附图标记示出相同的特征。
15.附图标记清单2第一回路，煅烧回路4第一夹带气体6碳酸化的颗粒8反应器/第一反应器12第二回路，冷却回路14第二夹带气体16脱碳酸的颗粒20，21选择性分离装置，密封设备22第二回路的冷却区段24第二回路的(第一)固/气悬浮热交换器24.1第二回路的(第一)固/气悬浮热交换器的入口24.2第二回路的(第一)固/气悬浮热交换器的出口24.3第二回路的(第一)固/气悬浮热交换器的返回口32第二回路的加热区段34第二回路的(第二)固/气悬浮热交换器34.1第二回路的(第二)固/气悬浮热交换器的入口34.2第二回路的(第二)固/气悬浮热交换器的出口34.3第二回路的(第二)固/气悬浮热交换器的返回口
42第一回路的预热区段44第一回路的(第一)固/气悬浮热交换器44.1第一回路的(第一)固/气悬浮热交换器的入口44.2第一回路的(第一)固/气悬浮热交换器的出口44.3第一回路的(第一)固/气悬浮热交换器的返回口46第一回路的(第二)固/气悬浮热交换器46.1第一回路的(第二)固/气悬浮热交换器的入口46.2第一回路的(第二)固/气悬浮热交换器的出口46.3第一回路的(第二)固/气悬浮热交换器的返回口50冷凝器60气-气热交换器82氧气燃烧器84外燃式煅烧炉86第二反应器90回收利用通道100排气通道110进气通道
具体实施方式
16.图1a示出用于石灰石、白云石或其他碳酸化的材料的脱碳酸的设备，其包括本发明的关键特征。以下所披露的所有其他实施例都源自图1a中所披露的核心构思。在图1a中，将碳酸化的材料6(诸如呈筛过的或研磨过的颗粒的形式的石灰石或白云石)进料到第一回路2中，在该第一回路中使第一气体4循环，所述气体4是反应器8的排出气体。碳酸化的材料6的颗粒被夹带/输送至反应器8，在该反应器中在高温下进行脱碳酸。第一气体4被选择为基本上不含氮气。例如，氮气占第一气体组合物的小于10体积％、特别是小于5体积％。这有助于将排出气体4最终纯化成用于下游co2使用或封存的合适纯度。此外，当在基本上不含氮气的气氛中进行脱碳酸时，产生可忽略量的nox。实际上，nox可能在加热下和在作为空气的两种主要成分的氧气和氮气的存在下形成。第一回路2因此与环境空气密封隔离。使用第一气体4来预热碳酸化的材料6的颗粒。第一气体4主要产生自在反应器8中的脱碳酸过程期间释放的co2和任选地从与脱碳酸过程结合的燃烧产生的气体。应当注意，第一气体4将碳酸化的材料6的颗粒输送离开反应器8，该反应器是第一气体4流的气体源。为了向反应器8进料碳酸化的材料6的颗粒，在分离器44诸如旋风分离器中进行固/气分离、优选地惯性分离。分离器44不仅帮助将固体材料与夹带气体分离，而且还增强热交换。实际上，由于固体颗粒在气体流中的适当分布，固体的广大表面积与气体接触，所以固体颗粒在被分离之前被夹带气体有效地加热。因此，固体和气体材料在非常短的时间内(典型地几分之一秒)达到类似的温度。该类型的热交换器被称为固-气热交换器或悬浮热交换器44，并且可以典型地含有若干个气-固分离器以接近第一气体4与碳酸化的颗粒6之间的逆流接触。一旦碳酸化的颗粒6在反应器8中被脱碳酸，脱碳酸的颗粒16经由连接第一和第二回路2和12的选择性分离装置20被转移至第二回路12。选择性分离装置20(密封设备)被布置成允许脱碳酸的
材料16的颗粒从第一回路2转移至第二回路12，同时基本上防止气体4进入回路12和气体14进入回路2。该选择性分离装置20可以是虹吸元件、环形密封件(loop seal)、单个或多个翻门(flap)、台式进料器、分格式轮闸(cellular wheel sluice)、流体密封罐、“美元(dollar)”板、或以下阀中的任一种：旋转阀、锥形阀、j阀、l阀、滴流阀和瓣阀(flapper valve)。基本上不含co2的第二气体14在第二回路12中循环，以便避免脱碳酸的材料16的颗粒与第一回路中存在的co2反应。第二气体14中的co2占小于5体积％。第二气体14不仅用于输送脱碳酸的材料16的颗粒，而且用于在含有气-固分离器诸如旋风分离器或一系列旋风分离器的专用固-气热交换器或悬浮热交换器24中冷却它们。
17.此外，即使来自石灰/白云石反应器的烟气中co2的量是显著的，本发明的方法和设备也确保用于通过与cao/mgo直接接触来冷却石灰/白云石的任何气体混合物(第二气体14)基本上不含co2。因此，该气体混合物(第二气体14)将避免任何重新转化回caco3/mgco3。因此，本发明允许使石灰石/白云石中碳酸盐的残留量达到可接受的水平(例如以重量计小于5％)。
18.图1b示出了第一实施例的变体，其中预热器包括多于一个旋风分离器、特别是两个旋风分离器44、46。甚至更高数量的旋风分离器(3至5)也可以在经济上是合理的，以通过利用在现有技术中所描述的类似的悬浮预热器设置中实现的逆流气-固接触模式来确保碳酸化的材料6的更有效的预热。
19.图2a和2b示出了包括两个气体回路(即，第一2和第二12回路)的第二实施例，其中回路2、12用单个密封设备20(选择性分离装置、特别是环形密封件)保持分离。为了便于其理解，图2a以类似于图2b的简化形式表示第二实施例。在第二实施例中，产生自煅烧的全部气体(离开反应器8的第一气体4)可以通过蒸发冷凝器50进行处理，去除h2o，允许达到高水平的co2(例如co2》85％干燥体积)。将离开蒸发冷凝器50的干燥气体4的一部分作为干燥的第一气体4从第一回路2中移除，以被调节用于碳封存(ccs)或碳利用(ccu)，同时其余部分经由回收利用通道90再循环回到第一回路2中。将相对纯的o2源与再循环的第一气体4混合或者引入反应器8中靠近一个或多个燃料注入区域。调节o2和注入的燃料的量以确保燃烧和煅烧之后气体中的废热刚好足以充分预热进入的碳酸化的材料6，同时还维持刚好高到足以避免h2o冷凝的气体离开温度，这避免滤尘器的结垢。然后将再循环的煅烧气体或再循环的煅烧气体与纯o2的混合物在气体到气体热交换器60中用来自冷却回路(第二回路12)气体的能量预热，该冷却回路气体回收自成品冷却(即，脱碳酸的材料16的颗粒的冷却)。然后预热的再循环气体被引导回到煅烧区(反应器8)，用于燃烧进入反应器8的合适的燃料流。
20.优选地，如图2b的实例中所示出的，o2可以以(约)42体积％的浓度与再循环的煅烧气体混合，以实现离开反应器8的气体的该最佳流速并且因此提供刚好足够的能量用于预热碳酸化的材料6。典型的操作条件如下：-燃料是ch4；-将o2与再循环气体混合；-将离开反应器的气体的o2含量控制至(约)1.5％；-设置能量输入以实现(约)1％的产物残留co2；-将碳酸化的材料用煅烧气体中的余能预热至(约)800℃；-环境温度是(约)25℃；-离开冷却回路的产品温度是(约)100℃；-冷却回路气体是处于(约)0.70nm3·
空气/kg
·
产物流量的环境空气；-漏入空气含量是(约)0.0％；-所需要的热量输入是(约)3.6gj/吨
·
产品；-离开碳酸化的材料预热区段的煅烧气体的温度是(约)116℃；-湿煅烧气体组成是(约)21.9体积％h2o、(约)76.6体积％co2、(约)1.5体积％o2；-干燥煅烧气体组成是(约)98.1％干燥体积co2和(约)1.9％干燥体积o2。
21.图3a和3b示出本发明的第三实施例。为了便于其理解，图3a以类似于图3b的简化形式表示第三实施例。第三实施例与第二实施例的不同之处在于使载有水分的煅烧气体(第一气体4)再循环(流90)回到反应器8中，以及仅将移除的第一气体4干燥。这导致反应器8的煅烧区中更高的水分含量，这降低了co2的分压，从而有助于co2从反应器8中的碳酸化的材料6中释放。这可以稍微降低煅烧炉中所需的峰值温度，以及可能影响产物(例如石灰)的水反应性(t
60
)。
22.优选地，第三实施例的操作条件如下：-应当使o2以(约)40体积％的浓度与再循环的煅烧气体混合；-所需要的热量输入保持在(约)3.6gj/吨
·
产品；-离开碳酸化的材料预热区段的煅烧气体的温度是(约)114℃；-湿煅烧气体组成是(约)30.6体积％h2o、(约)67.9体积％co2、(约)1.5体积％o2；-干燥煅烧气体组成是(约)97.8％干燥体积co2和(约)2.2％干燥体积o2。
23.图4a和4b示出本发明的第四实施例，其中两个气体回路2、12通过两个密封设备(即，选择性分离装置)20、21保持分离。为了便于其理解，图4a以类似于图4b的简化形式表示该实施例。在该实施例中，没有任何气体再循环回到煅烧回路(第一回路2)中。燃料(图4a中未示出)用含有接近100％ o2体积的气体燃烧。用于ccs或ccu的煅烧气体(第一气体4)可以通过蒸发冷凝器(未示出)处理，去除h2o，产生》85％干燥体积的co2。由于刚燃烧和煅烧之后第一气体4中的能量不足以预热100％的碳酸化的材料6，因此仅将环境温度碳酸化的材料6的一部分输送到煅烧回路(第一回路2)中用于预热。将最大可预热量的材料6输送到煅烧回路中以确保在其进入煅烧区(反应器8、特别是氧气燃烧器82)之前将其充分预热(约800℃)。在离开产物冷却热交换器(冷却区段22)的热产物冷却回路气体14的下游，将余量的碳酸化的材料6输送到第二热交换器(优选地气-固悬浮型34)中。热冷却气体14完成该部分碳酸化的材料6的预热，然后将其直接送入煅烧回路(第一回路2)的煅烧区(反应器8、特别是氧气燃烧器82)。可以提供第二密封设备(即，选择性分离装置)21以将离开冷却回路12中的碳酸化的材料预热热交换器34的预热的碳酸化的材料6直接转移到煅烧回路的煅烧区中，绕过煅烧回路2中的预热热交换器42。
24.保持与先前实例相同的输入值，在(约)900℃下，离开用100％ o2和燃料燃烧的煅烧区(反应器8)的煅烧气体(第一气体4)中的可用预热能量是(约)1.3gj/吨
·
产物。在(约)800℃下，碳酸化的材料来自环境的预热要求是(约)1.8gj/吨
·
产物。预期来自冷却回路(第二回路12)的可用于预热碳酸化的材料6的一部分的能量在(约)750℃下可以是(约)0.7gj/吨
·
产物。这意味着(约)70％的碳酸化的材料6可以用离开煅烧区(反应器8)的余能
预热，同时余量可以通过来自冷却回路(第二回路12)的能量预热至(约)650℃至700℃。
25.该第四实施例的优点在于其消除了先前两个实施例的相对昂贵且可能维护密集的气体到气体热交换器60。
26.图5a和5b中所示出的第五实施例类似于第四实施例，不同之处在于其进一步包括两个另外的特征。为了便于其理解，图5a以类似于图5b的简化形式表示第五实施例。第一个特征涉及补充的(第二)反应器86，其可以配备有(如果需要的话)另外的加热源，诸如氧燃料燃烧器或电加热装置。使用该第二反应器86来获得产物中《2％的残留co2并且调节产物反应性。第二反应器86的另外的益处在于，与没有第二反应器86的实施例相比，第一煅烧区(第一反应器84)中的温度和/或停留时间可以降低。第二个另外的特征是间接煅烧炉84的燃烧腔室的排出气体经由排气通道100连接至第二回路12。排气通道被连接在第二回路12的冷却区段22的下游。然后使用来自冷却区段22的热空气和燃烧气体的混合物来预热碳酸化的材料6。然后将预热的碳酸化的材料6送至第一回路2的煅烧区(反应器8)。
27.在如图6a和6b中所示出的第六实施例中，两个气体回路2和12通过可能的四个或更多个密封设备(即，选择性分离装置)20、21保持分离。该解决方案允许碳酸化的颗粒6的阶段加热(用几个步骤)，以便减小热交换期间的温度差。在该实施例中，没有任何气体再循环回到煅烧回路中。为了便于其理解，图6a以类似于图6b的简化形式表示第六实施例。
28.图7a和7b中所示出的第七实施例与第六实施例相同，不同之处在于其进一步包括第五实施例的两个另外的特征，它们适用于第六实施例，即，与排气通道100组合的第二反应器86和间接煅烧炉84(第一反应器)。
29.在图8中所示出的另一实施例中，使用第二夹带气体14(包括由第二回路12的冷却区段22中的脱碳酸的颗粒16加热的空气)的至少一部分用于间接煅烧炉84的燃烧器。图8示出用于将第二气体14的至少一部分转移至燃烧器的进气通道110。进气通道110被连接在第一回路2的加热区段32的下游。可以设想到另一位置，诸如第二回路12的冷却区段22下游的位置。可替代地，用于燃烧器的空气可以经由热交换器加热，该热交换器交换来自第二回路12的热和用于燃烧器(未示出)的空气。该回收能量的方式是用于实现《5.2gj/吨
·
产物的比热输入的另一种可能选项。
30.本发明描述了用于管理两个分开的夹带气体回路2、12的措施：一个用于碳酸化的材料输送、预热和煅烧，并且另一个用于产物输送、产物冷却以及可能地碳酸化的材料输送和预热。煅烧回路气体将相对不含n2，主要包括co2和h2o，而冷却气体将相对不含co2。任选地，作为后处理步骤，从两个回路的气体中去除粉尘。此外，可以用例如蒸发冷凝器从煅烧气体中去除h2o，得到》85％干燥体积的相对纯的co2流。如果该co2流的最终用途需要，在煅烧回路中可以包括其他处理步骤用于去除其他污染物，诸如痕量的o2、n2和其他残留气体。
31.连接第一回路2和第二回路12的选择性分离装置20、21被布置成允许在第一回路2与第二回路12之间转移碳酸化的材料6的颗粒或所述材料的脱碳酸的颗粒16，同时基本上防止气体4、14通过。选择性分离装置20、21特别地是虹吸元件、环形密封件(参见图9d)、单个或多个翻门、台式进料器、分格式轮闸、流体密封罐(参见图9e)、“美元”板(参见图9f)、或以下阀中的任一种：旋转阀、锥形阀、j阀(参见图9b)、l阀(参见图9c)、滴流阀(参见图9a)和瓣阀。
32.由于煅烧(第一回路2)与冷却回路(第二回路12)之间的界面非常热，因此本发明
优先考虑利用不具有移动部件的非机械密封设备(选择性分离装置20、21)，诸如虹吸元件、环形密封件(参见图9d)、流体密封罐(参见图9e)、“美元”板(参见图9f)、锥形阀、j阀(参见图9b)或l阀(参见图9c)。当需要流化或充气气体来帮助固体在非机械密封设备中移动时，蒸汽作为充气气体是优选的选择。可替代地，在密封设备空气中的水合在热力学上是可能的，或者o2可以用于此类充气目的。以该分离方式，细碳酸化的材料6或产物16提供了保持气体流可靠地分离的堵塞密封，同时优选避免在此类非常热的条件下使用不那么可靠的机械设备。在密封设备附近的两个回路2、12中的压力可以通过向冷却回路添加尾扇(如果必要的话)和/或通过在煅烧回路中用节流阀(例如通气窗、阻尼器)产生压降以使跨越密封件的δp最小化来平衡。这有助于避免co2泄漏到冷却回路12中或n2泄漏到煅烧回路2中。
33.石灰石、白云石或其他碳酸化的材料主要意指符合以下式的碳酸化的材料：acaco3.bmgco3.ccamg(co3)2.xcao.ymgo.zca(oh)2.tmg(oh)2.ul，其中i是杂质；基于所述碳酸化的材料的总重量，x、y、z、t和u各自是≥0且≤90％的质量分数，a、b和c各自是≥0且≤100％的质量分数，其中a+b+c≥10重量％，优选地，基于所述碳酸化的材料的总重量，x、y、z、t和u各自是≥0且≤50％的质量分数，a、b和c各自是≥0且≤100％的质量分数，其中a+b+c≥50重量％；碳酸化的矿物的颗粒具有小于10mm、优选地小于6mm、更优选地小于4mm的d90。
34.脱碳酸的材料主要意指符合式acaco3.bmgco3.ccamg(co3)2.xcao.ymgo.zca(oh)2.tmg(oh)2.ul的材料，其中i是杂质；基于所述碳酸化的材料的总重量，a、b、c、z、t和u各自是≥0且≤50％的质量分数，x和y各自是≥0且≤100％的质量分数，其中x+y≥50重量％；
[0035]“基本上不含氮气的气体组合物”意指氮气的量占该气体组合物的按体积计(即vol.)小于10体积％、更优选地小于5％、特别是小于1％。
[0036]“基本上不含二氧化碳”应理解为二氧化碳的量占该气体组合物的按体积计(即vol.)小于10体积％、更优选地小于5％、特别是小于1％。
[0037]
在反应器8、82中，特别是外燃式煅烧炉84中的煅烧可以是闪速煅烧。
[0038]
在冷凝器50中所释放的热量(例如参见根据图2a、2b、3a、3b的实施例)可以被再利用，例如用于在碳酸化的材料6被进料至第一回路2之前加热它们(该选项未示出)。
[0039]
如以上所论述的实施例由以下编号的条款限定：1.一种用于石灰石、白云石或其他碳酸化的材料的脱碳酸的方法，所述方法包括以下步骤：-将碳酸化的材料(6)的颗粒在第一回路(2)的反应器(8)中加热至其中所述碳酸化的材料的大部分二氧化碳被释放的温度范围，以获得包括cao和/或mgo的脱碳酸的颗粒(16)；-在所述第一回路(2)中通过第一夹带气体(4)输送碳酸化的材料(6)的颗粒用于预热所述碳酸化的材料(6)，所述夹带气体(4)包括所述二氧化碳，所述气体组合物基本上不含氮气；-从第一夹带气体(4)流中分离所述碳酸化的颗粒(6)；-将所述脱碳酸的颗粒(16)转移至包括第二夹带气体(14)的第二回路(12)的冷却区段(22)，在其中所输送的脱碳酸的颗粒(16)释放其热能的一部分；-从第二夹带气体(14)流中分离所述脱碳酸的颗粒(16)；其中所述第二夹带气体(14)基本上不含二氧化碳，并且其中所述第一回路(2)和第二回路(12)通过选择性分离装置(20，21)分离，所述选择性分离装置允许固体通过同时基本上防止所述夹带气体(4，14)通过。2.根据条款1所述的方法，其进一步包括将所述碳酸化的材料(6)的颗粒引入所述第一回路(2)的预热区段(42)中的步骤使得所述颗粒通过所述第一夹带气体(4)借助于固-气热交换(44)而被预热。3.根据前述条款中任一项所述的方法，其进一步包括在所述第二回路(12)的加热区段(32)中引入所述碳酸化的材料(6)的颗粒的步骤，所述加热区段(32)被定位在所述冷却区段(22)的下游，使得从所述脱碳酸的颗粒(16)释放至所述第二夹带气体(14)中的热量被用于借助于固-气热交换(34)来加热所述碳酸化的材料(6)的颗粒，经加热的颗粒(6)随后被转移至所述反应器(8)中或所述预热区段(42)的上游。4.根据前述条款中任一项所述的方法，其进一步包括从第二夹带气体(14)流中分离所述碳酸化的材料(6)的颗粒的步骤。5.根据前述条款中任一项所述的方法，其进一步包括将所述反应器(8)中所释放的二氧化碳的至少一部分在所述第一回路(2)中再循环、优选地将所述二氧化碳再循环至所述反应器(8)的步骤。6.根据前述条款中任一项所述的方法，其进一步包括从离开所述反应器(8)的所述第一夹带气体(4)的至少一部分中分离至少一种成分、特别是水的步骤。7.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述二氧化碳占离开所述反应器(8)的第一夹带干燥气体组合物的按体积计至少50％、优选地至少85％。8.根据前述条款中任一项所述的方法，其进一步包括将所述第二夹带气体(14)的热量的至少一部分回收利用、优选地将热量从所述第二夹带气体(14)交换至所述第一夹带气体(4)、更优选地通过位于所述第一回路(2)与所述第二回路(12)之间的气-气热交换器(60)的步骤。9.根据前述条款中任一项所述的方法，其进一步包括控制所述第一回路(2)或第二回路(12)中的通气窗或阻尼器的步骤使得跨越所述选择性分离装置(20)的绝对压力差保持低于预定值、优选地保持在给定压力范围内。10.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述反应器(8)是第一反应器(8，82，84)，所述方法进一步包括延长脱碳酸程度和/或调节产物反应性、优选地延长所述脱碳酸的颗粒(16)在第二反应器(86)中的保留时间的步骤。11.根据前述条款中任一项所述的方法，其进一步包括在所述反应器(8)外部的燃烧器中燃烧所述第二夹带气体(14)的至少一部分的步骤，所述反应器(8)包括外燃式煅烧炉(84)。12.根据前述条款中任一项所述的方法，其进一步包括使用来自所述外燃式煅烧炉的烟道气中的热能预热所述碳酸化的材料的至少一部分的步骤。13.一种用于石灰石、白云石或其他碳酸化的材料的脱碳酸的设备，其用于进行根据前述条款中任一项所述的方法，包括：-第一回路(2)，在所述第一回路中基本上不含氮气的第一夹带气体(4)输送所述
碳酸化的矿物的颗粒(6)，所述第一回路包括反应器(8)，在所述反应器中所述颗粒(6)被加热至其中二氧化碳被释放的温度范围以获得包括cao和/或mgo的脱碳酸的颗粒；-第二回路(12)，在所述第二回路中使基本上不含二氧化碳的第二夹带气体(14)循环，所述第二回路(12)包括冷却区段(22)，在所述冷却区段中从所述第一回路(2)转移的所述脱碳酸的颗粒(16)将其热能的一部分释放至所述第二夹带气体(14)；-连接所述第一回路(2)和第二回路(12)的至少一个选择性分离装置(20，21)，所述选择性分离装置被布置成允许在所述第一回路与所述第二回路之间转移所述碳酸化的材料的颗粒或所述材料的脱碳酸的颗粒(16)，同时基本上防止气体(4，14)通过，特别是虹吸元件、环形密封件、单个或多个翻门、台式进料器、分格式轮闸、流体密封罐、“美元”板、或以下阀中的任一种：旋转阀、锥形阀、j阀、l阀、滴流阀和瓣阀。14.根据条款13所述的设备，其中所述第二回路(12)包括位于所述第二回路(2)的所述冷却区段(22)下游的加热区段(32)，优选地所述冷却区段(22)和加热区段(32)各自包括气体悬浮热交换器(24，34)。15.根据条款13至14中任一项所述的设备，其中所述第一回路(2)包括预热区段(42)，所述预热区段至少包括第一固/气悬浮热交换器(44)和第二固/气悬浮交换器(46)，优选地所述第二固/气悬浮交换器(46)被定位在所述第一固/气悬浮热交换器(44)的下游。16.根据条款13至15中任一项所述的设备，其中第一选择性分离装置(20)连接所述第一回路(2)和所述第二回路(12)，允许所述脱碳酸的颗粒(16)从所述第一回路(2)转移至所述第二回路(12)，同时基本上防止气体(4，14)通过，所述第一选择性分离装置(20)被连接在所述第二回路(12)的所述第一悬浮热交换器(24)的入口(24.1)的上游。17.根据条款13至16中任一项所述的设备，其包括第二选择性分离装置(21)，所述第二选择性分离装置连接所述第一回路(2)和所述第二(12)回路，允许所述碳酸盐颗粒(6)从所述第二回路(12)转移至所述第一回路(2)，同时基本上防止气体(4，14)通过，其中所述第二回路(12)的所述第二固/气悬浮热交换器(34)的返回通道(34.3)被连接至所述第一回路(2)，优选地所述选择性分离装置(21)被连接至所述反应器(8)或第一回路(2)的元件的上游，所述元件是所述第一固/气悬浮热交换器(44)或所述第二固/气悬浮热交换器(46)。18.根据条款13至17中任一项所述的设备，其中所述反应器(8)包括外燃式煅烧炉(84)，所述外燃式煅烧炉(84)包括排气通道(100)，所述通道(100)被连接至所述第二回路(12)、优选地所述加热区段(32)的上游。
[0040]
尽管已经详细地描述和说明了本发明，但是应当理解，这仅仅是通过说明和示例的方式而不是通过限制的方式，本发明的范围仅仅由所附权利要求的条款来限定。

技术特征：
1.一种用于石灰石、白云石或其他碳酸化的材料的脱碳酸的方法，所述方法包括以下步骤：-将碳酸化的材料(6)的颗粒在第一回路(2)的反应器(8)中加热至其中所述碳酸化的材料的二氧化碳被释放的温度范围，以获得包括cao和/或mgo的脱碳酸的颗粒(16)；-在所述第一回路(2)中通过第一夹带气体(4)输送碳酸化的材料(6)的颗粒用于预热所述碳酸化的材料(6)，所述夹带气体(4)包括所述二氧化碳，所述气体组合物基本上不含氮气；-从第一夹带气体(4)流中分离所述碳酸化的颗粒(6)；-将所述脱碳酸的颗粒(16)转移至包括第二夹带气体(14)的第二回路(12)的冷却区段(22)，在其中所输送的脱碳酸的颗粒(16)释放其热能的一部分；-从第二夹带气体(14)流中分离所述脱碳酸的颗粒(16)；其中所述第二夹带气体(14)基本上不含二氧化碳，并且其中所述第一回路(2)和第二回路(12)通过选择性分离装置(20，21)分离，所述选择性分离装置允许固体通过同时基本上防止所述夹带气体(4，14)通过。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将所述碳酸化的材料(6)的颗粒引入所述第一回路(2)的预热区段(42)中的步骤使得所述颗粒通过所述第一夹带气体(4)借助于固-气热交换(44)而被预热。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括在所述第二回路(12)的加热区段(32)中引入所述碳酸化的材料(6)的颗粒的步骤，所述加热区段(32)被定位在所述冷却区段(22)的下游，使得从所述脱碳酸的颗粒(16)释放至所述第二夹带气体(14)中的热量被用于借助于固-气热交换(34)来加热所述碳酸化的材料(6)的颗粒，经加热的颗粒(6)随后被转移至所述反应器(8)中或所述预热区段(42)的上游。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括从第二夹带气体(14)流中分离所述碳酸化的材料(6)的颗粒的步骤。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括将所述反应器(8)中所释放的二氧化碳的至少一部分在所述第一回路(2)中再循环、优选地将所述二氧化碳再循环至所述反应器(8)的步骤。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括从离开所述反应器(8)的所述第一夹带气体(4)的至少一部分中分离至少一种成分、特别是水的步骤。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述二氧化碳占离开所述反应器(8)的第一夹带干燥气体组合物的按体积计至少50％、优选地至少85％。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括将所述第二夹带气体(14)的热量的至少一部分回收利用、优选地将热量从所述第二夹带气体(14)交换至所述第一夹带气体(4)、更优选地通过位于所述第一回路(2)与所述第二回路(12)之间的气-气热交换器(60)的步骤。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括控制所述第一回路(2)或第二回路(12)中的通气窗或阻尼器的步骤使得跨越所述选择性分离装置(20)的绝对压力差保持低于预定值、优选地保持在给定压力范围内。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述反应器(8)是第一反应器(8，
82，84)，所述方法进一步包括延长脱碳酸程度和/或调节产物反应性、优选地延长所述脱碳酸的颗粒(16)在第二反应器(86)中的保留时间的步骤。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括在所述反应器(8)外部的燃烧器中燃烧所述第二夹带气体(14)的至少一部分的步骤，所述反应器(8)包括外燃式煅烧炉(84)。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括使用来自所述外燃式煅烧炉的烟道气中的热能预热所述碳酸化的材料的至少一部分的步骤。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括从第一夹带气体(4)流中分离脱碳酸的材料的颗粒(16)的步骤。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述从第一夹带气体(4)流中分离所述碳酸化的颗粒(6)的步骤包括从所述第一夹带气体(4)流中惯性地分离所述碳酸化的颗粒(6)的步骤。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述从第二夹带气体(14)流中分离所述脱碳酸的颗粒(16)的步骤包括从所述第二夹带气体(14)流中惯性地分离所述脱碳酸的颗粒(16)的步骤。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述从第二夹带气体(14)流中分离所述碳酸化的材料的颗粒(6)的步骤包括从所述第二夹带气体(14)流中惯性地分离所述碳酸化的材料的颗粒(6)的步骤。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述从第一夹带气体(4)流中分离所述脱碳酸的材料的颗粒(16)的步骤包括从所述第一夹带气体(4)流中惯性地分离所述脱碳酸的材料(16)的颗粒(16)的步骤。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碳酸化的(6)矿物的颗粒具有小于10mm、优选地小于6mm、更优选地小于4mm的d90。19.一种用于石灰石、白云石或其他碳酸化的材料的脱碳酸的设备，其用于进行根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：-第一回路(2)，在所述第一回路中基本上不含氮气的第一夹带气体(4)输送所述碳酸化的矿物的颗粒(6)，所述第一回路包括反应器(8)，在所述反应器中所述颗粒(6)被加热至其中二氧化碳被释放的温度范围以获得包括cao和/或mgo的脱碳酸的颗粒；-第二回路(12)，在所述第二回路中使基本上不含二氧化碳的第二夹带气体(14)循环，所述第二回路(12)包括冷却区段(22)，在所述冷却区段中从所述第一回路(2)转移的所述脱碳酸的颗粒(16)将其热能的一部分释放至所述第二夹带气体(14)；-连接所述第一回路(2)和第二回路(12)的至少一个选择性分离装置(20，21)，所述选择性分离装置被布置成允许在所述第一回路与所述第二回路之间转移所述碳酸化的材料的颗粒或所述材料的脱碳酸的颗粒(16)，同时基本上防止气体(4，14)通过，特别是虹吸元件、环形密封件、单个或多个翻门、台式进料器、分格式轮闸、流体密封罐、“美元”板、或以下阀中的任一种：旋转阀、锥形阀、j阀、l阀、滴流阀和瓣阀。20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述第二回路(12)包括位于所述第二回路(2)的所述冷却区段(22)下游的加热区段(32)，优选地所述冷却区段(22)和加热区段(32)各自包括固/气悬浮热交换器(24，34)。
21.根据权利要求19至20中任一项所述的设备，其中，所述第一回路(2)包括预热区段(42)，所述预热区段至少包括第一固/气悬浮热交换器(44)和/或第二固/气悬浮交换器(46)，优选地所述第二固/气悬浮交换器(46)被定位在所述第一固/气悬浮热交换器(44)的下游。22.根据权利要求19至21中任一项所述的设备，其中，第一选择性分离装置(20)连接所述第一回路(2)和所述第二回路(12)，允许所述脱碳酸的颗粒(16)从所述第一回路(2)转移至所述第二回路(12)，同时基本上防止气体(4，14)通过，所述第一选择性分离装置(20)被连接在所述第二回路(12)的所述第一悬浮热交换器(24)的入口(24.1)的上游。23.根据权利要求19至22中任一项所述的设备，其包括第二选择性分离装置(21)，所述第二选择性分离装置连接所述第一回路(2)和所述第二(12)回路，允许所述碳酸盐颗粒(6)从所述第二回路(12)转移至所述第一回路(2)，同时基本上防止气体(4，14)通过，其中所述第二回路(12)的所述第二固/气悬浮热交换器(34)的返回通道(34.3)被连接至所述第一回路(2)，优选地所述选择性分离装置(21)被连接至所述反应器(8)或第一回路(2)的元件的上游，所述元件是所述第一固/气悬浮热交换器(44)或所述第二固/气悬浮热交换器(46)。24.根据权利要求19至23中任一项所述的设备，其中，所述反应器(8)包括外燃式煅烧炉(84)，所述外燃式煅烧炉(84)包括排气通道(100)，所述通道(100)被连接至所述第二回路(12)、优选地所述加热区段(32)的上游。25.根据权利要求19至24中任一项所述的设备，其中，所述第一回路(2)的所述第一固/气悬浮热交换器(44)和/或所述第二固/气悬浮交换器(46)包括至少一个分离器、特别是旋风分离器，所述至少一个分离器包括入口(44.1，46.1)、出口(44.2，46.2)和用于收集分离的颗粒(6)的返回通道(44.3，46.3)。26.根据权利要求19至25中任一项所述的设备，其中，所述第二回路(12)的所述冷却区段(22)的固/气悬浮热交换器(24)和/或所述第二回路(12)的所述加热区段(32)的固/气悬浮交换器(34)包括至少一个分离器、特别是惯性分离器、优选地旋风分离器，所述至少一个分离器包括入口(24.1，34.1)、出口(24.2，34.2)和用于收集分离的颗粒(16，6)的返回通道(24.3，34.4)。27.根据权利要求19至26中任一项所述的设备，其包括冷凝器(50)，所述冷凝器用于从所述第一夹带气体(4)中分离至少一种成分、特别是水，所述冷凝器(50)被定位于所述第一回路(2)中所述反应器(8)的下游。28.根据权利要求19至27中任一项所述的设备，其中，所述第一回路(2)包括回收利用通道(90)用于将所述第一夹带气体(4)的至少一部分从所述预热区段(32)或所述冷凝器(50)下游的位置回收利用至所述反应器(8)上游的位置。29.根据权利要求19至28中任一项所述的设备，其中，所述第二回路(12)包括热回收元件(60)，优选地所述热回收元件被配置成在所述第一回路(2)的区段处将累积在所述第二夹带气体(14)中的热量交换至所述第一夹带气体(4)，更优选地所述热回收系统(60)是位于所述第一(2)回路与所述第二(12)回路之间的热交换器(60)。30.根据权利要求19至29中任一项所述的设备，其中，所述反应器(8)包括以下元件中的至少一种：电加热器、氧气燃烧器、间接煅烧炉诸如固体热载体反应器、外燃式煅烧炉(84)、或电加热煅烧炉、或其组合。
31.根据权利要求19至30中任一项所述的设备，其中，所述反应器(8)包括流化床反应器、夹带床反应器、循环流化床或其任何组合。32.根据权利要求19至31中任一项所述的设备，其中，所述外燃式煅烧炉(84)包括进气通道(110)，所述通道(110)被连接至所述第二回路(12)、优选地所述加热区段(32)的下游。

技术总结
本发明涉及一种用于石灰石、白云石或其他碳酸化的材料的脱碳酸的方法以及其设备，该方法包括以下步骤：-在第一回路(2)的反应器(8)中加热碳酸化的材料(6)的颗粒以获得脱碳酸的颗粒(16)；-在该第一回路(2)中通过第一夹带气体(4)输送碳酸化的材料(6)的颗粒用于预热，所述气体(4)包括所述二氧化碳，所述气体组合物基本上不含氮气；-从第一夹带气体(4)流中分离该碳酸化的颗粒(6)；-将该脱碳酸的颗粒(16)转移至包括第二夹带气体(14)的第二回路(12)的冷却区段(22)，在其中所输送的脱碳酸的颗粒(16)释放其热能的一部分；-从第二夹带气体(14)流中分离该脱碳酸的颗粒(16)；其中所述第二夹带气体(14)基本上不含二氧化碳。二夹带气体(14)基本上不含二氧化碳。二夹带气体(14)基本上不含二氧化碳。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：科学研究高级委员会
技术研发日：2021.09.01
技术公布日：2023/7/22