一种产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺的制作方法

本发明涉及工业节能减排技术领域，特别是指一种产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺。

背景技术：

石灰是一种重要的化工原料，也广泛运用于炼铁(烧结过程)、湿法脱硫、建材生产等工业过程。目前，我国每年石灰生产量超过2亿吨，约占全球石灰总产量的70％。由于缺乏有效的二氧化碳减排技术，我国石灰工业的二氧化碳排放量约为2.4亿吨，成为了仅次于水泥工业的第二大工业过程二氧化碳排放源，引发严重的环境问题。石灰生产过程的碳排放主要包括工艺过程中石灰石分解产生的二氧化碳、燃料燃烧产生的二氧化碳、以及用电设备等导致的间接二氧化碳排放。其中，石灰石分解过程(分解反应方程式如式1所示)的碳排放为主要因素，约为石灰生产总二氧化碳排放的69％。

caco3(s)＝cao(s)+co2(g)(1)

此外，传统石灰窑通常以煤气等工业燃料为能源，通过燃料燃烧火焰与物料直接接触的方式进行煅烧，由于火焰燃烧具有一定的不可控性，导致物料容易出现局部过烧、欠烧等情况；同时，由于燃料燃烧的烟气中有大量杂质，在高温下杂质与物料发生反应，使得产品杂质含量较高，品质较低。

因此，为降低石灰生产过程中二氧化碳排放、提升石灰煅烧质量，亟需开发一种高效、低排的煅烧新工艺，实现二氧化碳减排与资源化回收。

技术实现要素：

本发明针对石灰生产过程碳排放量高、石灰石煅烧质量差等问题，提供一种产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺。该工艺利用石灰石(碳酸钙)分解过程产生的co2作为热载体，构建基于产物气载热循环的高效煅烧系统，实现石灰石分解过程co2产物气的全资源化回收，从而大幅降低石灰生产过程的碳排放。

该工艺具体的工艺循环如下：

石灰煅烧竖窑排放的co2净化后首先通入石灰煅烧竖窑下部冷却段，利用高温石灰产品余热进行初步加热，然后通过蓄热式加热炉进一步将co2加热至1200℃以上；加热后的高温co2作为热载体通入石灰煅烧竖窑中部煅烧段，通过气-固逆流换热加热石灰石矿料，为石灰石煅烧过程供热；煅烧完成后，作为热载体的co2和新分解产生的co2一同进入石灰煅烧竖窑上部预热段，对未反应的石灰石进行预热；而后co2从预热段顶部侧面排出，进行下一次循环。

该工艺所涉及的装置包括石灰煅烧竖窑、净化装置、分流装置、风机和蓄热式加热炉，石灰煅烧竖窑自上而下分为预热段、煅烧段和冷却段，煅烧段和冷却段通过管道连接蓄热式加热炉，预热段上方为石灰石入口，预热段顶部侧面通过管道连接净化装置，净化装置后接分流装置，分流装置连接冷却段的管道上设置风机。

其中，蓄热式加热炉设置在石灰煅烧竖窑外部，避免了燃烧火焰与石灰石矿料以及石灰产品的直接接触，解决了矿料局部“过烧”和“欠烧”等问题，消除了燃烧烟气对石灰产品的污染。

在循环过程中，产物气co2不断富集，浓度和总量均逐步上升。当满足循环煅烧过程的co2需求后，分流装置将过剩的co2通入储气柜进行资源化回收。

在产物气载热循环煅烧系统中，石灰石(碳酸钙)分解反应在高浓度co2氛围中进行，为克服高co2浓度对该分解反应的抑制作用，热载体进入石灰窑的温度应在1200℃以上，以满足石灰生产需求。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，该工艺原理巧妙，易操作，一方面，利用煅烧分解过程产生的co2构建循环煅烧系统，使co2在循环过程不断富集，并最终实现资源化回收，可显著减少石灰生产过程的碳排放66％以上；另一方面，通过燃料在炉外燃烧产热的方式避免了燃料燃烧火焰与石灰石矿料直接接触，解决了矿料局部“过烧”和“欠烧”等问题，并消除了燃烧烟气中杂质成分对石灰产品的不利影响。

附图说明

图1为本发明的产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺流程图。

其中：1-石灰煅烧竖窑；2-净化装置；3-分流装置；4-风机；5-蓄热式加热炉。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对石灰生产过程co2排放严重、石灰石煅烧质量差等问题，提供一种产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺。

如图1所示，该工艺所涉及的装置包括石灰煅烧竖窑1、净化装置2、分流装置3、风机4和蓄热式加热炉5，石灰煅烧竖窑1自上而下分为预热段、煅烧段和冷却段，煅烧段和冷却段通过管道连接蓄热式加热炉5，预热段上方为石灰石入口，预热段顶部侧面通过管道连接净化装置2，净化装置2后接分流装置3，分流装置3连接冷却段的管道上设置风机4。

在运行过程中，石灰煅烧竖窑排放的co2净化后首先通入石灰煅烧竖窑下部冷却段，利用高温石灰产品余热进行初步加热，然后通过蓄热式加热炉进一步将co2加热至1200℃以上；加热后的高温co2作为热载体通入石灰煅烧竖窑中部煅烧段，为石灰石煅烧过程供热；煅烧完成后，作为热载体的co2和新分解产生的co2一同进入石灰煅烧竖窑上部预热段，对未反应的石灰石进行预热；而后co2从预热段顶部侧面排出，进行下一次循环。

在实际应用中，石灰石从石灰煅烧竖窑顶部进入，从上到下缓慢移动，煅烧产生的石灰产品从窑底部输出。高温co2从石灰煅烧竖窑中部煅烧段进入，自下而上流动，与石灰石进行逆流换热。

根据工艺特点，石灰煅烧竖窑分为预热段(上部)、煅烧段(中部)和冷却段(下部)。在煅烧段，石灰石被高温co2加热到反应温度发生分解反应；反应完成后，作为热载体的co2温度降低，与新分解产生的co2一起进入预热段对未反应的石灰石进行预热，并随后从预热段顶部排出。

排出石灰窑的co2经净化装置除尘净化后进入气体分流装置。根据实际工艺要求，大部分co2在风机的作用下进行循环载热，额外的co2则进行资源化回收。

作为热载体的co2首先被通入石灰窑下部的冷却段，利用高温石灰产品的余热对co2进行初步加热；随后将该部分co2通入蓄热式加热炉进行进一步加热到1200℃以上。

高温co2从石灰煅烧竖窑中部煅烧段供入，为石灰石煅烧提供热量，而后经预热段从炉顶侧面排出，进行下一次循环。循环过程中co2不断富集，浓度和总量都逐渐提升。稳定运行后，可实现所有由石灰石分解产生的co2的资源化回收。

燃料在位于石灰煅烧竖窑外的蓄热式加热炉中燃烧，避免了燃料燃烧火焰与石灰石矿料的直接接触，解决了矿料局部“过烧”和“欠烧”等问题，并消除了燃烧烟气对石灰产品的污染，有利于提高煅烧效果和产品质量。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺，其特征在于：工艺循环如下：

石灰煅烧竖窑排放的co2净化后首先通入石灰煅烧竖窑下部冷却段，利用高温石灰产品余热进行初步加热，然后通过蓄热式加热炉进一步将co2加热至1200℃以上；加热后的高温co2作为热载体通入石灰煅烧竖窑中部煅烧段，为石灰石煅烧过程供热；煅烧完成后，作为热载体的co2和新分解产生的co2一同进入石灰煅烧竖窑上部预热段，对未反应的石灰石进行预热；而后co2从预热段顶部侧面排出，进行下一次循环。

2.根据权利要求1所述的产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺，其特征在于：该工艺所涉及的装置包括石灰煅烧竖窑(1)、净化装置(2)、分流装置(3)、风机(4)和蓄热式加热炉(5)，石灰煅烧竖窑(1)自上而下分为预热段、煅烧段和冷却段，煅烧段和冷却段通过管道连接蓄热式加热炉(5)，预热段上方为石灰石入口，预热段顶部侧面通过管道连接净化装置(2)，净化装置(2)后接分流装置(3)，分流装置(3)连接冷却段的管道上设置风机(4)。

3.根据权利要求2所述的产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺，其特征在于：所述蓄热式加热炉(5)设置在石灰煅烧竖窑(1)外部。

4.根据权利要求2所述的产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺，其特征在于：所述分流装置(3)将过剩的co2通入储气柜进行资源化回收。

技术总结
本发明提供一种产物气循环煅烧石灰石与二氧化碳资源化回收工艺，属于工业节能减排技术领域。该工艺中石灰煅烧竖窑排放的CO2净化后首先通入竖窑下部冷却段，利用高温石灰产品余热进行初步加热，随后通过蓄热式加热炉加热至1200℃；加热后的高温CO2作为热载体通入竖窑中部煅烧段，为石灰石煅烧过程供热；煅烧完成后，作为热载体的CO2和新分解产生的CO2一同进入竖窑上部预热段，对未反应的石灰石进行预热；而后从预热段顶部侧面排出，进行下一次循环。该工艺巧妙，可操作性强，适用于各类石灰石煅烧过程，解决了石灰生产过程CO2排放严重、煅烧质量差等问题，并实现了石灰石分解过程CO2的全资源化回收。

技术研发人员：蒋滨繁;敖雯青;夏德宏;张培昆
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2019.08.15
技术公布日：2019.11.15