ES2999153T3 - Method and device for burning mineral, carbonatic raw material - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un dispositivo (1) que comprende un horno (2) para la combustión de materias primas carbonatadas fluidas, preferiblemente piedra caliza y/o magnesita y/o dolomita y/o marga, una unidad de utilización de gases residuales (4) para la utilización de gases residuales del horno que contienen CO2 que salen del horno (2), en donde la unidad de utilización de gases residuales (4) tiene una unidad de conversión para convertir el CO2 contenido en los gases residuales en hidrocarburos y/o alcohol, preferiblemente una unidad de metanización (26) para convertir el CO2 contenido en los gases residuales en metano y agua con adición de hidrógeno, en donde el horno (2) tiene medios para hacer funcionar el horno (2) con una atmósfera de CO2 y sin calentador de combustible para la combustión de combustibles en el interior del horno (14) del horno (2). La invención se refiere también a un procedimiento para la descarbonatación de materias primas carbonatadas fluidas, preferentemente piedra caliza y/o magnesita y/o dolomita y/o marga, en el que la materia prima se descarbonata en un horno (2) y el CO2 contenido en el gas residual del horno (2) se convierte mediante metanización en hidrocarburo y/o alcohol, preferentemente en metano y agua, en el que el horno (2) funciona con una atmósfera de CO2, en el que, preferentemente, el gas de proceso del horno en un interior del horno (14) del horno (2) tiene un contenido de CO2 de preferentemente >= 80 % en peso, de forma especialmente preferente >= 90 % en peso, de forma más especialmente preferente >= 98 % en peso, y en el interior del horno (14) del horno (2) no se queman combustibles para generar la energía térmica necesaria para la descarbonatación de la materia prima. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para quemar materia prima carbonatada mineral
La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para quemar materia prima carbonatada mineral, granular o vertible o material combustible, en particular roca, preferentemente para quemar caliza y/o magnesita y/o dolomita para producir cal viva y/o causter de magnesia y/o magnesia sinterizada y/o doloma.
Preferentemente, la invención se refiere a un proceso de calcinación y a un dispositivo que comprende un horno de cal para la producción de cal viva.
Por calcinación se entienden diversos procesos térmicos en la producción de materiales y la fabricación de productos semiacabados. El término cocción se utiliza a menudo en la producción de materiales cerámicos, en la pulvimetalurgia y en la producción de alcohol. Durante la cocción, se consigue una reacción química o una remodelación de la estructura cristalina de un material mediante la aplicación de energía.
Un material granular se conoce como material a granel. Un material a granel es una mezcla seca formada por granos y disponible en forma vertible. Si los granos son muy finos, se trata de un polvo o harina. En particular, una harina tiene un tamaño de grano < 400 pm. Si los granos son también gruesos, se trata de un material grumoso (crudo). En particular, un material grumoso también tiene granos con un tamaño de grano > 5 mm.
A menos que se indique lo contrario en el contexto de la invención, el tamaño de grano se determina en particular de acuerdo con la norma DIN 66165-1:2016-08. En el caso de material pulverulento con un tamaño de grano < 400 pm, el tamaño de grano se determina mediante análisis por tamiz de chorro de aire. En el caso de la materia prima grumosa, el tamaño de grano también puede medirse utilizando un calibre a partir de un tamaño de grano > 50 mm. En cuanto a su composición química, la materia prima carbonatada consiste predominantemente (> 50 % en peso), preferentemente > 70 % en peso, de particular preferencia, > 80 % en peso, de muy particular preferencia, > 85 % en peso, del carbonato o carbonatos respectivos. Una materia prima que solo contenga impurezas de carbonato no es una materia prima de carbonato. La composición se determina en particular de conformidad con la norma DIN EN196-2:2013-10.
Se sabe que la cal viva o cal quemada (CaO calcinado) se produce quemando o calcinando piedra caliza (CaCOs) en un horno de cal. Este proceso se conoce como calcinación. A partir de una temperatura de unos 800 °C, el carbonato cálcico se desacidifica, es decir, se expulsa dióxido de carbono y se produce óxido de calcio:
CaCOs —> CaO CO2
Del mismo modo, la dolomita o dolomita quemada cáusticamente o dolomita calcinada (CaO MgO calcinado) se produce quemando o calcinando piedra de dolomita (CaMg(CO3)2).
La magnesia (causter de magnesia o magnesia cáustica o causter de magnesia y magnesia sinterizada) se compone principalmente de óxido de magnesio (MgO). Se produce principalmente por descarbonatación térmica o desacidificación de la magnesita a temperaturas de 600-800 °C (causter de magnesia) o 1800-2200 °C (magnesia sinterizada). El carbonato de magnesio natural (MgCO3) se denomina magnesita o magnesita bruta. El proceso de desacidificación de la magnesita comienza a aprox. 550-800 °C, produciendo causter de magnesia. Para obtener magnesia sinterizada, el causter de magnesia se somete a un tratamiento térmico adicional en una o dos fases a 1800-2200 °C. Sin embargo, la magnesia sinterizada también puede producirse directamente a partir de la magnesita bruta en un proceso de cocción de una sola fase.
En todos los procesos de cocción descritos se produce una gran cantidad de CO2. El CO2 contenido en los gases de escape procede en parte de las materias primas y en parte de la combustión de combustibles fósiles. Por lo tanto, los procesos de combustión contribuyen significativamente al calentamiento global.
En consecuencia, existen varios enfoques para utilizar y almacenar el CO2 contenido en los gases de escape (véase, por ejemplo, Dr. F. Ausfelder, Dr. A. Bazzanelle, DECHEMA e.V., documento de debate «Utilización y almacenamiento de CO2»). Por ejemplo, el CO2 se separa de los gases de escape. Esto se hace, por ejemplo, mediante absorción o adsorción, bucle químico basado en Ca utilizando membranas o mediante el proceso de oxicombustión. A diferencia de la combustión convencional con aire, el proceso de oxicombustión quema el combustible con oxígeno puro (es decir, sin nitrógeno). En el caso ideal de combustión estequiométrica de un hidrocarburo puro con oxígeno, solo se producen CO2 y agua como productos de combustión. El contenido de CO2 es de aproximadamente el 80 % en volumen. Tras condensar el agua, sólo queda CO2 puro. Sin embargo, debido a su gran pureza, esto solo es posible si se utiliza gas natural.
El proyecto LEILAC 2 (Low Emissions Intensity Lime And Cement), financiado por la UE (https://cordis.europa. eu/proiect/id/884170/en), ensaya una nueva tecnología que revisa los procesos existentes calentando directamente la piedra caliza. Este proyecto se basa en los éxitos del proyecto LEILAC de Horizonte 2020 (que logró capturar el 5%de las emisiones de CO2 de proceso de una fábrica de cemento media) y prevé aumentar su rendimiento hasta aproximadamente el 20 % de las emisiones de CO2 de proceso de una fábrica de cemento media con un módulo desplegable y escalable.
Según el documento DE 102010019330 A1, se utiliza oxígeno técnico o aire enriquecido con oxígeno técnico como agente oxidante al quemar carbonatos en la mezcla de combustible y el gas residual que contiene CO2 producido durante la combustión se devuelve, al menos parcialmente, a la mezcla de combustible como gas de dilución y/o se introduce como gas refrigerante en una zona de enfriamiento en el extremo inferior del horno de calcinación.
El documento EP 2818227 A1 divulga un procedimiento para hacer funcionar un horno de cuba que produce cal quemada, dolomita, magnesia o cemento a partir de materias primas que contienen carbonatos, en particular un procedimiento para hacer funcionar un horno de cuba para producir cal quemada o cemento, en donde el horno de cuba tiene al menos una zona superior de entrada de materias primas, al menos una zona media de combustión y al menos una zona inferior de salida de material quemado, caracterizado por las siguientes medidas:
(a) combustión de una mezcla de combustible de un combustible carbonoso, por ejemplo un combustible fósil, preferentemente metano o metanol, y oxígeno técnico producido industrialmente en la zona de combustión del horno de cuba y calcinación de la materia prima que contiene carbonato en la zona de combustión y por encima de ella, introduciéndose adicionalmente dióxido de carbono en la zona de combustión y/o en la zona de descarga del horno de cuba, en cada caso como sustituto del aire atmosférico que contiene nitrógeno utilizado normalmente en la técnica anterior,
b) extracción de un gas de escape que contenga al menos un 60, en particular al menos un 80, preferentemente más de un 90 % en volumen de dióxido de carbono, resultante de la combustión del combustible, por ejemplo, el metano o el metanol, con oxígeno y el dióxido de carbono añadido, en la abertura de entrada de la zona de entrada de materia prima e introducción del gas de escape en un almacén de gas de escape, habiendo sido extraído el dióxido de carbono añadido de conformidad con la característica a) del almacén de gas de escape que contiene dióxido de carbono,
c) producción de metano o metanol en un reactor de metanización o metanolización a partir del dióxido de carbono suministrado al reactor desde el almacén de gases de escape y del hidrógeno suministrado al reactor, e introducción del metano o metanol en un almacén de metano o metanol,
d) alimentación de la zona de combustión del horno de cuba con un combustible carbonoso, por ejemplo, fósil y/o un combustible sustitutivo conocido, como aceite usado o harina animal y/o, preferentemente, extraer metano o metanol del depósito de metano o metanol y alimentar la zona de combustión del horno de cuba con metano o metanol como combustible,
e) opcionalmente, generación de hidrógeno y oxígeno a partir de agua tomada preferentemente de la red pública de agua mediante electrólisis en una planta de electrólisis operada con electricidad tomada de la red pública de electricidad y/o de una planta de generación de electricidad propia de la planta y almacenar el hidrógeno en un tanque de almacenamiento de hidrógeno y el oxígeno en un tanque de almacenamiento de oxígeno,
f) suministro de hidrógeno al reactor de metano o metanol para llevar a cabo la metanización o la metanolización, en particular extrayendo hidrógeno de la instalación de almacenamiento de hidrógeno y/o utilizando hidrógeno obtenido de terceros,
g) alimentación con oxígeno de la zona de combustión y/o la zona de salida del horno de cuba, en particular tomando oxígeno del depósito de almacenamiento de oxígeno y/o utilizando oxígeno obtenido de terceros.
El documento US 2020/0048146 A1 divulga un horno de cal en el que el material a cocer se calienta con CO2. El CO2 se calienta previamente en un conjunto de hornos de almacenamiento de calor. El calentamiento tiene lugar introduciendo gas de alto horno y aire de combustión en el horno de almacenamiento de calor y quemándolos. El gas de escape caliente resultante se utiliza para calentar los materiales de almacenamiento térmico en el horno de almacenamiento térmico. A continuación, se apaga el quemador y se introduce el CO2 a calentar, que es calentado por los materiales de almacenamiento térmico del horno de almacenamiento térmico. Para el enfriamiento se utiliza aire, que se introduce en el horno en la zona de enfriamiento para este fin.
El documento US 2014/0161708 A1 divulga un dispositivo para producir CO2 a partir de piedra caliza en un horno rotatorio, en donde se utiliza un calentador de resistencia operado con energía atómica para calentar la piedra caliza. Se produce un combustible sintético a partir del CO2 producido con la adición de hidrógeno. La materia prima se introduce en el horno rotatorio cuando la entrada se acopla con el tubo de entrada. Y la cal viva se expulsa a través de la tubería de salida situada en el extremo inferior del horno rotatorio cuando la puerta se acopla a la tubería de salida. El tubo de salida también está conectado a un intercambiador de calor en el que la cal viva se enfría mediante aire de refrigeración.
El documento DE 102021 202485 A1, publicado posteriormente, describe un horno en el que la energía necesaria para la desacidificación puede suministrarse, por ejemplo, mediante un dispositivo de calentamiento eléctrico. Además, el gas residual se puede destinar al secuestro y/o a una utilización industrial posterior, como la producción de sosa, azúcar o carbonato cálcico precipitado.
El objeto de la presente invención es proporcionar un proceso y un dispositivo para quemar materia prima o combustible mineral, que contenga carbonato o carbonato, preferentemente para quemar piedra caliza y/o magnesita y/o dolomita para la producción sostenible de cal viva y/o causter de magnesia y/o magnesia sinterizada y/o doloma.
Además, debe proporcionarse un proceso eficiente de utilización de gas residual y un dispositivo de utilización de gas residual para gas residual que contenga CO2.
Estas tareas se resuelven mediante el dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 y un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18. Otras formas de realización ventajosas de la invención se caracterizan en las siguientes subreivindicaciones.
A continuación, la invención se explica con más detalle mediante un dibujo. En él, se muestran:
Figura 1: Dispositivo de aprovechamiento de gases residuales esquemático y muy simplificado
Figura 2: Esquema y muy simplificado de un horno con recirculación de gases de escape
Figura 3: Diagrama esquemático y muy simplificado de un horno con recirculación de gases de escape de acuerdo con otra forma de realización
Figura 4: Diagrama esquemático y muy simplificado de un horno con recirculación de gases de escape de acuerdo con otra forma de realización
Figura 5: Diagrama esquemático y muy simplificado de un horno con recirculación de gases de escape de acuerdo con otra forma de realización
Figura 6: Vista esquemática y muy simplificada de un horno con recirculación de gases de escape según otra forma de realización
El dispositivo 1 según la invención (Figuras 1, 2) tiene un horno 2, un dispositivo de recirculación de gases de escape 3, un dispositivo de utilización de gases de escape 4, un dispositivo de suministro de gas caliente 5 y un dispositivo de suministro de gas refrigerante 6.
Como ya se ha explicado, el dispositivo 1 según la invención se utiliza preferentemente para la producción de cal viva y/o causter de magnesia y/o magnesia sinterizada y/o doloma a partir de materia prima mineral, carbonatada o combustible, preferentemente mediante la combustión de piedra caliza y/o magnesita y/o dolomita.
Preferentemente, el dispositivo 1 se utiliza para producir cal viva. En consecuencia, el horno 2 es preferentemente un horno de cal.
Además, el horno 2 según una primera forma de realización de la invención (Fig. 2) es un horno de cuba de una sola cámara o un horno de cuba estándar 7 con una sola cuba de horno vertical 7a.
El horno 2, en particular el horno de cuba estándar 7, tiene un extremo de horno superior 2a, en el que se carga la materia prima que se va a cocer, y un extremo de horno inferior 2b, en el que se descarga del horno 2 el material cocido, en particular calcinado, preferentemente la cal viva. El extremo inferior del horno 2b está dispuesto, por lo tanto, a continuación del extremo superior del horno 2a en una dirección vertical 8 de transporte del material.
El horno 2, en particular el horno de cuba estándar 7, dispone además de una esclusa de materia prima 9, una zona de precalentamiento 10, una zona de cocción 11, una zona de enfriamiento 12 y una esclusa de descarga 13 para descargar del horno 2 el material cocido, en particular la cal viva, a continuación una de otra en la dirección de transporte de material 8. Por lo tanto, la esclusa de materia prima 9 está situada en el extremo superior del horno 2a y la esclusa de descarga 13 está situada en el extremo inferior del horno 2b.
Además, el horno de cuba estándar 7 tiene un interior de horno o cámara de combustión de horno 14 y una envolvente de horno 15 que lo rodea de una manera conocida per se. El interior del horno 14 también está sellado herméticamente al gas de una manera conocida per se.
La esclusa de materia prima 9 prevista según la invención sirve de una manera conocida per se para introducir la materia prima a cocer en el hueco del horno 7a por lotes. Está diseñada de tal manera que puede cerrarse de forma estanca al gas, en particular después de llenarse con la materia prima.
La esclusa de descarga 13 se utiliza de manera conocida para descargar el material cocido del hueco del horno 7a por lotes. También está diseñada de tal manera que puede cerrarse herméticamente al gas.
También se suministra gas de proceso del horno relativamente frío o gas refrigerante en el extremo inferior del horno 2b. El gas refrigerante tiene preferentemente una temperatura de -20 a 150 °C, preferentemente de 5 a 80 °C. En particular, el gas de enfriamiento se suministra en el extremo inferior de la zona de enfriamiento 12.
Y el gas de escape del horno se descarga en el extremo superior del horno 2a. De este modo, el gas fluye a través del horno 2 en dirección opuesta a la dirección de transporte del material 8. De este modo, el horno 2 funciona según el principio de contracorriente.
De acuerdo con la invención, ahora se prevé que el horno 2 funcione en una atmósfera de CO2 puro. Esto significa que el gas de proceso del horno en el interior del horno 14 tiene un contenido de CO2 de > 80 % en peso, de particular preferencia, > 90 % en peso, más preferentemente > 98 % en peso.
En el contexto de la invención, el contenido de CO2 de los gases se mide de una manera conocida per se utilizando sondas de medición conocidas, preferentemente como parte de una medición de derivación. Esto significa que la sonda de medición está dispuesta en una derivación.
Por supuesto, el contenido de CO2 en el interior del horno 14 no tiene que ser completamente constante. Sin embargo, presenta
el contenido mínimo de CO2 especificado en todas partes. Esto se garantiza asegurando que todos los gases de proceso del horno introducidos en el horno 2 consistan en > 80 % en masa, de particular preferencia, > 90 % en masa, más preferentemente > 98 % en masa, de CO2.
En particular, los gases de proceso del horno introducidos no contienen oxígeno.
Además, es preferible que no se produzca combustión de combustibles dentro del horno 2 para generar el calor necesario para la cocción de la materia prima. Durante la combustión, una sustancia reacciona químicamente con el oxígeno o (raramente) con otro gas.
La ausencia de combustión en el horno 2 o en el interior del horno 14 significa que no se produce ninguna combustión en la que reaccionen o intervengan los gases de proceso del horno 2 o del interior del horno 14. En otras palabras, no hay combustión que influya en la atmósfera del horno que prevalece en el interior del horno 14. Por lo tanto, el horno 2 no dispone de un calentador de combustible con quemador para el calentamiento directo de la materia prima.
Sin embargo, si es necesario, puede tener lugar una combustión desacoplada de la atmósfera del horno, por ejemplo, en una cámara dispuesta en el interior del horno 14, pero sellada de forma estanca al gas. El resultado es un calentamiento indirecto de la materia prima.
Además, para generar calor se utiliza preferentemente energía eléctrica, de preferencia, exclusivamente energía eléctrica, preferentemente procedente de electricidad verde o energía verde.
Según una primera forma de realización de la invención (Fig. 2), el calor necesario para la cocción de la materia prima se introduce en la zona de cocción 11 mediante el suministro de gas caliente. En particular, el gas caliente se suministra en el extremo inferior de la zona de cocción 11 en un punto de entrada de gas caliente 34. Como ya se ha explicado, el gas caliente es gas de proceso de horno con el alto contenido de CO2 mencionado con anterioridad. Además, el gas caliente tiene preferentemente una temperatura de 800 a 1250 °C, preferentemente de 900 a 1100 °C. Para ello, el gas caliente se calienta en un dispositivo de calentamiento de gas caliente 16 del dispositivo de suministro de gas caliente 5, que se tratará con más detalle a continuación.
La cocción en el horno 2 tiene lugar de la siguiente manera:
En primer lugar, la materia prima vertible y grumosa que se va a cocer, preferentemente piedra caliza, se introduce en la esclusa de materia prima 9. La materia prima tiene preferentemente una granulometría mínima >15 mm, preferentemente > 30 mm, y/o una granulometría máxima < 180 mm, preferentemente < 120 mm.
Tan pronto como se llena la esclusa de materia prima 9, se cierra herméticamente al gas y se purga con gas de purga de acuerdo con la invención. Como ya se ha explicado, el gas de purga es gas de proceso de horno con el alto contenido de CO2 especificado con anterioridad. Además, el gas de purga tiene preferentemente una sobrepresión de 200 a 1800 mbar, preferentemente de 200 a 800 mbar. Para ello, el dispositivo 1 dispone preferentemente de un dispositivo de compresión de gas de purga 17. Preferentemente, el dispositivo de compresión de gas de purga 17 es una soplante de desplazamiento positivo o un compresor de tornillo o una soplante híbrida, es decir, una combinación de las dos soplantes mencionadas.
Además, el gas de purga procede preferentemente de un dispositivo de almacenamiento de gas de proceso 22 o de cilindros de gas (no mostrados). Sin embargo, siempre tiene el alto contenido de CO2 antes mencionado.
La esclusa de materias primas 9 se purga con el gas de purga hasta que se llena completamente con él. A continuación, se desconecta el flujo de gas de purga y se abre la esclusa de materia prima 9 hacia el interior del horno 14, de modo que la materia prima cae en el interior del horno 14, en particular en la zona de precalentamiento 10. La conexión entre la esclusa para materias primas 9 y el interior del horno 14 es, por supuesto, estanca al gas.
Dado que la esclusa de materias primas 9 está llena de gas de purga, no entra aire ambiente en el interior del horno 14.
En la zona de precalentamiento 10, la materia prima se precalienta de forma conocida mediante el gas procedente de la zona de cocción 11 y que fluye a través de la zona de precalentamiento 10 en dirección contraria a la del transporte de material 8. Este gas contiene, por un lado, los gases de proceso del horno suministrados y, por otro, los gases producidos durante la cocción de la materia prima.
La materia prima atraviesa la zona de precalentamiento 10 en dirección opuesta, es decir, en la dirección de transporte del material 8, y llega a la zona de cocción 11.
En la zona de cocción 11, la materia prima es calentada por el gas caliente, que fluye a través de la materia prima en sentido contrario a la dirección de transporte del material 8, de tal manera que es cocida, en particular desacidificada.
De este modo, la combustión de piedra caliza, magnesita y dolomita produce principalmente CO2 de forma conocida. Sin embargo, debido a las impurezas de la materia prima, durante la cocción también pueden producirse otros gases, en particular vapor de agua.
El material atraviesa la zona de cocción 11 en dirección opuesta, es decir, en la dirección de transporte del material 8, y llega a la zona de enfriamiento 12.
En la zona de enfriamiento 12, el material cocido es enfriado por el gas refrigerante, que fluye a través del material cocido en sentido contrario a la dirección de transporte del material 8.
Y desde la zona de enfriamiento 12, el material cocido enfriado llega finalmente a la compuerta de descarga 13, que descarga el material del horno 2. Antes de que la esclusa de descarga 13 se abra con este fin, se separa de forma estanca al gas del interior del horno 14, dispuesto por encima de ella, de modo que no pueda penetrar en él aire ambiente.
Una vez descargado el material cocido, la compuerta de descarga 13 se purga con gas de purga del mismo modo que la compuerta de materia prima 9 hasta que se llena completamente con gas de purga. A continuación, se desconecta el flujo de gas de purga y la compuerta de descarga 13 se abre hacia el interior del horno 14. La conexión entre la compuerta de descarga 13 y el interior del horno 14 es, por supuesto, estanca al gas.
Como ya se ha explicado, el gas de escape del horno también se descarga desde el horno 2 al dispositivo de utilización de gas de escape 4 en el extremo superior del horno 2a. El gas de escape del horno tiene preferentemente una temperatura de 20 a 250 °C, preferentemente de 50 a 100 °C. Además, el gas de escape del horno se descarga de forma permanente o por lotes, por ejemplo cuando se supera una determinada sobrepresión, por ejemplo 600 mbar, en el interior del horno 14. Esto se controla en particular mediante un sensor de presión y una válvula controlada en función de las mediciones del sensor de presión.
Además, el gas de escape del horno tiene preferentemente un contenido de CO2 de > 80 % en peso, de particular preferencia, > 90 % en peso, de muy particular preferencia, > 98 % en peso.
El dispositivo de recirculación de gases de escape 3 tiene preferentemente un primer dispositivo de desempolvado 18, preferentemente un dispositivo de deshumidificación 19, preferentemente un segundo dispositivo de desempolvado 20, preferentemente un dispositivo de compresión de gases de escape 21 y el dispositivo de almacenamiento de gases de proceso o el dispositivo de almacenamiento de gases de escape 22 a continuación uno del otro.
Los dispositivos desempolvadores primero y segundo 18;20 sirven cada uno para separar el polvo de los gases de escape del horno.
Preferentemente, el primer dispositivo desempolvador 18 dispone de uno o varios ciclones. Los ciclones también se denominan separadores centrífugos.
Preferentemente, el segundo dispositivo de eliminación de polvo 20 tiene uno o más filtros, preferentemente bolsas filtrantes.
El dispositivo de deshumidificación 19 sirve para separar el agua y otros componentes húmedos de los gases de escape del horno. Se trata preferentemente de un dispositivo de evacuación de condensados, preferentemente con secador frigorífico.
El dispositivo de compresión de gases de escape 21 se utiliza para comprimir los gases de escape del horno. La compresión se utiliza para compensar las pérdidas de presión. Preferentemente, el dispositivo de compresión de gases de escape 21 tiene un compresor de tomillo o un soplante de desplazamiento positivo o un soplante híbrido o un compresor neumático de presión dinámica.
El dispositivo de almacenamiento de gases de escape 22 sirve para almacenar temporalmente los gases de escape de una manera conocida per se. El dispositivo de almacenamiento de gases de escape 22 sirve en particular como amortiguador del sistema. Preferentemente, el gas de escape se almacena a aproximadamente 1 bar.
Del dispositivo de almacenamiento de gases de escape 22 sale un caudal de gases de escape hacia el dispositivo de suministro de gases calientes 5, un caudal de gases de escape hacia el dispositivo de suministro de gases refrigerantes 6 y un caudal de gases de escape hacia el dispositivo de utilización de gases de escape 4.
El dispositivo de suministro de gas caliente 5 tiene un dispositivo de compresión de gas caliente 23 y el dispositivo de calentamiento de gas caliente 16 conectados a él.
El dispositivo de compresión de gas caliente 23 se utiliza para comprimir el gas descargado desde el dispositivo de almacenamiento de gas de escape 22, en particular hasta 200 a 1800 mbar, preferentemente 200 a 800 mbar. La compresión sirve para transportar el gas caliente con presión suficiente a través del interior del horno 14. Preferentemente, el dispositivo de compresión de gas caliente 23 es un compresor de tornillo o un soplador de émbolo rotativo o un soplador híbrido o un compresor neumático de ariete.
Preferentemente, el horno 2 funciona con sobrepresión. Esto también sirve para mantener la atmósfera de CO2 en el interior del horno 14. Esto se debe a que impide la entrada de gases del exterior en el interior del horno 14. La sobrepresión en el interior del horno 14 es preferentemente de 50 a 1200 mbar, preferentemente de 200 a 800 mbar. A continuación, el gas fluye desde el dispositivo de compresión de gas caliente 23 hasta el dispositivo de calentamiento de gas caliente 16.
El dispositivo de calentamiento de gas caliente 16 tiene preferentemente al menos un calentador accionado eléctricamente, preferentemente un calentador de resistencia. En un calentador de resistencia, como es sabido, el calor se genera por la corriente que fluye a través de un elemento calefactor de resistencia hecho de material eléctricamente conductor y que se calienta debido al calor Joule. Por lo tanto, el calentador de resistencia tiene al menos un elemento de resistencia de calentamiento alrededor del cual fluye el gas a calentar y lo calienta.
Alternativa o adicionalmente, el dispositivo de calentamiento de gas caliente 16 también puede tener al menos un intercambiador de calor. De una manera conocida per se, el intercambiador de calor tiene uno o más tubos de intercambiador de calor a través de los cuales fluye un medio caliente y alrededor del cual fluye el gas a calentar. De acuerdo con una forma de realización de la invención, por ejemplo, la combustión, preferentemente de gas natural o de un combustible fósil, puede tener lugar en los tubos del intercambiador de calor.
Como ya se ha explicado, el dispositivo de calentamiento de gas caliente 16 sirve para calentar el gas a una temperatura lo suficientemente alta como para quemar la materia prima o para calentarla a la temperatura de combustión necesaria. Por lo tanto, el dispositivo de calentamiento de gas caliente 16 se utiliza para generar el gas caliente, que se introduce en el horno 2 en el extremo inferior de la zona de cocción 11.
El dispositivo de suministro de gas refrigerante 6 tiene un dispositivo de compresión de gas refrigerante 24 y un dispositivo de enfriamiento de gas refrigerante 25 adyacente.
El dispositivo de compresión de gas refrigerante 24 se utiliza para comprimir el gas descargado desde el dispositivo de almacenamiento de gas de escape 22, en particular hasta 200 a 1800 mbar, preferentemente 200 a 800 mbar. La compresión sirve para igualar las pérdidas de presión. Preferentemente, el dispositivo de compresión de gas refrigerante 24 es un compresor de tornillo o un soplador de émbolo rotativo o un soplador híbrido o un compresor neumático de presión dinámica.
A continuación, el gas fluye desde el dispositivo de compresión de gas refrigerante 24 hasta el dispositivo de refrigeración de gas refrigerante 25. El dispositivo de enfriamiento de gas refrigerante 25 sirve para enfriar el gas comprimido, en particular hasta -20 a 150 °C. Para ello, el dispositivo de enfriamiento de gas refrigerante 25 dispone preferentemente de al menos un intercambiador de calor. De este modo, el dispositivo de enfriamiento de gas 25 se utiliza para suministrar el gas de enfriamiento, que se introduce en el horno 2 en el extremo inferior de la zona de enfriamiento 12.
El dispositivo de utilización de gas residual 4 según la invención (Fig. 1) tiene un dispositivo de metanización 26, preferentemente un dispositivo de pirólisis de metano 27 y opcionalmente un dispositivo de electrólisis 28 y opcionalmente un dispositivo de purificación de gas 29.
Además, el dispositivo de utilización de gases residuales 4 dispone preferentemente de un compresor de alta presión 46, un acumulador de alta presión 47 y un reductor de presión 48 antes del dispositivo de metanización 26.
El reductor de presión se utiliza para reducir la presión con precisión a la presión necesaria para el dispositivo de metanización 26.
El dispositivo de depuración de gases 29, dispuesto antes del dispositivo de metanización 26, se utiliza para depurar los gases de escape y, en particular, garantiza que no entre oxígeno en el dispositivo de metanización 26. En particular, separa el CO2 de los demás componentes, especialmente el oxígeno, de los gases de escape del horno. Para ello, el dispositivo de depuración de gases 29 dispone preferentemente de al menos un filtro de membrana de la manera conocida per se.
El dispositivo de metanización 26 se utiliza para convertir el CO2 en metano (CH4). En particular, el metano se produce a partir de hidrógeno y dióxido de carbono de acuerdo con la siguiente ecuación:
CO2 4H2 = CH4 2 H2O
El dispositivo de metanización 26 dispone preferentemente de medios para la metanogénesis o formación microbiana de metano o formación biológica de metano. En la metanogénesis, el metano se forma mediante el metabolismo de organismos vivos conocidos como metanógenos o formadores de metano. Preferentemente, los metanógenos son arqueas. La metanogénesis se lleva a cabo en un biorreactor con la ayuda de metanógenos, preferentemente arqueas.
Por consiguiente, el dispositivo de metanización 26 dispone preferentemente de al menos un biorreactor con arqueas. El biorreactor también funciona preferentemente con exceso de presión, preferentemente con un exceso de presión de 1 a 100 bar, de particular preferencia, de 10 a 35 bar, de muy particular preferencia, de 10 a 20 bar. El dispositivo de metanización 26 también puede tener medios alternativos o adicionales para la metanización técnica o química. En particular, el dispositivo de metanización 26 tiene al menos un reactor de membrana para este fin. En particular, la metanización en el reactor de membrana tiene lugar mediante la reacción de Sabatier.
Sin embargo, se prefiere la metanogénesis.
Preferentemente, el hidrógeno utilizado para la metanización procede ahora, al menos parcialmente, del dispositivo de pirólisis de metano 27. El dispositivo de pirólisis de metano 27 se utiliza para convertir el metano producido en el dispositivo de metanización 26 en hidrógeno y carbono sólido. Este proceso se denomina «hidrógeno turquesa». La pirólisis del metano requiere energía térmica, que puede generarse utilizando electricidad. El consumo de electricidad es significativamente menor que con la electrólisis.
En concreto, el metano se convierte según la siguiente ecuación:
CH4 = 2 H2 C
Preferentemente, el dispositivo de pirólisis de metano 27 tiene al menos un reactor de columna de burbujas de metal líquido lleno de metal fundido, preferentemente estaño fundido.
En el reactor de columna de burbujas de metal líquido, el gas metano se introduce en el fondo del reactor y se libera allí en forma de burbujas. Debido a la diferencia de densidad, las burbujas suben a la parte superior y forman una especie de cámara de microrreactor para la descomposición durante la pirólisis. El metano alcanza rápidamente la temperatura de reacción necesaria debido al metal caliente, de modo que la descomposición tiene lugar mientras las burbujas siguen subiendo. El carbono liberado se deposita en la superficie de las burbujas. Cuando las burbujas alcanzan el extremo superior del reactor de metal líquido, revientan y liberan una mezcla de hidrógeno, carbono y, si es necesario, metano residual. A continuación, el carbono sólido se separa de la mezcla gaseosa. Y el hidrógeno producido se separa mediante un proceso de separación de gases, de modo que, en última instancia, se dispone de dos productos de reacción por separado. El metano residual se añade de nuevo al ciclo de pirólisis del reactor de columna de burbujas de metal líquido.
Sin embargo, el dispositivo de pirólisis de metano 27 también puede disponer de medios para llevar a cabo la pirólisis de metano mediante el proceso Kvaerner. Se sabe que los hidrocarburos del proceso Kvaerner se separan en carbono puro e hidrógeno en un soplete de plasma a unos 1600 °C.
En caso necesario, el dispositivo de pirólisis de metano 27 puede alimentarse también con gas natural, en particular de un gasoducto o de una instalación de almacenamiento de gas natural, además del metano procedente del dispositivo de metanización 26.
Como ya se ha explicado, el dispositivo 4 de aprovechamiento de los gases de escape también puede tener, adicional o alternativamente, el dispositivo 28 de electrólisis. Este se utiliza para el suministro (adicional) de hidrógeno para la metanización. El hidrógeno se produce a partir del agua mediante el dispositivo de electrólisis 28 de acuerdo con la siguiente ecuación:
2 H2O = 2 H2 02
Para la electrólisis se utiliza preferentemente agua procedente de una tubería o de un depósito de almacenamiento de agua.
Además, el hidrógeno para la metanización también puede suministrarse desde un depósito de almacenamiento de hidrógeno y/o una red de hidrógeno.
El hidrógeno adicional también puede suministrarse mediante el proceso LOHC (portador de hidrógeno orgánico líquido). La hidrogenación se utiliza para acoplar químicamente el H2 a un líquido, que luego puede transportarse por camión cisterna o tubería y deshidratarse de nuevo in situ.
La ventaja del procedimiento según la invención y del dispositivo 1 según la invención con el dispositivo de utilización de gases residuales 4 es que el CO2 producido durante la combustión no se libera a la atmósfera, sino que primero se convierte en metano en el dispositivo de metanación 26, que a su vez se convierte preferentemente en carbono sólido mediante pirólisis de metano. Sin embargo, a diferencia del dióxido de carbono, el carbono sólido no es perjudicial para el clima y puede utilizarse, por ejemplo, como fertilizante.
Otra ventaja de la pirólisis del metano es que requiere un 80 % menos de energía que la electrólisis. Esto, a su vez, también ahorra costes.
La mitad del hidrógeno consumido en el dispositivo de metanización 26 también se recupera mediante la pirólisis de metano.
Gracias al funcionamiento del horno 2 con una atmósfera de CO2 puro y a la cocción sin quema de combustible, los gases de escape del horno son mucho más puros y apenas contienen impurezas, por lo que no es necesaria la depuración de los gases de escape. En caso necesario, la depuración de los gases de escape sólo debe llevarse a cabo si las impurezas se han acumulado en los gases de escape del horno. Para el biorreactor es especialmente importante que el gas de escape del horno que se va a metanizar contenga pocas impurezas, ya que las arqueas son sensibles a este respecto. La posible eliminación de la depuración de los gases de escape también ahorra energía y costes.
Otra ventaja de las arqueas es que son sensibles al oxígeno en los gases de combustión, pero insensibles a un alto contenido de azufre en los gases de combustión.
Dado que preferentemente toda la energía necesaria para el funcionamiento del dispositivo 1, en particular el horno 2 y el dispositivo de utilización de gases residuales 4, es energía eléctrica, preferentemente procedente de electricidad verde, todo el dispositivo 1 es prácticamente neutro desde el punto de vista climático.
Además, la eficiencia del horno 2 puede aumentarse haciéndolo funcionar exclusivamente en una atmósfera de CO2, ya que la temperatura del punto de rocío puede reducirse, lo que a su vez permite ahorrar energía. Esto se debe a que la combustión de gas natural y otros combustibles produce vapor de agua. Además, los combustibles suelen contener azufre, que forma ácido sulfuroso con el agua, lo que provoca la corrosión de la estufa. Sin la combustión de combustibles en el interior del horno 14, estos problemas no se producen.
El modo de funcionamiento del horno 2 descrito con anterioridad se refiere naturalmente al funcionamiento normal del horno 2. Durante una fase inicial, es posible que la concentración de CO2 en el interior del horno 14 y en los gases no corresponda todavía a la concentración especificada. En este caso, el horno 2 funciona como se ha descrito con anterioridad hasta que se alcanza la concentración de CO2 deseada por concentración. Sin embargo, el dispositivo de utilización de gases residuales 4 solo se pone en funcionamiento cuando se alcanza dicha concentración. Antes de ello, el gas residual sobrante se conduce a la atmósfera.
Sin embargo, como alternativa, el interior del horno 14 puede purgarse con gas de purga con la concentración de CO2 deseada antes de la puesta en marcha. El gas de purga procede, por ejemplo, del dispositivo de almacenamiento de gases de escape 22 o de cilindros de gas.
De acuerdo con otra forma de realización de la invención (Fig. 3), el horno 2 dispone de un dispositivo de calentamiento de material de cocción 30, preferentemente dispuesto en el interior del horno 14, para calentar la materia prima o el material de cocción en la zona de cocción 11 a la temperatura necesaria para la cocción. El dispositivo de calentamiento de material 30 genera el calor sin quemar combustible en el interior del horno 14.
El dispositivo de calentamiento de material 30 no dispone de un calentador de combustible con quemador para calentar directamente la materia prima.
Además, el dispositivo de calentamiento de combustible 30 está dispuesto preferentemente en el extremo superior de la zona de cocción 11.
De preferencia, el dispositivo de calentamiento de combustible 30 funciona eléctricamente. Por lo tanto, dispone de al menos un calentador eléctrico.
Preferentemente, el dispositivo de calentamiento de combustible 30 tiene al menos un calentador de resistencia. El calentador de resistencia tiene preferentemente al menos uno, preferentemente varios, elemento(s) de resistencia eléctrica 31, preferentemente varillas o espirales calentadoras. Las resistencias de calentamiento 31 están dispuestas en el interior del horno 14 o sobresalen del mismo. En particular, el elemento o elementos de resistencia de calentamiento 31 sobresalen en el lecho de materia prima situado en el interior del horno 14. Por lo tanto, preferentemente también se prevén placas deflectoras 32 o elementos mecánicos de protección similares para proteger mecánicamente los elementos de resistencia de calentamiento 31 del flujo de materia prima. Además, pueden disponerse varios elementos de resistencia de calentamiento 31 uno al lado del otro y/o uno encima del otro. Además, los elementos de resistencia de calentamiento 31 también pueden distribuirse por toda la zona de cocción 11.
Alternativamente o además de la calefacción eléctrica, el dispositivo de calentamiento de combustible 30 también puede tener al menos un intercambiador de calor (no mostrado). En particular, pueden disponerse varios intercambiadores de calor uno al lado del otro y/o uno encima del otro. Además, los intercambiadores de calor también pueden estar distribuidos por toda la zona de combustión 11. También es preferible que los intercambiadores de calor estén protegidos mecánicamente del flujo de materia prima.
De una manera conocida per se, un intercambiador de calor tiene uno o más tubos de intercambiador de calor a través de los cuales fluye un medio caliente y alrededor del cual fluyen la materia prima a calentar y el gas de proceso del horno. De acuerdo con una forma de realización de la invención, por ejemplo, la combustión, por ejemplo de gas natural o de un combustible fósil, puede tener lugar en los tubos del intercambiador de calor (calentamiento indirecto de la materia prima). O bien se puede disponer al menos una pila de combustible de óxido sólido (SOFC) en los tubos del intercambiador de calor.
Además, el dispositivo de calentamiento de combustible 30 accionado eléctricamente también puede tener al menos un calentador de microondas, que tiene medios para calentar la materia prima por medio de microondas, y/o al menos un calentador de arco con un ánodo y un cátodo dispuestos en el interior del horno 14.
El hecho de que, incluso en la forma de realización con el dispositivo de calentamiento de combustible 30, no tenga lugar ninguna combustión de combustibles directamente en el interior del horno 14 del horno 2 significa que los gases de escape del horno no están contaminados por los gases producidos durante la combustión y el oxígeno no quemado.
Además, solo se utiliza energía eléctrica, preferentemente de electricidad verde, para generar calor mediante el dispositivo de calentamiento de combustible 30 accionado eléctricamente.
También puede ser suficiente proporcionar únicamente el dispositivo de calentamiento de combustible 30 para calentar el combustible y prescindir de la introducción del gas caliente en la zona de combustión 11.
De acuerdo con otra forma de realización de la invención, el horno 2 es un horno de cuba inclinada 33 (Fig. 4). El horno de eje inclinado 33 también se opera de una manera conocida según el principio de contraflujo.
El horno de cuba inclinada 33 tiene una zona de cocción 11 con varias zonas de cocción 11a-d dispuestas una encima de la otra. Las
zonas de cocción están diseñadas de tal manera que el material a cocer atraviesa la zona de cocción 11 en forma de meandro. De este modo, el eje del horno 33a tiene forma de meandro en el área de la zona de cocción 11. Además, cada zona de cocción 11a-d dispone preferentemente de un punto de entrada de gas caliente 34 para la introducción de gas caliente. De este modo, se garantiza un calentamiento óptimo del material a quemar.
Preferentemente, los puntos de entrada de gas caliente 34 de las zonas de cocción 11a-d, que están dispuestos directamente uno encima del otro, están situados uno frente al otro. Esto significa que siempre hay dos puntos de entrada de gas caliente 34, uno encima del otro. Esto se debe especialmente a razones de espacio.
Preferentemente, el dispositivo de suministro de gas caliente 5 también tiene un dispositivo de compresión de gas caliente 23 y dos dispositivos de calentamiento de gas caliente 16 contiguos al dispositivo de compresión de gas caliente 23. Y dos corrientes de gas caliente se descargan de cada uno de los dispositivos de calentamiento de gas caliente 16 y se introducen en una de las regiones de zona de combustión 11a-d.
Por supuesto, también está dentro del alcance de la invención que las regiones de zona de combustión 11a-d tengan un dispositivo de calentamiento de material de combustión 30 (no mostrado) además de o como alternativa a los puntos de entrada de gas caliente 34. Por ejemplo, algunas de las zonas de combustión 11a-d pueden tener también un dispositivo de calentamiento de combustible 30 y otras pueden tener un punto de entrada de gas caliente 34. En el caso de un dispositivo de calentamiento de combustible 30 accionado eléctricamente con calentamiento por resistencia o calentamiento por arco, los elementos de resistencia de calentamiento o ánodo y cátodo están dispuestos preferentemente de tal manera que se encuentran en el interior del horno 14 pero fuera del lecho de materia prima. Esto también se aplica a los tubos del intercambiador de calor. De este modo se reduce considerablemente el desgaste mecánico de los respectivos elementos calefactores.
La ventaja del horno de cuba inclinada 33 es una distribución más uniforme del calor o de la energía. Esto permite influir mejor en la calidad del material cocido.
De acuerdo con otra forma de realización de la invención, el horno 2 es un horno de cuba de levitación 35 (Fig. 5). El horno de eje flotante 35 también tiene un único eje vertical 35a.
A diferencia de los otros hornos mencionados 2; 7; 33, el horno de eje de levitación 35 funciona según el principio de cocorriente. Esto significa que la dirección de transporte del material 8 corresponde a la dirección de flujo del gas de proceso del horno. Además, la dirección de transporte del material 8 va de abajo hacia arriba. Por lo tanto, la salida de material se encuentra en el extremo superior del horno 2a.
Además, el horno de cuba de levitación 35 no se utiliza para la cocción de materia prima grumosa, sino de materia prima pulverulenta, preferentemente piedra caliza en polvo. La materia prima pulverulenta tiene un tamaño de grano < 400 |jm, preferentemente < 200 jm, preferentemente < 90 jm.
Por este motivo, el material de cocción se dispersa o flota en el gas de proceso del horno de cuba de levitación 35. El material a cocer se transporta por tanto a través del horno de cuba de levitación 35 por medio del gas de proceso del horno. Se produce un aerosol de gas de proceso de horno y material de cocción y/o material cocido.
El dispositivo 1 según la otra forma de realización (Fig. 5) dispone además de un dispositivo de recirculación de gases de escape 3, un dispositivo de aprovechamiento de gases de escape 4 y un dispositivo de alimentación de gas caliente 5.
Visto de abajo hacia arriba, el horno de cuba de levitación 35 tiene un dispositivo de distribución de gas caliente 36, una zona de combustión 37 y una zona de recuperación 38. Además, el horno de cuba de levitación 35 tiene una esclusa de materia prima 39 y un punto de entrada de materia prima 49, que está dispuesto por encima del dispositivo de distribución de gas caliente 36 y por debajo de la zona de cocción 37 y junto al eje del horno 35a. La zona de cocción 37 tiene además una o varias zonas de cocción 42, preferentemente hasta 30, dispuestas una detrás de otra en la dirección de transporte de material 8. Cada una de las zonas de cocción 42 dispone de un dispositivo de calentamiento de material 43.
Preferentemente, el dispositivo de calentamiento de material 43 tiene al menos un calentador accionado eléctricamente, de preferencia, un calentador de arco o un calentador de resistencia o un calentador de microondas, y/o al menos un intercambiador de calor. Al igual que en los otros hornos 2; 7; 33, los elementos de resistencia de calentamiento 31 del calentador de resistencia o el ánodo y el cátodo o los tubos del intercambiador de calor están dispuestos en el interior del horno 14.
La cocción en el horno de cuba de levitación 35 tiene lugar ahora como sigue:
Mediante el dispositivo de suministro de gas caliente 5 se introduce gas caliente en el dispositivo de distribución de gas caliente 36 en el extremo inferior del horno 2b en el punto de entrada de gas caliente 34 en el hueco del horno 35a. El gas caliente se calienta previamente en el dispositivo de calentamiento de gas caliente 16, preferentemente entre 300 y 800 °C, preferentemente entre 550 y 750 °C. Preferentemente, el dispositivo de suministro de gas caliente 5 también dispone de un ventilador de transporte 50 dispuesto aguas arriba del dispositivo de calentamiento de gas caliente 16.
El gas caliente se distribuye por toda la sección transversal del horno mediante el dispositivo de distribución de gas caliente 36 y fluye hacia arriba a través del hueco del horno 35a en la dirección de transporte del material 8.
La materia prima pulverulenta y vertible que se va a cocer, preferentemente polvo de piedra caliza, se introduce en la esclusa de materia prima 39.
Tan pronto como se llena la esclusa de materia prima 39, se cierra herméticamente al gas y se purga con gas de purga de acuerdo con la invención (no mostrado). El gas de purga es también un gas de proceso de horno con el alto contenido de CO2 especificado. Además, el gas de purga tiene preferentemente una presión de 200 a 1800 mbar. Para ello, el dispositivo 1 dispone preferentemente de un dispositivo de compresión de gas de purga 17 (no representado en la Figura 5). Preferentemente, el dispositivo de compresión de gas de purga 17 es un soplador de émbolo rotativo o un compresor de tornillo o un soplador híbrido o un compresor neumático de ariete a presión. La esclusa de materias primas 39 se purga con el gas de purga hasta que se llena completamente con él. A continuación, se desconecta el flujo de gas de purga y se abre la esclusa para materias primas 39 hacia el interior del horno 14, de modo que la materia prima pueda introducirse en el interior del horno 14.
Preferentemente, entre la esclusa para materias primas 39 y el interior del horno 14 se dispone también un dispositivo de precalentamiento 41, que sirve para precalentar la materia prima antes de introducirla en el interior del horno 14. Preferentemente, la materia prima se precalienta entre 300 y 800 °C.
El dispositivo de precalentamiento 41 se acciona preferentemente de forma eléctrica y dispone preferentemente de al menos un calentador eléctrico, preferentemente un calentador de resistencia. Sin embargo, también puede tener alternativa o adicionalmente un intercambiador de calor.
Además, el dispositivo de precalentamiento 41 también puede tener al menos un calentador de microondas.
Tan pronto como la materia prima entra en el interior del horno 14, es mantenida en suspensión por el flujo de gas caliente y arrastrada en la dirección de transporte del material 8.
Como resultado, la materia prima alcanza la zona de cocción 37, es transportada a través de ella y cocida en el proceso.
Después de la zona de cocción 37, el material cocido llega a la zona de recuperación 38, donde se enfría transfiriendo la energía térmica a un intercambiador de calor o a un acumulador de calor, que a su vez se utiliza para precalentar la materia prima.
El material cocido se expulsa de la zona de recuperación 38 junto con los gases de escape del horno, en los que se encuentra disperso, al dispositivo de recirculación de gases de escape 3.
En el primer dispositivo de eliminación de polvo 18, los gases de escape del horno se separan del material cocido pulverizado.
A continuación, los gases de escape del horno se transportan al dispositivo de almacenamiento de gases de escape 22 descrito con anterioridad y, desde allí, al dispositivo de alimentación de gas caliente 5 y al dispositivo de utilización de gases de escape 4 según la invención.
El material cocido separado en el primer dispositivo de desempolvado 18 se tamiza preferentemente en un dispositivo de tamizado 44. En particular, el material completamente quemado, en particular completamente calcinado, se separa del material incompletamente quemado, en particular incompletamente calcinado. Preferentemente, el dispositivo de tamizado 44 tiene un separador de aire que separa el material pesado, no cocido, del material más ligero, cocido, por ejemplo forzando el material ligero, cocido, hacia el exterior mediante aire y permitiendo que el material pesado, cocido, caiga hacia abajo sin ser desviado.
A continuación, el material no cocido se introduce en la esclusa 39 junto con la materia prima.
El material totalmente cocido se transporta preferentemente a un dispositivo de almacenamiento 45.
La ventaja del horno de cuba de levitación 35 es el uso de material extremadamente fino; prácticamente no hay acumulación forzada de partículas de tamaño inferior. Además, el horno de eje de levitación puede ponerse en marcha y apagarse mucho más rápidamente que los hornos convencionales.
De acuerdo con otra forma de realización de la invención, el horno 2 es también un horno de cuba estándar 7 (Fig. 6).
El horno de cuba estándar 7 dispone de un dispositivo de alimentación de materias primas 51, la esclusa de materias primas 9, eventualmente la zona de precalentamiento 10, la zona de cocción 11, la zona de enfriamiento 12 y la esclusa de descarga 13.
Además, el dispositivo 1 según la otra forma de realización dispone del dispositivo de valorización de gas residual 4 y del dispositivo de alimentación de gas caliente 5, pero preferentemente no dispone de ningún dispositivo de alimentación de gas refrigerante 6.
El dispositivo de alimentación de materia prima 51 se utiliza para alimentar la esclusa de materia prima 9 con materia prima. Preferentemente tiene un tornillo de alimentación 51a, preferentemente un tornillo de artesa, con un intercambiador de calor. Este precalienta la materia prima en el tornillo de alimentación 51a. El intercambiador de calor del tornillo de alimentación 51a tiene preferentemente tubos intercambiadores de calor dispuestos en el exterior alrededor de una pared del tornillo de alimentación 51a (no mostrados), a través de los cuales fluye un medio intercambiador de calor, preferentemente aceite térmico. Sin embargo, el tornillo de alimentación 51a también puede tener un calentador eléctrico con al menos una bobina de calentamiento dispuesta alrededor de la pared del tornillo de alimentación 51a.
La esclusa de materia prima 9 tiene una aleta oscilante superior y otra inferior 52a; 52b. Las dos aletas oscilantes 52a; 52b tienen una posición abierta y otra cerrada. En la posición cerrada, cierran la esclusa de materia prima 9. Si la trampilla pendular superior 52a está abierta, la esclusa de materia prima 9 puede llenarse con materia prima desde arriba mediante el dispositivo de alimentación de materia prima 51. Si la trampilla pendular inferior 52c está abierta, la materia prima cae desde el cierre de materia prima 9 al interior del horno 14, en particular a la zona de precalentamiento 10. Para abrir y cerrar las dos trampillas pendulares 52a; 52b, el horno de cuba estándar 7 dispone de medios de accionamiento correspondientes, preferentemente medios de accionamiento hidráulicos y/o neumáticos y/o un motor eléctrico y/o un servomotor.
El horno de cuba estándar 7 dispone además de un dispositivo de calentamiento del material de cocción 53 accionado eléctricamente para calentar la materia prima o el material de cocción en la zona de cocción 11 a la temperatura necesaria para la cocción.
El dispositivo de calentamiento de material 53 dispone de dos resistencias de calentamiento por zona de cocción 11a-d en forma de manguitos calefactores 54, que están dispuestos alrededor del exterior de la carcasa del horno 15, que preferentemente es de acero.
Los manguitos calefactores 54 tienen cada uno un manguito calefactor interior 55, un collar aislante 56 dispuesto alrededor del exterior del manguito calefactor 55 y preferentemente un collar exterior 57 dispuesto alrededor del exterior del collar aislante 56.
Los manguitos calefactores 55 tienen cada uno al menos un elemento de resistencia eléctrica calefactora, preferentemente al menos una bobina calefactora, preferentemente varias bobinas calefactoras (no mostradas). De este modo, la envolvente del horno 15 se calienta por medio de los manguitos calefactores 54 y el calor generado por los manguitos calefactores 54 se transfiere a través de la envolvente del horno 15 al interior del horno 14 por medio de conducción de calor.
El dispositivo de suministro de gas caliente 5 dispone preferentemente de un dispositivo de circulación de gas caliente o dispositivo de circulación de gas de escape del horno 58, el primer dispositivo de eliminación de polvo 18, un intercambiador de calor 59 para enfriar el gas de escape, un estrangulador 60, el dispositivo de compresión de gas de escape 21, el dispositivo de almacenamiento de gas de escape 22 y otro estrangulador 61.
El dispositivo de circulación de gas caliente o dispositivo de circulación de gas de escape de horno 58 sirve para hacer circular una parte del gas de escape de horno caliente que sale del extremo superior de la zona de cocción 11. En particular, el dispositivo de circulación de gas caliente 58 sirve para extraer el gas de escape caliente del horno en el extremo superior de la zona de cocción 11 y para devolver el gas de escape caliente del horno en el extremo inferior de la zona de cocción 11. Para ello, el dispositivo de circulación de gas caliente 58 dispone de conductos de gas caliente correspondientes y al menos un dispositivo de accionamiento de gas caliente o de gas de escape del horno 62 para acelerar el gas caliente o el gas de escape del horno. Preferentemente, el dispositivo de accionamiento de gas caliente 62 es una tobera de Coanda 63 o un soplador de alta temperatura (no mostrado). El intercambiador de calor 59 se utiliza para enfriar el gas de escape y tiene, por ejemplo, aceite térmico como medio de intercambio de calor. El aceite térmico calentado procedente del intercambiador de calor 59 puede utilizarse, por ejemplo, para el tornillo de alimentación 51a.
La zona de enfriamiento 12 tiene preferentemente un tornillo de enfriamiento 64, que está diseñado preferentemente como un tornillo de artesa y tiene una pared de tornillo circunferencial cerrada 64a. Además, el tornillo de enfriamiento 64 tiene un intercambiador de calor y, por lo tanto, medios para disipar el calor del material cocido, en particular calcinado. El intercambiador de calor del tornillo de enfriamiento 64 tiene preferentemente tubos intercambiadores de calor dispuestos en el exterior alrededor de una pared de tornillo del tornillo de enfriamiento 64 (no mostrados), a través de los cuales fluye un medio de intercambio de calor, preferentemente aceite térmico. El aceite térmico calentado puede, por ejemplo, utilizarse para el tornillo de alimentación 51a. A diferencia de las formas de realización descritas con anterioridad, no se introduce gas refrigerante en la zona de enfriamiento 12. El tornillo de enfriamiento 64 dispone de un motor de accionamiento del tornillo de enfriamiento 65 de una manera conocida per se.
Como ya se ha explicado, la zona de enfriamiento 12 va seguida de la esclusa de descarga 13. De forma análoga a la esclusa de materias primas 9, la esclusa de descarga 13 también dispone de dos trampillas pendulares 66a;b para abrir y cerrar la esclusa de descarga 13.
En el horno de cuba estándar 7 según la otra forma de realización, el proceso de cocción se desarrolla de la siguiente manera:
En primer lugar se pesa la materia prima que se va a cocer y se introduce por lotes en el dispositivo de alimentación de materia prima 51, en particular en el sinfín 51a, hasta que este se llena. A continuación, el transportador de tornillo sin fin 51a se pone en movimiento y la materia prima se introduce en la esclusa de materia prima 9. La trampilla pendular superior 52a de la esclusa de materia prima 9 está abierta y la trampilla pendular inferior 52b de la esclusa de materia prima 9 está cerrada.
Por lo tanto, todo el proceso de cocción es, como es habitual, un proceso discontinuo.
En cuanto la esclusa de materias primas 9 está completamente llena, se cierra la trampilla pendular superior 52a y la esclusa de materias primas 9 se purga con gas de purga como se ha descrito con anterioridad. Como también se ha explicado, la esclusa de materia prima 9 se purga con el gas de purga hasta que se llena completamente con él. A continuación, se desconecta el flujo de gas de purga y la esclusa de materia prima 9 se abre hacia el interior del horno 14 abriendo la trampilla pendular inferior 52b de la esclusa de materia prima 9. Esto hace que la materia prima caiga al interior del horno 14, en particular a la zona de precalentamiento 10.
La materia prima se desplaza en sentido contrario, es decir, en la dirección de transporte del material 8, a través del interior del horno 14 y alcanza la zona de cocción 11.
En la zona de cocción 11, la materia prima es calentada por el gas caliente, que fluye a través de la materia prima en sentido contrario a la dirección de transporte del material 8, tal y como se ha descrito con anterioridad, de tal forma que es cocida, en particular desacidificada. El material atraviesa la zona de cocción 11 en dirección opuesta, es decir, en la dirección de transporte del material 8, y llega a la zona de enfriamiento 12.
Sin embargo, a diferencia del método descrito con anterioridad, el gas caliente no se calienta en un dispositivo de calentamiento de gas caliente 16 fuera del interior del horno 14, sino que se calienta dentro del interior del horno 14 mientras fluye a través de la zona de cocción 11 en sentido contrario a la dirección de transporte del material 8. El gas caliente se calienta mediante el dispositivo de calentamiento de material 53.
Esto se debe a que los manguitos de calentamiento 54 se utilizan para calentar el revestimiento del horno 15, tal como se ha descrito con anterioridad, y el gas caliente que fluye a lo largo del mismo. Esta forma de realización es especialmente ventajosa, ya que no se disponen elementos calefactores en el interior del horno 14 que obstruyan el flujo de material.
Sin embargo, está dentro del alcance de la invención que se proporcione un dispositivo de calentamiento de gas caliente si esto es necesario.
Como también se ha explicado con anterioridad, el gas caliente o el gas de escape del horno también se hace circular mediante el dispositivo de circulación de gas caliente 58:
Para ello, el gas de escape del horno se descarga desde el interior del horno 14 en el extremo superior de la zona de cocción 11. Como se ha descrito con anterioridad, un primer flujo de gases de escape se conduce al dispositivo de almacenamiento de gases de escape 22 a través del dispositivo de desempolvado 18, el intercambiador de calor 59, el estrangulador 60 y el dispositivo de compresión de gases de escape 21.
Otro caudal de gas de escape del gas de escape del horno, el gas caliente circulante, se alimenta al dispositivo de accionamiento de gas caliente 62, preferentemente la tobera de Coanda 63. En particular, la relación entre el primer flujo de gas de escape y el gas caliente circulante es de 1:5 a 1:10. Preferentemente, el gas caliente circulante no se desempolva, sino que se alimenta directamente al dispositivo de accionamiento de gas caliente 62, preferentemente a la tobera de Coanda 63. En particular, no se almacena temporalmente en el depósito de almacenamiento de gases de escape 22.
En el dispositivo de accionamiento de gas caliente 62, preferentemente la tobera de Coanda 63, el gas caliente circulante se acelera y a continuación se vuelve a introducir en el interior del horno 14 por debajo de la zona de cocción 11.
El gas caliente circulante se acelera en la tobera de Coanda 63 de forma conocida mediante un gas de accionamiento, que también se suministra a la tobera de Coanda 63. El gas de accionamiento es también gas de escape del horno, que se extrae del dispositivo de almacenamiento de gas de escape 22 y se alimenta a la tobera de Coanda.
El gas de impulsión y el gas caliente circulante se mezclan en la tobera de Coanda de una manera conocida per se y, a continuación, se introducen de nuevo en el interior del horno 14 por debajo de la zona de cocción 11 y fluyen a través de la zona de cocción 11 de abajo hacia arriba, tal como se ha descrito con anterioridad.
El uso de la tobera de Coanda 63 es especialmente ventajoso, ya que no se desgasta.
Como ya se ha explicado con anterioridad, la zona de enfriamiento 12 con el tornillo de enfriamiento 64 es contigua a la zona de combustión 11.
Preferentemente, el tornillo de enfriamiento 64 también funciona de forma discontinua. De este modo, el material cocido se transporta a través del tornillo de enfriamiento 64 y se enfría, en particular mediante el aceite térmico. Tras el tornillo de enfriamiento 64, el material cocido pasa a la esclusa de descarga 13. Para ello, la trampilla pendular superior 66a de la esclusa de descarga 13 está abierta y la trampilla pendular inferior 66b de la esclusa de descarga 13 está cerrada. Tan pronto como la esclusa de descarga 13 esté completamente llena, se cierra la pendular superior 66a de la esclusa de descarga 13 y, a continuación, se abre la aleta pendular inferior 66b de la esclusa de descarga 13, descargándose del horno 2 el material cocido.
Una vez descargado el material cocido, la esclusa de descarga 13 se purga con gas de purga del mismo modo que la esclusa de materia prima 9, como también se ha descrito con anterioridad, hasta que se llena completamente con este último.
Por supuesto, también está dentro del alcance de la invención eliminar el gas de escape del horno 2 en varios puntos. Por ejemplo, el gas residual del horno que se alimenta al dispositivo de almacenamiento de gas residual 22 puede extraerse en un punto diferente, por ejemplo más arriba, que el gas residual del horno para el dispositivo de circulación de gas caliente. Por ejemplo, por encima de la zona de cocción 11 también puede haber un dispositivo de circulación para hacer circular el gas de escape. Este gas circulante se utiliza entonces para precalentar la materia prima.
También está dentro del alcance de la invención utilizar el dispositivo de utilización de gases residuales 4 para otros tipos de hornos industriales, por ejemplo para un horno rotatorio o un horno de túnel u otros hornos de cuba, preferentemente un horno g Gr (horno regenerativo de corriente continua contracorriente) o un horno de cuba anular, o un horno de mesa de empuje.
Los hornos industriales se utilizan para la cocción/desacidificación industrial, a diferencia de los hornos de laboratorio de pequeño volumen utilizados con fines experimentales.
El dispositivo de utilización de gases residuales 4 también puede utilizarse para el aprovechamiento de gases residuales procedentes de otros procesos de cocción en los que se produce CO2 como gas de emisión del proceso o tiene lugar la desacidificación de la materia prima carbonatada (=expulsión de CO2). Preferentemente, el dispositivo de utilización de gases residuales 4 puede formar parte de un dispositivo de producción de clínker de cemento. Esto se debe a que la materia prima carbonatada, en particular la piedra caliza y/o la marga, también se calcina o desacidifica en la producción de cemento. A tal fin, dicho dispositivo dispone de un horno previo (horno de calcinación) o bien la calcinación o desacidificación tiene lugar en el mismo horno en el que también tiene lugar la sinterización a clínker de cemento.
Además, está dentro del alcance de la invención que otro dispositivo de conversión para convertir CO2 y preferentemente hidrógeno en otros hidrocarburos o alcohol pueda estar presente en lugar de o además del dispositivo de metanización. Esto también puede hacerse mediante la conversión de CO2 en CO. Preferentemente, tiene lugar la conversión en propano y/o butano y/o propeno y/o buteno y/o metanol (dispositivo de metanización) y/o combustibles sintéticos y/o aceites de motor sintéticos. La conversión en combustibles sintéticos y/o aceites de motor se realiza preferentemente mediante síntesis de Fischer-Tropsch.
Sin embargo, se prefiere el dispositivo de metanización.
Claims (26)
1. Dispositivo (1), preferentemente para la producción de cal viva y/o magnesia y/o dolomita o clínker de cemento, que presenta
a) un horno (2) para la combustión de materia prima carbonosa y vertible, preferentemente caliza y/o magnesita y/o dolomita y/o marga,
b) un dispositivo de utilización de gases residuales (4) para utilizar los gases residuales del horno de cocción (2) que contienen CO2, en donde el dispositivo de utilización de gases residuales (4) tiene un dispositivo de conversión para convertir, preferentemente con la adición de hidrógeno, el CO2 contenido en los gases residuales en hidrocarburo y/o alcohol, preferentemente un dispositivo de metanación (26) para convertir el CO2 contenido en los gases residuales en metano y agua con la adición de hidrógeno,
caracterizado porque
el horno de cocción (2) presenta medios para operar el horno de cocción (2) con una atmósfera de CO2 y sin calentador de combustible para quemar combustibles en el interior del horno (14) del horno de cocción (2), en donde atmósfera de CO2 significa que el gas de proceso del horno presente en el interior del horno (14) del horno de cocción (2) presenta un contenido de CO2 de > 80 % en peso, preferentemente > 90 % en peso, de particular preferencia, > 98 % en peso, y porque el horno de cocción (2) presenta una esclusa de materia prima (9; 39) que puede cerrarse de manera estanca al gas para introducir la materia prima por lotes en un interior del horno (14) y medios para purgar la esclusa de materia prima (9; 39) con gas de purga.
2. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque
el horno de cocción (2) presenta medios para hacer funcionar el horno con sobrepresión, preferentemente con una sobrepresión en el interior del horno (14) de 50 a 1200 mbar, preferentemente de 200 a 800 mbar.
3. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque
el horno de cocción (2) presenta al menos un dispositivo de calentamiento de combustible (30) para calentar la materia prima a la temperatura necesaria para la cocción en una zona de cocción (11; 37) del horno de cocción (2), en donde el dispositivo de calentamiento de combustible (30; 43) presenta exclusivamente medios para generar la energía térmica necesaria para el calentamiento sin combustión de combustibles en el interior del horno (14), en donde preferentemente el dispositivo de calentamiento del material de cocción (30; 43) presenta al menos un calentador accionado eléctricamente, de preferencia, un calentador de resistencia o un calentador de microondas o un calentador de arco, y/o
al menos un intercambiador de calor,
en donde preferentemente el calentador de resistencia presenta al menos un elemento de resistencia de calentamiento (31) dispuesto en el interior del horno (14).
4. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado porque
el intercambiador de calor está dispuesto en el interior del horno (14).
5. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado porque
el dispositivo de calentamiento de combustible (53) presenta al menos una resistencia de calentamiento en forma de manguito calefactor (54) para calentar la envolvente del horno (15), estando dispuesto el manguito calefactor (54) en el exterior alrededor de la envolvente del horno (15), en donde el dispositivo de calentamiento de combustible (53) presenta preferentemente una pluralidad de manguitos calefactores (54), en donde preferentemente los manguitos calefactores (54) presentan una envolvente calefactora interior (55), una envolvente aislante (56) dispuesta en el exterior alrededor de la envolvente de calentamiento (55) y preferentemente una envolvente de manguito exterior (57) dispuesta en el exterior alrededor de la envolvente aislante (56), en donde preferentemente la envolvente de calentamiento (55) presenta al menos un elemento de resistencia eléctrica de calentamiento, preferentemente al menos una bobina de calentamiento, preferentemente varias bobinas de calentamiento.
6. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el calentador de arco presenta un ánodo y un cátodo, que están dispuestos en el interior del horno (14).
7. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el dispositivo (1) presenta un dispositivo de suministro de gas caliente (5) para suministrar gas caliente en o por debajo de una zona de cocción (11; 37) del horno de cocción (2) en uno o más puntos de entrada de gas caliente (34), en donde el dispositivo de suministro de gas caliente (5) presenta al menos un dispositivo de calentamiento de gas caliente (16) para calentar el gas y/o preferentemente al menos un dispositivo de compresión de gas caliente (23),
en donde preferentemente el dispositivo de calentamiento de gas caliente (16) presenta al menos un calentador accionado eléctricamente, de preferencia, un calentador de resistencia, y/o al menos un intercambiador de calor para calentar el gas.
8. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el dispositivo (1) presenta un dispositivo de recirculación de los gases de escape del horno (58) para descargar al menos una parte de los gases de escape del horno como gas de recirculación en el extremo superior de la zona de cocción (11) y para recircular el gas de recirculación en el extremo inferior de la zona de cocción (11),
en donde preferentemente el dispositivo de recirculación de los gases de escape del horno (58) presenta al menos un dispositivo de accionamiento de los gases de escape del horno (62), preferentemente una tobera de Coanda (63) o un soplador de alta temperatura, para acelerar el gas
de recirculación.
9. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizado porque
el gas de recirculación se alimenta desde el interior del horno (14) sin almacenamiento intermedio, en particular directamente, al dispositivo de recirculación de gases de escape del horno (58).
10. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
a) el dispositivo (1) presenta un dispositivo de suministro de gas refrigerante (6) para suministrar gas refrigerante a una zona de enfriamiento (12) del horno de cocción (2),
o
b) la zona de enfriamiento (12) presenta un tornillo de enfriamiento (64) que está diseñado como intercambiador de calor y tiene medios para disipar el calor del material cocido, en particular calcinado, en donde preferentemente el dispositivo (1) no presenta un dispositivo de suministro de gas de enfriamiento (6) para suministrar gas de enfriamiento a la zona de enfriamiento (12) del horno de cocción (2).
11. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el horno de cocción (2) es un horno de cuba, preferentemente un horno de cuba normal vertical (7) o un horno de cuba inclinada (33) o un horno de cuba de levitación (35) o un horno regenerativo de contracorriente o un horno de cuba anular, o un horno rotatorio o un horno de mesa de empuje.
12. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el horno de cocción (2) presenta una esclusa de descarga (13), que puede cerrarse de forma estanca al gas, para descargar el material cocido del interior del horno (14) por lotes y medios para purgar la esclusa de descarga (13) con gas de purga,
en donde preferentemente el horno de cocción (2) se utiliza para la cocción de materia prima grumosa, en particular materia prima con granos de granulometría > 5 mm, y, visto en una dirección de transporte de material (8), presenta la esclusa de materia prima (9), preferentemente una zona de precalentamiento (10), una zona de cocción (11), una zona de enfriamiento (12) y la esclusa de descarga (13) dispuestas una a continuación de la otra.
13. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 11,
caracterizado porque
el horno de cocción (2) es un horno de cuba de levitación (35) que puede funcionar según el principio de co-corriente para la cocción de materia prima pulverulenta dispersa en el gas de proceso del horno,
en donde el horno de cuba de levitación (35) presenta preferentemente, visto desde abajo hacia arriba, un dispositivo de distribución de gas caliente (36), una zona de cocción (37) y una zona de recuperación (38), así como un punto de entrada de materia prima (49) dispuesto por encima del dispositivo de distribución de gas caliente (36) y por debajo de la zona de cocción (37),
en donde la zona de cocción (37) presenta preferentemente una o más regiones de zona de cocción (42) dispuestas una detrás de otra en una dirección de transporte del material (8).
en donde cada una de las regiones de zona de cocción (42) presenta un dispositivo de calentamiento de material de cocción (43), en donde preferentemente el dispositivo de calentamiento de material de cocción (43) presenta al menos un calentador accionado eléctricamente, preferentemente un calentador de arco o un calentador de microondas o un calentador de resistencia o un calentador de microondas, y/o al menos un intercambiador de calor.
14. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el dispositivo de utilización de gases residuales (4) presenta
a) un dispositivo de pirólisis de metano (27) para convertir el metano producido en el dispositivo de metanización (26) en hidrógeno y carbono sólido,
y
b) medios para transportar el hidrógeno producido en el dispositivo de pirólisis de metano (27) al dispositivo de metanización (26).
15. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
a) el dispositivo de metanización (26) presenta medios para la metanogénesis, preferentemente al menos un biorreactor con arqueas como formadoras de metano, en donde el biorreactor puede funcionar preferentemente a una sobrepresión de 1 a 100 bar, preferentemente de 10 a 35 bar, de particular preferencia, de 10 a 20 bar, y/o
b) el dispositivo de metanación (26) presenta medios para la metanación química, preferentemente al menos un reactor de membrana.
16. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 14 o 15,
caracterizado porque
a) el dispositivo de pirólisis de metano (27) presenta al menos un reactor de columna de burbujas de metal líquido lleno de metal fundido, preferentemente estaño fundido, y/o medios para llevar a cabo la pirólisis de metano mediante el procedimiento de Kvaerner, y/o
b) el dispositivo de utilización de gas residual (4) presenta medios para suministrar adicionalmente gas natural al dispositivo de pirólisis de metano (27), preferentemente desde una tubería o un almacén de gas natural.
17. Dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
a) el dispositivo de utilización de gases residuales (4) presenta un dispositivo de purificación de gases residuales (29) para purificar el gas residual del horno de componentes distintos del CO2 antes de la metanación en el dispositivo de metanación (26),
y/o
b) el dispositivo de utilización de gases residuales (4) presenta un dispositivo de electrólisis (28) para el suministro adicional de hidrógeno para el dispositivo de metanación (26),
y/o
c) el dispositivo de utilización de gases residuales (4) presenta un compresor de alta presión (46), un acumulador de alta presión (47) y un reductor de presión (48) aguas arriba del dispositivo de metanación (26).
18. Procedimiento de desacidificación de materia prima carbonosa y vertible, preferentemente caliza y/o magnesita y/o dolomita y/o marga, en donde la materia prima se desacidifica en un horno de cocción (2) y el CO2 contenido en los gases de escape del horno de cocción (2) se convierte en hidrocarburo y/o alcohol, preferentemente por metanización en metano y agua,
caracterizado porque
el horno de cocción (2) funciona con una atmósfera de CO2, en donde el gas de proceso del horno situado en un interior del horno (14) del horno de cocción (2) presenta un contenido de CO2 preferentemente > 80 % en peso, de particular preferencia, > 90 % en peso, más preferentemente > 98 % en peso, y no se produce combustión de combustibles en el interior del horno (14) del horno de cocción (2) para generar la energía térmica necesaria para la desacidificación de la materia prima, y
el horno de cocción (2) presenta una esclusa de materia prima (9; 39) que puede cerrarse de forma estanca al gas para introducir la materia prima por lotes en un interior del horno (14) y medios para lavar la esclusa de materia prima (9; 39) con gas de lavado.
19. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18,
caracterizado porque
a) para generar la energía térmica necesaria para la desacidificación de la materia prima, se utiliza al menos parcialmente, de preferencia en forma exclusiva, energía eléctrica, preferentemente procedente de electricidad verde,
y/o
b) todos los gases de proceso del horno introducidos en el horno de cocción (2) consisten preferentemente en > 80 % en peso, de particular preferencia, > 90 % en peso, de muy particular preferencia, > 98 % en peso de CO2 y/o no presentan oxígeno.
20. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 18 o 19,
caracterizado porque
a) se introduce gas caliente en o por debajo de una zona de cocción (11; 37) del horno de cocción (2) a una temperatura suficiente para desacidificar la materia prima, preferentemente a una temperatura de 800 a 1250 °C, preferentemente de 900 a 1100 °C,
y/o
b) la materia prima se calienta en una zona de cocción (11; 37) del horno de cocción (2) mediante un dispositivo de calentamiento de combustible (30; 43), en donde el dispositivo de calentamiento de combustible (30; 43) presenta al menos un calentador accionado eléctricamente, de preferencia, un calentador de resistencia o un calentador de microondas o un calentador de arco, y/o al menos un intercambiador de calor.
21. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 20,
caracterizado porque
a) el procedimiento es un procedimiento para la producción de cal viva, magnesia o dolomía
o
b) el procedimiento forma parte de un procedimiento de fabricación para la producción de clínker de cemento.
22. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 21,
caracterizado porque
a) el metano producido por la metanización se convierte en hidrógeno y carbono sólido por pirólisis del metano y el hidrógeno producido en la pirólisis del metano se utiliza para la metanización,
y/o
b) la metanización de al menos una parte de los gases residuales del horno, preferentemente de todos los gases residuales del horno, se lleva a cabo mediante metanogénesis.
23. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 22,
caracterizado porque
el gas residual de horno presenta un contenido de CO2 de > 80 % en peso, preferentemente > 90 % en peso, de particular preferencia, > 98 % en peso.
24. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 23,
caracterizado porque
a) los gases de escape del horno se purifican de componentes distintos del CO2 antes de la metanización y/o
b) el hidrógeno producido por electrólisis se utiliza adicionalmente para la metanización.
25. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 22 a 24,
caracterizado porque
para la pirólisis del metano, se utiliza adicionalmente gas natural suministrado.
26. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 25,
caracterizado porque
se utiliza un dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 17 para llevar a cabo el procedimiento.
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