DE102008031165B4

DE102008031165B4 - Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Herstellung von kalziniertem Ton

Info

Publication number: DE102008031165B4
Application number: DE102008031165.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gasafi Edgar; Frank Siewert; Dr. Anastasijevic Nikola; Dietrich Werner
Original assignee: Outotec Oyj
Current assignee: Metso Finland Oy
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: UA106588C2; WO2010000383A1; BRPI0913910B8; EA201100137A1; AU2009266109B2; AU2009266109A1; DE102008031165A1; BRPI0913910B1; EA018769B1; BRPI0913910A2

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Herstellung von kalziniertem Ton unter Verwendung einer Anlage zur Erzeugung von Zement nach dem Trocken- oder Halbnassverfahren, mit einem Vorkalzinator (1), bestehend aus wenigstens zwei Vorwärmsträngen von in Reihe geschalteten Vorwärmstufen (2), wobei der eine Vorwärmstrang dem Vorwärmen des Tons und der andere der Erwärmung von Klinkerrohmaterial dient, und einem Drehrohr- oder Röstofen (3), wobei der Drehrohr- oder Röstofen (3) zur Erzeugung von Heizgas als Brennkammer (3') genutzt, durch eine Brennkammer (3') ersetzt und/oder durch eine zusätzliche Brennkammer (3') ergänzt wird, wobei der zu kalzinierende Ton im Gegenstrom zu den Heizgasen der Brennkammer (3') durch den Vorkalzinator (1) geführt und durch die Heizgase auf eine Temperatur von bis zu 900°C erhitzt und kalziniert wird, wobei das Klinkerrohmaterial ebenfalls durch Heizgase der Brennkammer (3') erwärmt wird und wobei die in der Brennkammer (3') anfallenden Verbrennungsrückstände dem kalzinierten Ton zugegeben werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Herstellung von kalziniertem Ton.
Gegenwärtig wird Zement überwiegend aus gemahlenem Zementklinker hergestellt, was jedoch sehr energieintensiv und mit hohen CO₂-Emissionen verbunden ist. Neben der CO₂-Emission aus der Verbrennung zur Erreichung der ca. 1450°C hohen Klinkertemperatur wird CO₂aus dem Kalkstein – dem hauptsächlichen Rohstoff der Klinkerherstellung – abgespalten und emittiert. Eine Möglichkeit zur Reduzierung von CO₂-Emissionen ist die Beimischung von Zementersatzstoffen, wie zum Beispiel kalziniertem Ton.
Herkömmliche Anlagen zur Zementherstellung nach dem Trocken- beziehungsweise Halbtrockenverfahren bestehen aus einem Vorkalzinator (zum Beispiel in Reihe geschaltete Zyklonvorwärmer) und einem nachfolgenden Drehrohrofen, alternativ einem Rostvorwärmer (Lepol-Verfahren) beim Halbnassverfahren.
Die Kalzinierung feinkörniger mineralischer Feststoffe, wie bspw. Ton, erfolgt herkömmlicherweise in Drehrohröfen oder Etagenröstöfen. Hierdurch wird die Einhaltung einer niedrigen Temperatur bei einer für die Behandlung bei diesem Verfahren notwendigen Verweilzeit gewährleistet. So beschreibt das US 4 948 362 A ein Verfahren zur Kalzinierung von Ton, bei welchem Kaolinton zur Erhöhung des Glanzes und zur Minimierung der Abrasivität in einem Etagenröstofen mit Hilfe eines heißen Kalzinierungsgases behandelt wird. In einem elektrostatischen Filter wird das kalzinierte Tonpulver von dem Abgas des Kalzinierungsofens getrennt und weiterverarbeitet, um das gewünschte Produkt zu erhalten. Sowohl die heißen Ofenabgase als auch das entstehende Produkt werden in Wärmetauschern mit einem Kühlmedium abgekühlt. Indem dieses Kühlmittel zum Erwärmen des körnigen Feststoffsstrom in der vorgeschalteten Vorwärmstufe verwendet wird, kann die Energieeffizienz des Prozesses gesteigert werden.
Aus der DE 2 149 149 A ist ebenfalls eine Kalzinationsanlage bekannt, bei der die Energieeffizienz des Verfahrens gesteigert werden soll. Hierzu werden die entstehenden heißen Ofenabgase dazu verwendet, Klinkermaterial in den beiden parallel geschalteten Zyklonwärmetauschersystemen im Gegenstrom vorzuwärmen, wobei durch entsprechende Regelungseinrichtungen sowohl zeitnah auf Änderungen im System reagiert werden kann als auch die Sicherheit der Anlage im kontinuierlichen Betrieb gewährleistet ist.
Die DE 10 2008 023 899 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker, wobei in einem ersten Vorwärmer eine kalkreiche Materialkomponente und in einem zweiten Vorwärmer eine kalkarme Materialkomponente erwärmt wird. Beide vorgewärmten Materialkomponenten werden anschließend einer Kalziniervorrichtung zugeführt und nach der Kalzinierung in einem Ofen zu Zementklinker gebrannt. Der erhaltene Klinker wird anschließend abgekühlt.
Die US 4 260 369 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Zementstoffen mit einer verbesserten Energieeffizienz. Dazu wird das rohe Material einem Vorwärmer zugegeben. Aus diesem Vorwärmer wird es anschließend einer Kalzinierung und von dort einem mit einem Brenner betriebenen Ofen zugeführt, worin der Klinker entsteht. Die heißen Abgase des Brenners werden über den Kalzinierer einem Zyklon zugeführt, in dem die Abgase von mitgerissenen Feststoffen abgetrennt werden. Die Feststoffe werden zurück in den Kalzinierer geführt, während das heiße Abgas in den Vorwärmer geleitet und so die Energieeffizienz des Prozesses verbessert wird.
Die DE 32 44 943 A1 beschreibt ein Verfahren zum Brennen von Zementklinker aus unterschiedlichen mineralischen Materialien. Dabei werden diejenigen Materialien, die einen relativ hohen Anteil von schmelzphasenbildenden Komponenten aufweisen, und diejenigen Materialien, die relativ geringe Anteile von schmelzphasenbildenden Komponenten aufweisen, getrennt voneinander thermisch vorbehandelt. Diejenigen Materialien, die schmelzphasenreich sind, werden nach der thermischen Vorbehandlung geschmolzen und im flüssigen Zustand mit den thermisch vorbehandelten, in fester Phase vorliegenden schmelzphasenärmeren Materialien in einen Klinkerreaktor eingeführt, dort vermischt und gebrannt. Für die Vorwärmung der beiden Materialströme kann erhitztes Gas aus dem Klinkerreaktor verwendet werden.
Aufgrund des geschilderten Bedarfs an kalziniertem Ton bei der Zementherstellung ist ein kostengünstiges Herstellungsverfahren hierfür von besonderem Interesse. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesem Bedürfnis nahe bei dem Ort der Zementherstellung Rechnung zu tragen.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Heizgase dienen dabei der Kalzinierung des Tons und werden im Gegenstrom zu den Feststoffen durch die Vorwärmstufen geführt. Erfindungsgemäß kann dadurch also eine existierende Zementanlage unter Verwendung der bestehenden Vorkalzinierungsstufen kostengünstig auf den Betrieb für eine Tonkalzinierung umgestellt werden.
Der Ton wird vorzugsweise durch die jeweilige Brennkammer-Heizabgase auf eine Temperatur von bis zu 900°C, vorzugsweise zwischen 650 und 850°C, erhitzt; diese Temperaturen reichen bei entsprechender Verweilzeit aus, um den Ton vollständig zu kalzinieren.
Eine besonders flexible Betriebsweise ist möglich, wenn neben dem Drehrohroder Röstofen für die Zementerzeugung eine zusätzliche Brennkammer betrieben wird, welcher gegebenenfalls ein gesonderter Wärmestrang für den Ton zugeordnet ist.
In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann dem Heizgasstrom der jeweiligen Brennkammer vor dem Eintritt in den Vorwärmstrang ein Brennstoff/Luft-Gemisch zugeführt werden, so dass in den gegebenenfalls zwei oder mehr Vorwärmsträngen genügend Wärme zur Verfügung steht.
Zum Zweck einer flexiblen und wirtschaftlichen Ausnutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Brennstoff- und/oder Luftzufuhr für die jeweilige Brennkammer regelbar sein.
In dem Drehrohr- beziehungsweise Röstofen können, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter erhöht, relativ schlechte Brennstoffe, wie zum Beispiel Kohle, kohlenstoffhaltige Minerale mit ausreichend positivem Heizwert, Biomasse, Klärschlamm und/oder Abfälle verwendet werden.
Die Verbrennungsrückstände können – wenn die mineralogische Zusammensetzung geeignet ist – dem Stoffstrom „kalzinierter Ton” beigegeben werden.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Die einzige Figur veranschaulicht ein Durchführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren.
Die Darstellung in der einzigen Figur stellt das Grundprinzip der Funktionsweise einer Anlage zur Herstellung von Zement dar. Diese weist einen Vorkalzinator 1 auf mit mehreren Vorwärmstufen 2, die zum Beispiel als Zyklonvorwärmer ausgebildet sein können. Sie hat ferner einen Drehrohrofen 3, welcher jedoch erfindungsgemäß (auch) als Brennkammer 3' unter Zufuhr von Brennstoff und Luft betrieben werden kann. Dem in der Brennkammer 3' entstehenden Heizgas kann vor dem Eintritt in den Vorkalzinator 1 ein Brennstoff/Luft-Gemisch zugeführt werden. Die Erhitzung des im Gegenstrom zu den Heizgasen als Feststoff zugegebenen und zu kalzinierenden Tons kann dadurch bis auf 900°C, vorzugsweise auf 650 bis 805°C erfolgen.
Varianten des zeichnerisch dargestellten Verfahrens bestehen insbesondere darin, dass entweder dem einen Drehrohrofen 3 bei einem Vorwärmstrang zusätzlich eine Brennkammer 3' zugeordnet wird, oder dass dem einen als Brennkammer 3' betriebenen Drehrohrofen 3 wenigstens zwei Vorwärmstränge aus Vorwärmstufen 2 zugeordnet werden, wobei beispielsweise in dem einen Vorwärmstrang Klinkerrohmaterialien und in dem anderen Vorwärmstrang der zu kalzinierende Ton vorgewärmt wird. Zur Flexibilisierung des Verfahrens können auch Kombinationen dieser Varianten eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorkalzinator
2: Vorwärmstufen
3: Drehrohr- oder Röstofen
3': Brennkammer

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Herstellung von kalziniertem Ton unter Verwendung einer Anlage zur Erzeugung von Zement nach dem Trocken- oder Halbnassverfahren, mit einem Vorkalzinator (1), bestehend aus wenigstens zwei Vorwärmsträngen von in Reihe geschalteten Vorwärmstufen (2), wobei der eine Vorwärmstrang dem Vorwärmen des Tons und der andere der Erwärmung von Klinkerrohmaterial dient, und einem Drehrohr- oder Röstofen (3), wobei der Drehrohr- oder Röstofen (3) zur Erzeugung von Heizgas als Brennkammer (3') genutzt, durch eine Brennkammer (3') ersetzt und/oder durch eine zusätzliche Brennkammer (3') ergänzt wird, wobei der zu kalzinierende Ton im Gegenstrom zu den Heizgasen der Brennkammer (3') durch den Vorkalzinator (1) geführt und durch die Heizgase auf eine Temperatur von bis zu 900°C erhitzt und kalziniert wird, wobei das Klinkerrohmaterial ebenfalls durch Heizgase der Brennkammer (3') erwärmt wird und wobei die in der Brennkammer (3') anfallenden Verbrennungsrückstände dem kalzinierten Ton zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu kalzinierende Ton durch die Heizgase auf eine Temperatur zwischen 650 und 850°C erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Drehrohr- oder Röstofen (3) für die Zementerzeugung eine zusätzliche Brennkammer (3') betrieben wird, welcher gegebenenfalls ein gesonderter Vorwärmestrang für den Ton zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizgasstrom der jeweiligen Brennkammer (3') vor dem Eintritt in den jeweiligen Vorwärmstrang ein Brennstoff/Luft-Gemisch zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff- und/oder Luftzufuhr für die jeweilige Brennkammer (3') regelbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Brennkammer (3') Kohle, kohlenstoffhaltige Minerale mit ausreichend positivem Heizwert, Biomasse, Klärschlamm und/oder Abfälle verbrannt werden.