DE102021205828A1

DE102021205828A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines calcinierten Materials

Info

Publication number: DE102021205828A1
Application number: DE102021205828.0A
Authority: DE
Inventors: Harry Bohnet; Neil Bonesky; Maryam JAFARI; Gang SHI; Franz Xaver SPACHTHOLZ
Original assignee: Refratechnik Holding GmbH
Current assignee: Refratechnik Holding GmbH
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2022-12-15
Also published as: WO2022256925A1; CA3173017A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines mineralischen, körnigen calcinierten Materials aus einem körnigen, mineralischen, vorzugsweise carbonatischen, Rohmaterial, wobei Ofenabgasstaub abgeschieden wird und der abgeschiedene Ofenabgasstaub, vorzugsweise in einem Schwebegas-Calcinator (8) oder einer Calciniereinrichtung mit einem Wirbelbett-Calcinator oder mit einem indirekt befeuerten Drehrohrofen, in einem separaten Arbeitsgang vollständig calciniert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines mineralischen, körnigen calcinierten Materials aus einem körnigen, mineralischen, vorzugsweise carbonatischen, Rohmaterial.
Bei einem körnigen Material handelt es sich bekanntermaßen um ein Schüttgut. Ein Schüttgut ist ein trockenes Gemenge, das aus Körnern besteht und in einer schüttfähigen Form vorliegt. Sind die Körner sehr fein, handelt es sich um ein Pulver oder Mehl.
Carbonatisches Rohmaterial besteht bezüglich seiner chemischen Zusammensetzung überwiegend (> 50 M.-%), bevorzugt > 70 M.-%, aus dem/den jeweiligen Carbonat(en). Ein Rohmaterial, welches lediglich carbonatische Verunreinigungen enthält, ist kein carbonatischer Rohstoff.
Bevorzugt betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von gebranntem bzw. calciniertem MgO (Magnesiakauster bzw. kaustisch gebrannte Magnesia (CCM)), insbesondere aus Rohmagnesit, und/oder zur Herstellung von Branntkalk und/oder calciniertem Dolomit.
Kaustisch gebranntes MgO (Magnesiumoxid bzw. Magnesia) wird bekanntermaßen durch Calcinieren von Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) oder Magnesiumcarbonat (MgCO₃) gewonnen. Das Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) wird zuvor aus Magnesiumchlorid (MgCl₂) gewonnen. Als Rohmaterial für die Herstellung von kaustisch gebranntem MgO aus Magnesiumcarbonat (MgCO₃) wird Magnesit verwendet (siehe Praxishandbuch Feuerfeste Werkstoffe, Gerald Routschka/Hartmut Wuthnow, 5. Auflage, Kapitel 4.2.1).
Unter Rohmagnesit bzw. Magnesit bzw. Magnesiterz versteht man das natürlich vorkommende Magnesiumcarbonat (MgCO₃), welches häufig zusammen mit Dolomit auftritt und Lagerstätten bildet.
Der beim Calcinieren entstandene Magnesiakauster wird beispielsweise direkt weiter verwendet oder weiter verarbeitet, z.B. zu Sintermagnesia gebrannt oder in einem Schmelzprozess zu Schmelzmagnesia verarbeitet. Magnesiakauster, Sintermagnesia und Schmelzmagnesia sind unter anderem Rohstoffe für die Herstellung von feuerfesten Erzeugnissen. Magnesiakauster wird zudem auch in Tierfutter, für die Wasseraufbereitung, insbesondere die Abwasseraufbereitung, Abgasentschwefelung und in der Papier- und Zellstoffindustrie verwendet.
Wird der Rohmagnesit bzw. das Magnesiumhydroxid bei ca. 600 bis 1100°C calciniert (weich gebrannt), wird kaustische Magnesia bzw. kaustisch gebrannte Magnesia bzw. Magnesiakauster hergestellt. Magnesiakauster hat eine höhere Reaktivität als Sintermagnesia oder Schmelzmagnesia. Rohmagnesit wird in der Regel bei ca. 800 bis 1100°C calciniert.
Sintermagnesia wird durch Sinterbrand von Rohmagnesit oder Magnesiumhydroxid bei Temperaturen von > 1700°C hergestellt. In Schacht- oder Drehrohröfen kann die Sintermagnesia in einem einstufigen Verfahren gebrannt werden. Meistens wird allerdings zunächst Magnesiakauster, z. B. in einem Etagenofen, hergestellt, aus dem Magnesiakauster Briketts gepresst und diese werden dann in einem Schacht- oder Drehrohrofen bei 1500-1900°C gebrannt bzw. dicht gesintert (zweistufiger Brand).
Schmelzmagnesia (FM=fused magnesia) wird im Elektrolichtbogenofen bei Temperaturen > 2850°C erschmolzen.
Branntkalk bzw. gebrannter Kalk (calciniertes CaO) wird durch Brennen bzw. Calcinieren von Kalkstein (CaCO₃) im Kalkofen hergestellt. Ab einer Temperatur von etwa 800 °C wird Calciumcarbonat entsäuert, das heißt Kohlendioxid wird ausgetrieben und es entsteht Calciumoxid.
In analoger Weise entsteht Doloma bzw. kaustisch gebrannter Dolomit bzw. calcinierter Dolomit (calciniertes CaO MgO) durch Brennen bzw. Calcinieren von Dolomitstein (CaMg(CO₃)₂).
Bei der herkömmlichen Herstellung (1) von gebrannter Magnesia aus Rohmagnesit (1) in einer gattungsgemäßen Vorrichtung 101 wird der aus der Lagerstätte 110 angelieferte Rohmagnesit zunächst in einer Zerkleinerungs-und Zuführeinrichtung 102 mechanisch zerkleinert und das zerkleinerte, körnige Rohmaterial 109 dem Calcinierofen bzw. Brennofen 103 zugeführt. Bei dem Calcinierofen 103 handelt es sich beispielsweise um einen Etagenofen (Multiple Hearth Furnace =MHF) oder einen Drehrohrofen oder einen Schachtofen oder einen Wirbelschicht- bzw. Wirbelbettofen. Das körnige Rohmaterial wird in dem Calcinierofen 103 in an sich bekannter Weise bei einer Brenntemperatur von 800 bis 1100 °C calciniert. Bei dem Calciniervorgang zersetzt sich durch Abspaltung des Kohlendioxids der Magnesit und das gebrannte Magnesiumoxid wird unter Freisetzung von CO₂ abgetrennt (MgCO₃ → MgO+CO₂) und anschließend in einer Klassierungseinrichtung 104 in Kornfraktionen (grob, mittel, fein) klassiert. Das klassierte Material wird in Silos 113-1;113-2;113-3 einer Speichereinrichtung 105 gespeichert. Im Rahmen der Erfindung weisen Kornfraktionen bzw. Kornklassen zudem jeweils Korngrößen zwischen den beiden angegebenen Prüfkorngrößen auf. Die Bezeichnung Kornfraktion bzw. Kornklasse meint somit, dass keine Körner auf dem oberen Sieb liegen bleiben und keine durch das untere durchfallen. Es liegt also kein Überkorn und kein Unterkorn vor. Im Gegensatz dazu schließt die Bezeichnung „Korngruppe“ ein, dass einige Körner auf dem oberen Sieb liegen bleiben (Überkorn) und einige durch das untere Sieb durchfallen (Unterkorn).
Durch Variation der Brenntemperatur und der Brenndauer können gebrannte Magnesiasorten mit unterschiedlichen Reaktivitäten hergestellt werden.
Dabei muss die Korngröße des Rohmaterials groß genug sein, damit das Rohmaterial den Calcinierofen 103 durchlaufen kann und diesen als fertiges, calciniertes Material verlassen kann. Dazu wird eine Obergrenze für die maximale Korngröße des Rohmagnesits festgelegt, in der Regel 13 mm. Eine Untergrenze wird allerdings in der Regel nicht festgelegt, um einen Verlust des Rohmaterials zu vermeiden. Aufgrund dessen weist der Rohmagnesit eine breite Kornverteilung auf, wobei auch sehr feine Körner bzw. Feinstpartikel enthalten sind.
Soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist, werden die im Rahmen dieser Erfindung angegebenen Korngrößen gemäß DIN 66165-2:2016-08 bestimmt.
Calcinieröfen 103 werden häufig im Gegenstromverfahren betrieben. Das zu calcinierende Rohmaterial wird vom Ofeneinlass zum Ofenauslass gefördert, während in entgegengesetzter Richtung dazu heißes Prozessgas durch den Calcinierofen 103 strömt und dadurch das zu calcinierende Rohmaterial aufheizt. Sobald das Rohmaterial seine Calciniertemperatur erreicht hat, beginnt es, sich zu zersetzen. Dabei zerfällt das Rohmaterial, wobei ein großer Anteil an sehr feinen Körnern bzw. Feinstpartikeln bzw. Staubpartikeln mit einer Korngröße < 105 µm gebildet wird. Insgesamt weist das gebrannte, calcinierte Material eine sehr breite Kornverteilung auf und muss deshalb nach dem Brennen klassifiziert werden.
Die feinen Körner verringern unter anderem die Effektivität des Klassierungsprozesses. Denn diese können die Siebe der Klassierungseinrichtung 104 zusetzen und verstopfen.
Zudem können die feinen Körner und Feinstpartikel bzw. Staubpartikel leicht in der Luft dispergiert werden. Denn durch den Calcinierofen 103 strömt eine große Menge an Prozessgas mit hoher Geschwindigkeit. Bei dem durch den Calcinierofen 103 strömenden Prozessgas handelt es sich nicht nur um Verbrennungsgas, sondern es ist auch das abgespaltene CO₂ enthalten. Infolgedessen enthält das am Ofeneinlass aus dem Calcinierofen 103 austretende Abgas immer auch einen großen Anteil an feinen, staubförmigen Feststoffpartikeln bzw. Staubpartikeln, welche von dem mit hoher Geschwindigkeit durch den Calcinierofen 103 strömendem Gas mitgerissen werden.
Bei diesen Staubpartikeln handelt es sich größtenteils um nicht oder nicht vollständig calcinierte Partikel. Aufgrund dessen müssen diese dem Calcinierofen 103 erneut zugeführt werden. Dazu wird das Abgas gegebenenfalls zunächst in einem Wärmetauscher 107 gekühlt, dann einer Ofenabgasentstaubungseinrichtung 106 zugeführt und der in der Ofenabgasentstaubungseinrichtung 106 abgetrennte bzw. abgeschiedene Ofenstaub dem Calcinierofen 103 erneut zugeführt.
Problematisch ist hierbei, dass die rückgeführten, staubförmigen Feststoffpartikel in erheblichem Umfang erneut von dem durch den Calcinierofen 103 strömenden Gas mitgerissen werden und somit erneut der Ofenabgasentstaubungseinrichtung 106 zugeführt werden. Sie zirkulieren somit zwischen dem Calcinierofen 103 und der Ofenabgasentstaubungseinrichtung 106 hin und her, bis sie letztendlich aus dem Calcinierofen 103 abgeführt werden können. Dabei machen die rückgeführten Staubpartikel teilweise bis zu zusätzlich 80 M.-% des insgesamt dem Calcinierofen 103 am Ofeneinlassende zugeführten zu calcinierenden Materials aus.
Aus der SU 1337368 A1 ist es zudem bekannt, den Staub, der aus dem Ofenabgas beim Magnesitbrennen abgefangen wird, zunächst mit Wasser zu granulieren, dann hydratisieren zu lassen und anschließend zu Briketts zu pressen. Die Briketts werden anschließend gebrannt.
Des Weiteren ist es auf dem Fachgebiet bekannt, zum Trocknen, Vorheizen, Calcinieren oder Entfeuchten von unterschiedlichen Rohmaterialien, z.B. von Kalk, Kalksandstein, Rohmagnesit und Dolomit, Schwebegas-Calcinatoren zu verwenden. Schwebegas-Calcinatoren arbeiten mit dem Schwebegasverfahren. Mit Schwebegas-Calcinatoren können Materialien mit Korngrößen von 0 bis 2 mm - in Ausnahmefällen sogar bis 4 mm - thermisch behandelt werden. Schwebegas-Calcinatoren bestehen aus mehreren übereinander angeordneten Zyklonstufen und einem Calcinator-Steigrohr zum Trocknen, Vorwärmen und Vorkalzinieren des zu brennenden Materials. In der Regel wird mit einem Schwebegas-Calcinator ein fertiges Produkt hergestellt, ohne dass eine zusätzliche Einheit, wie zum Beispiel ein Drehrohrofen notwendig ist. Allerdings kann ein zusätzlicher Ofen dem Schwebegas-Calcinator nachgeordnet bzw. nachgeschaltet sein, um z.B. die Reaktivität des hergestellten Produkts einzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines effizienteren Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines körnigen, mineralischen calcinierten Materials, vorzugsweise aus einem körnigen, mineralischen, vorzugsweise carbonatischen, Rohmaterial.
Insbesondere soll ein effizienteres Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von gebranntem bzw. calciniertem MgO (Magnesiakauster bzw. kaustisch gebrannte Magnesia (CCM)), insbesondere aus Rohmagnesit, und/oder zur Herstellung von Branntkalk und/oder calciniertem Dolomit, bereit gestellt werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den sich anschließenden Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1: Schematisch den Ablauf bei der Herstellung von kaustisch gebrannter Magnesia gemäß dem Stand der Technik
2: Schematisch den Ablauf bei der Herstellung des calcinierten Materials gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 (2) zur Herstellung des calcinierten, körnigen, mineralischen Materials, vorzugsweise zur Herstellung von kaustisch gebrannter Magnesia und/oder Branntkalk und/oder kaustisch gebranntem Dolomit, weist eine Zerkleinerungs- und Zuführeinrichtung 2, zumindest einen Calcinierofen 3, vorzugsweise eine Klassierungseinrichtung 4, vorzugsweise eine Speichereinrichtung 5, eine Ofenabgasentstaubungseinrichtung 6, vorzugsweise einen Ofenabgasschacht 7 sowie erfindungsgemäß einen Schwebegas-Calcinator 8 auf.
Die Zerkleinerungs-und Zuführeinrichtung 2 dient in an sich bekannter Weise zur mechanischen Aufbereitung, vorzugsweise Zerkleinerung, insbesondere zum Brechen und/oder Mahlen, des zu brennenden, mineralischen, vorzugsweise carbonatischen, Rohmaterials 9 in ein Rohmaterial mit üblicher Korngrößenverteilung. Zudem weist die Zerkleinerungs- und Zuführeinrichtung 2 Mittel zum Zuführen des zerkleinerten Rohmaterials bzw. des körnigen Rohmaterials zum Calcinierofen 3 auf. Das Rohmaterial weist vorzugsweise eine Korngröße mit d₉₅ < 13 mm auf. Es weist zudem vorzugsweise eine stetige Kornverteilung auf. Zudem weist das Rohmaterial einen Feinkornanteil mit Körnern < 105 µm auf. Vorzugsweise weist das Rohmaterial eine Korngröße mit d₁₀ < 105 µm auf.
Soll kaustisch gebrannte Magnesia hergestellt werden, was im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt ist, handelt es sich bei dem Rohmaterial vorzugsweise um Rohmagnesit (MgCO₃). Der Rohmagnesit wurde zuvor vorzugsweise in an sich bekannter Weise in einer Lagerstätte 10 abgebaut.
Allerdings kann es sich bei dem Rohmaterial für die Herstellung von kaustisch gebrannter Magnesia auch um Magnesiumhydroxid handeln.
Bei der Herstellung von Branntkalk handelt es sich bei dem Rohmaterial vorzugsweise um Kalkstein. Der Kalkstein wurde zuvor ebenfalls vorzugsweise in an sich bekannter Weise in einer Lagerstätte 10 abgebaut.
Bei der Herstellung von gebranntem Dolomit handelt es sich bei dem Rohmaterial vorzugsweise um Dolomitstein. Auch der Dolomitstein wurde zuvor ebenfalls vorzugsweise in an sich bekannter Weise in einer Lagerstätte 10 abgebaut.
Der im Gegenstromprinzip betriebene Calcinierofen 3 dient in an sich bekannter Weise zum Brennen bzw. Zersetzen bzw. Calcinieren des Rohmaterials 9. Vorzugsweise beträgt die maximale Brenntemperatur dabei 600 bis 1100 °C, bevorzugt 800 bis 1100°C, abhängig vom Rohmaterial.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Calcinierofen 3 um einen Etagenofen (Multiple Hearth Furnace) oder einen Schachtofen oder einen Drehrohrofen oder einen Wirbelschichtofen. Bevorzugt handelt es sich um einen Etagenofen.
Etagenöfen sind vertikale Calcinieröfen. Sie bestehen aus mehreren übereinander angeordneten, ringförmigen Ofen bereichen mit Ofenflächen zur Auflage des zu brennenden Materials. Das zu brennende Rohmaterial wird von oben aufgegeben und wird durch sich drehende Rührarme auf den Ofenflächen bewegt. Die Rührarme sind an einer zentralen Welle befestigt. Das Material wandert kontinuierlich durch Öffnungen in den Ofenflächen oder andere Öffnungen nach unten. Das Prozessgas strömt dabei in entgegengesetzter Richtung bzw. im Gegenstrom durch den Etagenofen.
Der Calcinierofen 3 weist ein Ofeneinlassende 3a, an dem das zu brennende Rohmaterial aufgegeben wird, und ein Ofenauslassende 3b, an dem das calcinierte Material aus dem Calcinierofen 3 abgeführt wird, auf. Das Ofenauslassende 3b ist somit dem Ofeneinlassende 3a in eine, vorzugsweise vertikale, Materialtransportrichtung 11 nachgeordnet. Am Ofenauslassende 3b wird zudem frisches Brenngas bzw. Frischgas, insbesondere in Form von Frischluft, zugeführt. Und am Ofeneinlassende 3a wird das Ofenabgas abgeführt. Das Gas durchströmt somit den Calcinierofen 3 in eine zur Materialtransportrichtung 11 entgegengesetzte Richtung (Gegenstromprinzip).
Des Weiteren weist der Calcinierofen 3 zumindest einen Brenner 12 zur Erzeugung einer Flamme auf. Der Brenner 12 ist in an sich bekannter Weise in der Brennzone des Calcinierofens 3 angeordnet. In der Brennzone erfolgt in an sich bekannter Weise die Calcinierung des Rohmaterials. Bei der Calcinierung zersetzt sich das Rohmaterial, wobei ein großer Anteil an sehr feinen Körnern aus calciniertem Material, insbesondere Magnesiakörnern, gebildet wird. Insgesamt weist das calcinierte Material, insbesondere die calcinierte Magnesia, eine sehr breite und bevorzugt stetige Kornverteilung auf.
Aufgrund dessen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 die Klassierungseinrichtung 4 zum Klassieren des gebrannten Materials, insbesondere der calcinierten Magnesia, auf. Die Klassierungseinrichtung 4 ist dem Calcinierofen 3 in Materialtransportrichtung 11 nachgeordnet. Mittels der Klassierungseinrichtung 4 kann das gebrannte Material in mehrere, vorzugsweise drei, Kornfraktionen klassiert werden. Vorzugsweise wird das gebrannte Material in eine Grobkornfraktion, eine Mittelkornfraktion und eine Feinkornfraktion klassiert.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Klassierungseinrichtung 4 um eine Rüttelsiebeinrichtung.
An die Klassierungseinrichtung 4 schließt sich, wie bereits erläutert, die Speichereinrichtung 5 zur Speicherung des klassierten Materials bzw. der Materialfraktionen, insbesondere der Magnesia bzw. Magnesiafraktionen, an. Dazu weist die Speichereinrichtung 5 mehrere Silos 13 auf. Insbesondere weist die Speichereinrichtung 5 zumindest ein Silo 13 für jede Kornfraktion auf.
Wie bereits erläutert, wird das staubhaltige Ofenabgas am Ofeneinlassende 3a aus dem Calcinierofen 3 abgeführt und der Ofenabgasentstaubungseinrichtung 6 zugeführt. Die Ofenabgasentstaubungseinrichtung 6 dient zur Entstaubung des Ofenabgases, also zur Entfernung bzw. Abscheidung des Ofenabgasstaubes aus dem Ofenabgas.
Vorzugsweise ist zwischen dem Calcinierofen 3 und der Ofenabgasentstaubungseinrichtung 6 ein Wärmetauscher 26 zum Abkühlen des Ofenabgases vorhanden.
Die an sich bekannte Ofenabgasentstaubungseinrichtung 6 weist vorzugsweise einen elektrostatischen Abscheider und/oder einen Gewebefilter und/oder einen oder mehrere Zyklone auf.
Der Ofenabgasstaub weist vorzugsweise eine Korngröße mit d₉₀ < 150 µm, bevorzugt mit d₉₀ < 105 µm, auf. Zudem handelt es sich, wie oben beschrieben, bei den Feststoffpartikeln bzw. Staubpartikeln des Ofenabgasstaubes in erheblichem Umfang um nicht oder nicht vollständig calcinierte Feststoffpartikel bzw. Staubpartikel aus dem Rohmaterial. Der Anteil an nicht oder nicht vollständig calcinierten (=unvollständig calciniert) Feststoffpartikeln bzw. Staubpartikeln in dem Ofenabgasstaub beträgt bis zu 30 M.-%.
Aus diesem Grund wird der von der Ofenabgasentstaubungseinrichtung 6 heraus gefilterte Ofenabgasstaub erfindungsgemäß dem Schwebegas-Calcinator 8 zugeführt und in diesem vollständig calciniert. Und das entstaubte Ofenabgas wird dem Ofenabgasschacht 7 zugeführt.
Der Schwebegas-Calcinator 8 (2) weist vorzugsweise eine Zwischenspeichereinrichtung 14, eine Vorheizstufe 15, eine Calcinierstufe 16, eine Abkühlstufe 17, vorzugsweise eine Vorheizstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 18, vorzugsweise eine Abkühlstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 19 und vorzugsweise einen Calcinatorabgasschacht 20 auf. Falls notwendig kann zudem der Vorheizstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 18 und/oder der Abkühlstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 19 ein Wärmetauscher 27 zum Abkühlen des Abgases vorgeschaltet sein.
Die Zwischenspeichereinrichtung 14 dient zur Zwischenspeicherung des zu calcinierenden Ofenabgasstaubes.
Von der Zwischenspeichereinrichtung 14 wird der Ofenabgasstaub der Vorheizstufe 15 zugeführt. Die Zwischenspeichereinrichtung 14 ist somit der Vorheizstufe 15 vorgeordnet.
Die Vorheizstufe 15 dient zum Vorheizen des zu calcinierenden Ofenabgasstaubes. Dazu weist die Vorheizstufe 15 vorzugsweise mehrere, bevorzugt 3 bis 4, Vorheizzyklone 21-1, 21-2, 21-3 auf. Die bevorzugte Anzahl der Vorheizzyklone 21-1, 21-2, 21-3 hängt jeweils unter anderem von der Materialdurchflussrate, dem Calcinierungsgrad des zu calcinierenden Ofenabgasstaubes, dem gewünschten Calcinierungsgrad des calcinierten Ofenabgasstaubes und der Prozesstemperatur ab.
Zyklone werden auch Fliehkraftabscheider genannt. Es handelt sich gattungsgemäß um Massenkraftabscheider. Bei den Vorheizzyklonen 21-1, 21-2, 21-3 handelt es sich vorzugsweise jeweils um Tangential-Zyklonabscheider.
Die Vorheizzyklone 21-1, 21-2, 21-3 weisen jeweils ein Zyklonmaterialeinlassende 21 a und ein Zyklonmaterialauslassende 21 b auf.
Vorzugsweise ist ein erster Vorheizzyklon 21-1 mit der Zwischenspeichereinrichtung 14 verbunden. Der zu calcinierende Ofenstaub wird aus der Zwischenspeichereinrichtung 14 am Materialeinlassende 21a dem ersten Vorheizzyklon 21-1 zugeführt und vom Materialauslassende 21b des ersten Vorheizzyklon 21-1 einem zweiten Vorheizzyklon 21-2 zugeführt. Vom Materialauslassende 21b des zweiten Vorheizzyklons 21-2 wird der vorgeheizte Ofenstaub dann einem dritten Vorheizzyklon 21-3 zugeführt. Und vom Materialauslassende 21b des dritten Vorheizzyklons 21-3 wird der vorgeheizte Ofenstaub dann der Calcinierstufe 16 zugeführt.
Das Abgas aus dem dritten Vorheizzyklon 21-3 wird zudem dem zweiten Vorheizzyklon 21-2 zugeführt. Das aus dem dritten Vorheizzyklon 21-3 austretende Abgas wird somit zum Aufheizen des Ofenstaubes im zweiten Vorheizzyklon 21-2 verwendet.
Und das Abgas aus dem zweiten Vorheizzyklon 21-2 wird zudem dem ersten Vorheizzyklon 21-1 zugeführt. Das aus dem zweiten Vorheizzyklon 21-2 austretende Abgas wird somit zum Aufheizen des Ofenstaubes im ersten Vorheizzyklon 21-1 verwendet.
Das im ersten Vorheizzyklon 21-1 abgetrennte und am Materialeinlassende 21a austretende Abgas schließlich, welches noch feinste Staubpartikel enthält, wird der Vorheizstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 18 zugeführt. In dieser werden dann nochmals in dem Abgas enthaltene Staubpartikel abgetrennt und der Calcinierstufe 16 zugeführt. Zuvor wird das Abgas vorzugsweise in dem Wärmetauscher 27 abgekühlt.
Das aus der Vorheizstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 18 austretende Abgas wird dann dem Calcinatorabgasschacht 20 zugeführt.
Vorzugsweise weist die Vorheizstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 18 einen elektrostatischen Abscheider und/oder einen Gewebefilter und/oder einen oder mehrere Zyklone auf.
Die Calcinierstufe 16 dient zum Calcinieren des Ofenabgasstaubes. Dazu weist die Calcinierstufe 16 vorzugsweise ein Steigrohr 22, einen Calcinierstufenzyk-Ion 23 und zumindest einen Brenner 25 auf.
Das Steigrohr 22 dient in an sich bekannter Weise zum Calcinieren des vorgeheizten Ofenstaubs. Es weist ein Steigrohrmaterialeinlassende 22a und ein Steigrohrmaterialauslassende 22b auf. Der zumindest eine Brenner 25 ist vorzugsweise benachbart zum Steigrohrmaterialeinlassende 22a angeordnet. In dem Calcinator-Steigrohr 22 wird der Ofenstaub, vorzugsweise bei einer Brenntemperatur von 600 bis 1400 °C, bevorzugt 800 bis 1100°C, calciniert.
Der Calcinierstufenzyklon 23 ist am Steigrohrmaterialauslassende 22b angeordnet. Der im Steigrohr 22 calcinierte Abgasstaub wird, insbesondere am Steigrohrmaterialauslassende 22b, dem Calcinierstufenzyklon 23, insbesondere an einem Zyklonmaterialeinlassende 23a, zugeführt und in diesem abgeschieden.
Der Calcinierstufenzyklon 23 weist somit ebenfalls ein Zyklonmaterialeinlassende 23a und ein Zyklonmaterialauslassende 23b auf. Am Zyklonmaterialauslassende 23b wird der abgeschiedene, calcinierte Abgasstaub der Kühlstufe 17 zugeführt.
Zudem wird das aus dem Calcinierstufenzyklon 23 am Zyklonmaterialauslassende 23b austretende Abgas dem dritten Vorheizzyklon 21-3 zugeführt. Das aus dem Calcinierstufenzyklon 23 austretende Abgas wird somit zum Aufheizen des Abgasstaubes im dritten Vorheizzyklon 21-3 verwendet.
Die Kühlstufe 17 dient zum Abkühlen des calcinierten Ofenabgasstaubes. Dazu weist die Kühlstufe 17 vorzugsweise mehrere, bevorzugt 2 bis 3, Kühlzyklone 24-1, 24-2, 24-3 auf. Die bevorzugte Anzahl der Kühlzyklone 24-1, 24-2, 24-3 hängt jeweils unter anderem von der Materialdurchflussrate und dem gewünschten Abkühlgrad des calcinierten Ofenabgasstaubes, ab.
Bei den Kühlzyklonen 24-1, 24-2, 24-3 handelt es sich vorzugsweise jeweils um Tangential-Zyklonabscheider.
Die Kühlzyklone 24-1, 24-2, 24-3 weisen jeweils ein Zyklonmaterialeinlassende 24a und ein Zyklonmaterialauslassende 24b auf.
Vorzugsweise ist ein erster Kühlzyklon 24-1 mit dem Calcinierstufenzyklon 23 verbunden. Der calcinierte Ofenstaub wird aus dem Calcinierstufenzyklon 23 am Zyklonmaterialeinlassende 24a dem ersten Kühlzyklon 24-1 zugeführt und in diesem abgeschieden.
Der im ersten Kühlzyklon 24-1 abgeschiedene Ofenstaub wird dann einem zweiten Kühlzyklon 24-2 zugeführt.
Das aus dem ersten Kühlzyklon 24-1 an dessen Zyklonmaterialeinlassende 24a austretende, erwärmte Abgas wird dem Steigrohr 22 an dessen Steigrohrmaterialeinlassende 22a zugeführt. Das Steigrohr 22 bzw. der Schwebegas-Calcinator 8 arbeitet also im Gleichstromprinzip.
Der im zweiten Kühlzyklon 24-2 abgeschiedene, weiter abgekühlte, calcinierte Ofenstaub wird dann zusammen mit Frischgas, insbesondere Frischluft, einem dritten Kühlzyklon 24-3 zugeführt.
Und das aus dem zweiten Kühlzyklon 24-2 an dessen Zyklonmaterialeinlassende 24a austretende, erwärmte Abgas wird dem ersten Kühlzyklon 24-1 zusammen mit dem Ofenstaub aus dem Calcinierstufenzyklon 23 zugeführt.
Vom Zyklonmaterialauslassende 24b des dritten Kühlzyklons 24-3 wird der gekühlte, calcinierte Ofenstaub dann dem Silo 13-3 zugeführt, in welchem die calcinierte Feinkornfraktion gespeichert wird. Die Klassierungseinrichtung 4 wird dabei umgangen.
Das aus dem dritten Kühlzyklon 24-3 austretende Abgas wird zudem der Abkühlstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 19 zugeführt.
In der Abkühlstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 19 werden dann nochmals in dem Abgas enthaltene, calcinierte Staubpartikel abgetrennt und diese ebenfalls dem Silo 13-3 zugeführt, in welchem die calcinierte Feinkornfraktion gespeichert wird. Die Klassierungseinrichtung 4 wird dabei ebenfalls umgangen.
Und das aus der Abkühlstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 19 austretende Abgas wird dem Calcinatorabgasschacht 20 zugeführt.
Vorzugsweise weist die Abkühlstufen-Abgasentstaubungseinrichtung 19 einen elektrostatischen Abscheider und/oder einen Gewebefilter und/oder einen oder mehrere Zyklone auf.
Zusammenfassend werden gemäß dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahren die in Ofenabgas enthaltenen, allenfalls teilweise bzw. allenfalls unvollständig calcinierten, also nur teilweise bzw. unvollständig oder gar nicht calcinierten, Staubpartikel aus dem Calcinierofen 3 abgeführt und in einem integrierten bzw. separaten Arbeitsgang bzw. in einer separaten Einrichtung calciniert. Das heißt, der vom Ofenabgas abgeschiedene Ofenabgasstaub wird nicht zusammen mit dem Rohmaterial calciniert, sondern getrennt davon. Dadurch wird der gesamte, zum Calcinieren notwendige Energieverbrauch gesenkt. Denn zum einen ist das Calcinieren von feinen Partikeln in dem Schwebegas-Calcinator 8 sehr effizient.
Zudem wird bei dem bekannten Verfahren der Ofenstaub zunächst abgekühlt, um die dem Calcinierofen 3 nachgeschalteten Einrichtungen vor Schädigung zu bewahren. Anschließend wird der rückgeführte Ofenstaub aber wieder erneut aufgeheizt und dies passiert in der Regel mehrfach, da der Ofenstaub zirkuliert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ofenstaub höchstens einmal abgekühlt. Der abgetrennte Ofenstaub wird nämlich dem Schwebegas-Calcinator 8 zugeführt und dann nur noch einmal aufgeheizt.
Des Weiteren wird die Energieintensität des Calcinierofens 3 durch die Entfernung des Ofenstaubs aus dem Calcinierofen 3 abgesenkt.
Außerdem kann dadurch, dass der Ofenstaub nicht mehr in den Calcinierofen 3 rückgeführt wird, der Anteil an Rohmaterial, welches in den Calcinierofen 3 aufgegeben wird, erhöht werden. Auch dadurch wird die Effizienz des Calcinierofens 3 erhöht.
Zudem werden die Siebe der Klassierungseinrichtung 4 nicht mehr verstopft, da das aus dem Calcinierofen 3 austretende calcinierte Material einen deutlich geringeren Anteil an Feinstpartikeln aufweist.
Und der aus dem Schwebegas-Calcinator 8 austretende, calcinierte Ofenstaub ist so fein, dass er nicht mehr klassiert werden muss, sondern direkt in das Silo 13-3 für die Feinfraktion eingespeist werden kann. Dies erhöht wiederum die Effizienz der Klassierungseinrichtung 4.
Im Rahmen der Erfindung liegt es dabei selbstverständlich auch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mehrere, bevorzugt parallel betriebene, Calcinieröfen 3 und/oder mehrere, bevorzugt parallel betriebene, Calcinatoren aufweist. Der aus den Calcinieröfen 3 austretende Ofenabgasstaub kann pro Calcinierofen 3 dann jeweils in einem eigenen Calcinator calciniert werden. Oder der aus mehreren Calcinieröfen 3 austretende Ofenabgasstaub kann in einem einzigen bzw. demselben Calcinator calciniert werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt es dabei auch, anstelle des Schwebegas-Calcinators 8 eine andere Calciniereinrichtung zum Calcinieren des Ofenabgasstaubs zu verwenden, mittels der Staubpartikel effektiv calciniert werden können. Beispielsweise kann es sich um eine Calciniereinrichtung mit einem indirekt befeuerten Drehrohrofen oder einem Wirbelbett-Calcinator handeln.
Vorzugsweise sind dabei die Staubpartikel des Ofenabgasstaubs während des Calcinierens in Schwebe. Sie sind in einem gasförmigen Medium, insbesondere dem Verbrennungsgas, frei schwebend bzw. dispergiert. Es liegt ein Aerosol vor.
Zumindest aber werden die Staubpartikel vor dem Calcinieren nicht kompaktiert. Es wird also erfindungsgemäß der Ofenabgasstaub als solches bzw. der lose Ofenabgasstaub calciniert. Aus diesem Grund ist die Calcinierung sehr effektiv.
Und im Rahmen der Erfindung liegt es dabei selbstverständlich auch, dass die Vorheizstufe 15 und/oder die Abkühlstufe 17 andere Vorheiz- bzw. Kühleinrichtungen zusätzlich oder anstelle der Zyklone aufweist. Die Abkühlstufe 17 kann z.B. einen oder mehrere Wirbelbettkühler und/oder einen oder mehrere wassergekühlte Trommelkühler aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

SU 1337368 A1 [0022]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines körnigen, calcinierten Materials, vorzugsweise von kaustisch gebrannter Magnesia und/oder Branntkalk und/oder kaustisch gebranntem Dolomit, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Aufgabe von, insbesondere mechanisch aufbereitetem, körnigem, mineralischem, vorzugsweise carbonatischem, Rohmaterial, insbesondere von Rohmagnesit und/oder Magnesiumhydroxid und/oder Kalkstein und/oder Dolomitstein, in einen, bevorzugt im Gegenstromprinzip betriebenen, bevorzugt vertikalen, Calcinierofen (3), b) Calcinieren des Rohmaterials zu dem Oxid des Rohmaterials, insbesondere zu kaustisch gebrannter Magnesia und/oder Branntkalk und/oder gebranntem Dolomit, in dem Calcinierofen (3), c) Vorzugsweise Klassieren des calcinierten Materials in verschiedene Kornfraktionen, d) Abführen des Ofenabgases aus dem Calcinierofen (3), e) Abscheiden des im Ofenabgas enthaltenen Ofenabgasstaubs aus dem Ofenabgas, wobei der Ofenabgasstaub Staubpartikel enthält, die zumindest nicht vollständig calciniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeschiedene Ofenabgasstaub, vorzugsweise in einem Schwebegas-Calcinator (8) oder einer Calciniereinrichtung mit einem Wirbelbett-Calcinator oder mit einem indirekt befeuerten Drehrohrofen, in einem separaten Arbeitsgang vollständig calciniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Calcinierofen (3) um einen Etagenofen (Multiple Hearth Furnace =MHF) oder einen Drehrohrofen oder einen Schachtofen oder einen Wirbelschichtofen handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial im Calcinierofen (3) bei einer Brenntemperatur von 600 bis 1100 °C, vorzugsweise von 800 bis 1100 °C, calciniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeschiedene Ofenabgasstaub nicht in den Calcinierofen (3) rückgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel des Ofenabgasstaubs während des Calcinierens in einem gasförmigen Medium, insbesondere dem Verbrennungsgas, dispergiert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Staubpartikel des Ofenabgasstaubs vor dem Calcinieren nicht kompaktiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenabgasstaub vor dem Calcinieren eine Korngrößenverteilung mit d₉₀< 150 µm, vorzugsweise mit d₉₀ < 105 µm, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenabgasstaub bei einer Brenntemperatur von 600 bis 1400 °C, vorzugsweise 800 bis 1100 °C, calciniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das calcinierte Material in zumindest zwei Kornfraktionen, vorzugsweise in eine Grobkornfraktion, eine Feinkornfraktion und bevorzugt eine dazwischenliegende Mittelkornfraktion, klassiert wird, wobei die Feinkornfraktion vorzugsweise eine maximale Korngröße < 210 µm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kornfraktionen getrennt voneinander gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der calcinierte Ofenabgasstaub zusammen mit dem im Calcinierofen (3) calcinierten Material gespeichert wird, wobei er vorzugsweise nicht klassiert wird und bevorzugt der Feinkornfraktion zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Calcinierofen (3) aufgegebene Rohmaterial einen d₉₀-Wert < 13 mm, und/oder einen d₁₀-Wert < 105 µm, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Sieben klassiert wird.
Vorrichtung (1) zur Herstellung eines körnigen, mineralischen, calcinierten Materials, vorzugsweise von kaustisch gebrannter Magnesia und/oder Branntkalk und/oder kaustisch gebranntem Dolomit, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: a) Einen, vorzugsweise im Gegenstromprinzip betreibbaren, bevorzugt vertikalen, Calcinierofen (3) zum Calcinieren von körnigem, mineralischem, vorzugsweise carbonatischem, Rohmaterial zu dem Oxid des Rohmaterials, insbesondere zu kaustisch gebrannter Magnesia und/oder Branntkalk und/oder kaustisch gebranntem Dolomit, b) Vorzugsweise eine Klassierungseinrichtung (4) zum Klassieren des calcinierten Materials in verschiedene Kornfraktionen, c) Eine Ofenabgasentstaubungseinrichtung (6) zum Abscheiden des im Ofenabgas enthaltenen Ofenabgasstaubs aus dem aus dem Calcinierofen (3) austretenden Ofenabgas, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine separate Calciniereinrichtung, vorzugsweise einen Schwebegas-Calcinator (8) oder eine Calciniereinrichtung mit einem Wirbelbett-Calcinator oder mit einem indirekt befeuerten Drehrohrofen, zum Calcinieren des abgeschiedenen Ofenabgasstaubs aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Calcinierofen (3) um einen Etagenofen (Multiple Hearth Furnace =MHF) oder einen Drehrohrofen oder einen Schachtofen oder einen Wirbelschichtofen handelt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwebegas-Calcinator (8) aufweist: a) vorzugsweise eine Zwischenspeichereinrichtung (14) zur Zwischenspeicherung des zu calcinierenden Ofenabgasstaubes, b) eine Vorheizstufe (15) zum Vorwärmen des zu calcinierenden Ofenabgasstaubs, c) eine Calcinierstufe (16) zum Calcinieren des Ofenabgasstaubs, d) eine Abkühlstufe (17) zum Abkühlen des calcinierten Ofenabgasstaubs, e) vorzugsweise eine Vorheizstufen-Abgasentstaubungseinrichtung (18) zum Abscheiden des Ofenabgasstaubs aus dem aus der Vorheizstufe (15) austretenden Abgas und Mittel zur Zuführung des abgeschiedenen Ofenabgasstaubs in die Calcinierstufe (16), f) vorzugsweise eine der Abkühlstufe (17) nachgeordnete Abkühlstufen-Abgasentstaubungseinrichtung (19) zum Abscheiden des calcinierten Ofenabgasstaubs aus dem aus der Abkühlstufe (17) austretenden Abgas.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorheizstufe (15) mehrere, bevorzugt 3 bis 4, Vorheizzyklone (21-1, 21-2, 21-3) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Calcinierstufe (16) ein Steigrohr (22) zum Calcinieren des Ofenabgasstaubs, einen Calcinierstufenzyklon (23) zum Abscheiden des calcinierten Ofenabgasstaubs und zumindest einen Brenner (25) zum Erhitzen des Ofenabgasstaubs im Steigrohr (22) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlstufe (17) mehrere, bevorzugt 2 bis 3, Abkühlzyklone (24-1, 24-2, 24-3) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassierungseinrichtung (4) Siebe zum Klassieren aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenabgasentstaubungseinrichtung (6) und/oder der Vorheizstufen-Abgasentstaubungseinrichtung (18) und/oder der Abkühlstufen-Abgasentstaubungseinrichtung (19) ein Wärmetauscher (26;27) zum Abkühlen des Abgases vorgeschaltet ist.