DE3408702A1 - Verfahren und vorrichtung zur coproduktion von zementartigen produkten - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur coproduktion von zementartigen produktenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umsetzung von einer oder mehreren anorganischen
Verbindungen, indem eine Flamme in einer Verbrennungszone auf einer vorbestimmten Reaktionstemperatur gehalten
wird, die umzusetzenden Materialien in fein zerkleinerter Form und inniger Vermischung mit einem Kohlen-
""^ wasserstoff brennstoff strom eingespeist werden und
der vermischte Brennstoff und die zerkleinerten Materialien durch die Verbrennungszone geleitet werden. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von hydraulisch reak-
"I^ tiven Materialien ausgewählt aus pozzuolanischen Materialien,
zementartigen Materialien und Mischungen derselben, bei dem eine Verringerung der Emissionen
an Schwefel enthaltenden Verunreinigungen erreicht
wird.
20
20
Die Umsetzung von anorganischen Materialien erforderte in der Vergangenheit die Vermischung der Materialien
im Reaktionsgefäß und anschließende Anwendung von Wärme. Häufig erforderte dies eine spezielle Konstruktion
oder spezielle Verfahrensschritte während der Reaktion, um angemessene Reaktionsprodukte zu erhalten.
Ein derartiges Produkt ist Portlandzement.
Im Stand der Technik sind viele verschiedene Vorschläge zur Herstellung von Zement gemacht worden, die von
den frühesten aufgezeichneten historischen Vorschlägen bis zur modernen Herstellung von Portlandzement als
Beispiel für zementartige Produkte reichen. Die herkömmlichen Verfahren in den USA zur Herstellung zementartiger
Produkte umfassen im allgemeinen das Vermischen
- 12 -
vorbestimmter Anteile von Kalk- und tonhaltigen oder kieselhaltigen Materialien. Die Materialien können
mit Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung vermischt
werden oder können unter Bildung eines trocknen Rohmehls getrocknet werden. In jedem Fall wird die Vermischung
kontinuierlich eingespeist und unter Klinkerbildung in einem zementbildenden Brennofen gebrannt. Der
resultierende Klinker wird zusammen mit Gips gemischt und pulverisiert, um modernen trocknen pulverförmigen
Portlandzement zu bilden.
Das Kalkmaterial kann aus Kalkstein, Marmor, Kreide,
Austernschalen und ähnlichen bestehen. Das tonhaltige bzw. tonartige Material kann aus Ton, Schiefer, Tonschiefer,
Schlacke, Flugasche, Sand und ähnlichen 15
bestehen. Die Anteile dieser Bestandteile in den Mischungen bestimmen die resultierende chemische Zusammensetzung
des Klinkers und des fertigen Zements. Additive können mit einer oder mehreren der Mischungen gemischt
werden, um die für jeden vorbestimmten Zementtyp für 20
die Anwendung erforderlichen Eigenschaften zu liefern.
Die verschiedenen Portlandzementtypen sind allgemein bekannt und von der American Society of Testing Materials
(ASTM) definiert. Der am meisten hergestellte Zement
ist als Typ 1 oder Zement für allgemeine Zwecke bekannt. 25
Die übrigen 4 Typen, die Typen II bis V, werden als
Zemente für·Spezialzwecke bezeichnet. Diese Zemente für Spezialzwecke weichen in den Anteilen der entsprechenden
Bestandteile ab und werden gewöhnlich
in geringeren Mengen hergestellt. 30
In dem Versuch, die wünschenswerten Merkmale der Herstellung,
wie sie weiter unten angegeben werden, zu liefern, sind eine Vielzahl von Kunstgriffen im Stand der Technik
vorgeschlagen worden. Wie in der US-PS 4 026 717 er-
wähnt, ist bereits in US-Patenten aus dem Jahre 1883, wie z.B. der US-PS 2 774 288 der Zusatz von Brennstoff
zu den Ton-Kalk-Rohmaterialien zur Herstellung von Zement beschrieben worden. Seit dem sind viele Patente
auf Basis des Konzepts der Einführung kalkhaltiger Materialien in die Verbrennungszone eines Brennofens
erteilt worden. Als Beispiele seien die US-PS 1 728 und US-PS 3 589 920 genannt. In Patenten wieder US-PS
2 477 262 ist der klassische Einblasprozess beschrieben und beansprucht. In Patenten wie der US-PS 2 600 515
und der US-PS 3 437 329 sind Verfahren für den Betrieb eines rotierenden Zementbrennofens beschrieben, bei
denen spezielle Additive in die Verbrennnungszone des Brennofens eingeführt werden, um die gewünschten
Eigenschaften zu liefern, wenn sie nach oben durch den Brennofen strömen und die herabkommende Mischung
15 treffen.
Zu erwähnen ist weiterhin die US-PS 2 745 657, gemäß der ein fester Brennstoff mit hohem Aschegehalt in
einem Spezialbrenner verbrannnt wird, um eine Schlacke zu erzeugen, und der Brenner dann abgestochen wird,
um die geschmolzene Schlacke vom Boden abzuziehen.
In alten Patenten wie der US-PS 811 902 ist die Verwendung von Erzabfällen wie z.B. Kupfererzabfällen in
Zementherstellungsverfahren beschrieben. Gemäß US-PS 1 567 934 werden Erz- und das Zementherstellungsmaterial
zusammengeschmolzen, um das Erz zu reduzieren. Gemäß der US-PS 3 759 730 wird Kraftwerksasche mit Calciumcarbonat
gemischt, dann bei 13000C und anschließend
30 bei 1500 C gebrannt und gemahlen. Gemäß der US-PS
4 080 219 wird Abwärme zum Wärmeaustausch mit Naßmaterialien zur Zementherstellung verwendet.
Gemäß der US-PS 4 174 974 wird Kohlenascheschlacke zur Herstellung von Zement beispielsweise mit Calcium-
oxid verwendet. Das Hauptziel ist jedoch die Erhöhung der Wirksamkeit einer Vergasungsvorrichtung. In der
US-PS 4 217 143 wird die Herstellung von Zement mit auf eine Teilchengröße von 0,074 mm (200 mesh) gemahlenem
Calciumoxid, Siliciumdioxid und Aluminiumoxid beschrieben, die auf einen Wassergehalt von weniger als
5 % getrocknet, gemischt und in einer Hochgeschwindigkeitsmühle compoundiert werden. Gemäß der US-PS 4 265
wird Zementklinker von oben und unten in einen rotieren-•0
den Brennofen eingespeist, um Zement herzustellen. Trotz der Vielzahl von Vorschlägen ist es bisher nicht
gelungen, eine Vielzahl von wünschenswerten Merkmalen, wie die im folgenden angegebenen, zu erreichen.
1. Das Verfahren und die Vorrichtung sollte die Verwendung weniger teurer Brennstoffe mit einer geringeren
Qualität als zur Zeit erforderlich gestatten.
2. Idealerweise sollte das Verfahren und die Vorrich- ?n tung giftige Verunreinigungen automatisch aus
diesen verhältnismäßig billigen Brennstoffen eliminieren, ohne daß teure Waschtürme oder ähnliche
Vorrichtungen zur Entfernung der schwefelhaltigen umweltverschmutzenden Gase erforderlich sind.
3. Die Vorrichtung und das Verfahren sollten die
Kosten durch Vermeidung der Kosten für das Zerbrechen und Mahlen des Endprodukts des Verfahrens erheblich
verringern.
4. Das Verfahren und die Vorrichtung können zur Verringerung der Beseitigungskosten für die Beseitigung
von Flugasche verwendet werden und die Flugasche durch eine phasenchemische Modifikation so verändern,
daß sie eine hydraulische Flugasche oder andere 35 zementartige Produkte ergibt.
5. Die Vorrichtung und das Verfahren sollten flexibel genug sein, die Herstellung von Zementen unterschiedlicher
Zusammensetzung in einfacher Weise zu ermöglichen, ohne daß lange Zeiträume zur Veränderung
5 des Betriebs eines Brennofens und dazugehörige
Vorrichtungen und ohne daß Spezialbrennöfen erforderlich
sind.
6. Idealerweise sollten das Verfahren und die Vorrichtung diese Betriebsflexibilität in Verbindung
mit einem anderen Prozess wie der Erzeugung von Elektrizität liefern und einen mehr als 100 %igen
Ausgleich jeglichen Energieverlustes gegenüber dem Wert der erzeugten Produkte ergeben.
15
7. Die Vorrichtung und das Verfahren sollten so flexibel sein, daß Klinker oder ähnliches aus einem
Kessel mit Flugasche oder ähnlichem aus einem anderen Kessel gemeinsam vermählen werden können, um
jedes beliebige zementartige Endprodukt zu liefern.
8. Schließlich sollte das Verfahren und die Vorrichtung das riesige Problem ungewöhnlich großer Kapitalmittel
für neue Brennöfen und Zubehör, wie sie heutzutage in modernen Zementherstellungsanlagen
verwendet werden, zu mildern.
Wie sich aus der obigen Diskussion des Standes der Technik ergibt, liefert kein aus dem Stand der Technik
bekanntes Verfahren die aufgelisteten Vorteile.
Ein Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur thermischen Umsetzung eines oder mehrerer
anorganischer Materialien. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Flamme in einer Verbrennungskammer
auf einer vorbestimmten Reaktionstemperatur
hält, indem eine ausreichende Menge eines Kohlenwasserstoff
brennstoff s und Sauerstoff in die Flamme mittels eines Fluidstroms eingespeist wird, daß man die umzusetzenden
anorganischen Materialien auf eine Teilchengröße zerkleinert, die den Transport mittels Gasstrom
ermöglicht, und die zerkleinerte anorganische Verbindung in inniger Vermischung mit dem den Kohlenwasserstoffbrennstoff
wie Kohle, Brennöl oder Erdgas und Sauerstoff enthaltenden Fluidstrom suspendiert und die Mischung
-10 in das Innere der Flamme einleitet, um die thermische
Reaktion des teilchenförmigen anorganischen Materials zu bewirken. In einer bevorzugten Ausführungsform
besitzen das anorganische Material und der Brennstoff eine Teilchengröße von weniger als 0,149 mm (-100
-|5 mesh USA-Standard).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird ein Verfahren zur Herstellung hydraulisch reaktiven Materials durch Umsetzung von anorganischen
Reaktantenmaterialien oder Mischungen derselben in einer in einer Verbrennungszone enthaltenen, auf einer vorbestimmten
Temperatur gehaltenen Flamme vorgeschlagen. Die Temperatur der Verbrennungszone wird durch Verwendung
von wirksame Mengen fein gemahlener Kohle und Sauerstoff enthaltendem Gas aufrechterhalten. Die anorganischen
Reaktantenmaterialien ausgewählt aus kalk-, ton-, kiesel-, aluminium- und eisenhaltigen Materialien oder
Mischungen derselben sind feingemahlen und innig mit der feingemahlenen Kohle vermischt. Die innige Mischung wird
in einem Sauerstoff enthaltenden Gasstrom suspendiert. Dieser Strom wird durch das Innere einer Flamme geleitet
und die in dem Strom enthaltene Kohle wird verbrannt, um die vorbestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten
und die feingemahlenen anorganischen Reaktanten-
35 materialien unter Bildung des hydraulisch reaktiven
Produkts in Teilchenform thermisch umzusetzen. Die
Gase und das teilchenförmige, hydraulisch reaktive
Material, die in der Verbrennungszone gebildet werden, werden aus der Verbrennungszone abgeführt und das
reaktive Material wird gekühlt und gemäß der bevorzugten Ausführungsform gesammelt. Die reaktiven Materialien
in dem organischen Brennstoff werden gemahlen, so daß ein überwiegender Teil der Teilchen eine Teilchengröße
von weniger als 0,149 mm (-100 mesh) aufweist.
Die Flammentemperatur wird im Bereich von etwa 1316 10
bis 1538°C gehalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung von schwefelhaltigen
Verunreinigungen und Emissionsgasen aus Verbrennungsvorrichtungen vorgeschlagen, die mit feingemahlener
Kohle oder Brennöl suspendiert in einem Sauerstoff enthaltenden Gas befeuert werden, indem die feingemahlene
Kohle mit einer vorbestimmten Mischung aus Reaktantenmaterialien ausgewählt aus kalk-, aluminium-,
kiesel- und eisenhaltigen Materialien oder Mischungen 2^ derselben in einer ausreichenden Menge vermischt wird,
um mit dem Schwefel und der Verunreinigungen enthaltenden Asche aus der Verbrennung unter Erzeugung eines
festen Reaktionsproduktes zu reagieren.
2^ Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
wird eine Vorrichtung für die Umsetzung eines oder mehrerer feingemahlener anorganischer Reaktanten vorgeschlagen.
Die Vorrichtung umfaßt eine Brennvorrichtung mit einem eine Düse zur Einspeisung teilchenförmigen, in
einen Sauerstoffgas suspendierten Materials in eine Flamme in der Brennvorrichtung enthaltenden Mittel,
einem Mittel zur Abführung der expandierenden Verbrennungsgase, die suspendiertes teilchenförmiges, durch die
Reaktion erzeugtes Material enthalten Brennvorrichtung und Mitteln zum Sammeln des teilchenförmigen Materials.
Vorzugsweise sind Mittel zur Herstellung und Einspeisung der innigen Mischung aus Kohle und reaktiven Materialien
in dem Gasstrom vorgesehen, wobei es sich um eine Mühle
mit einem Mahltisch für die Kohle und die anorganischen 5
Reaktantenmaterialien und ein Gebläse zum Einblasen
der Mischung in einen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom
und in die Düse der Verbrennungsvorrichtung handelt. Außerdem kann eine geeignete Rückführung vorgesehen
sein. Die erzeugten hydraulischen reaktiven Produkte können in einem Niederschlagsapparat oder einer ähnlichen
Vorrichtung zur Absackung und Lagerung aufgefangen werden. Das Produkt kann auch mit Gips oder anderen
Verbindungen gemischt werden, um ein gewünschtes Endprodukt zu ergeben.
15
15
Im folgenden werden die Erfindung und die mit ihr verbundenen Vorteile ausführlich unter Bezugnahme
auf die Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Fließschema, das eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wiedergibt;
Figur 2 eine Draufsicht auf die Brennkammer eines
Kessels, der als Verbrennungszone des Feuerraums dient; und
Figur 3 eine schematische Darstellung, die die weitere Flexibilität der Erfindung demonstriert.
Dem Fachmann ist klar, daß die Erfindung für die Umsetzung von anorganischen Materialien brauchbar ist,
bei der das Erhitzen dieser Materialien notwendig
ist, um die Reaktion in Gang zu bringen bzw. zu halten.
Die Erfindung ist von besonderem Interesse bezüglich solcher Anwendungen, bei denen das zu erzeugende Produkt
erwünschtermaßen in Form kleiner Teilchen vorliegen
soll. Besonders brauchbar ist die Erfindung für die 5
Herstellung von hydraulisch reaktiven Verbindungen.
Dementsprechend betrifft die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die Herstellung von hydraulisch
reaktiven Verbindungen. Diese Ausführungsform wird im folgenden erläutert, wobei darauf hingewiesen wird,
daß andere Reaktionen in gleicher Weise durchgeführt werden können.
Wie bereits oben erwähnt, ist gemäß dem Stand der
Technik versucht worden, Schlacke oder Bodensatz umzu-15
wandeln und aus einer Feuerungsvorrichtung wie der
Verbrennungskammer des Kessels abzuziehen, um sie in ein zementartiges Produkt umzuwandeln. Darüber
hinaus sind über Kopf aufgefangene Flugasche oder aus der Feuerungsvorrichtung ausströmende Abgase anschließend
behandelt worden, indem sie in Zementbrennöfen oder ähnlichen verwendet worden sind. Erfindungsgemäß
werden jedoch der in die Feuerungsvorrichtung eingespeisten Kohle Additive zugesetzt und bis zur
beginnenden Verschmelzung gebrannt, um das zementartige 25
Produkt zu erzeugen. Gewöhnlich wird das zementartige Produkt als umso besser hergestellt angesehen, je
näher seine Zusammensetzung dem Zement für allgemeine Zwecke oder einen Calciumsulfonaluminatklinker kommt.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann ein Zement-30
klinker für allgemeine Zwecke und ein Calciumsulfoalu-
minatklinker eine typische Zusammensetzung wie in Tabelle I angegeben besitzen.
CaO SiOo
Al2O3 Fe2O3
K2O, Na2O SOo
und M9°
Klinker fur allgemeine Zwecke Λ Prozent |
SuIfo- aluminat- klinker ' Prozent |
67 | 56 |
22 | 20 |
6 | 11 |
3 | 2,5 |
2 | 2,0 |
Bei Prozenten handelt es sich hier, wenn nichts anderes angegeben ist, um Gew.%.
Die möglichen mineralogischen Verbindungszusammensetzungen sind in erteilten Patenten wie der US-PS
3 437 329 beschrieben, auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich bezug genommen wird. Dies gilt insbesondere für
Einzelheiten, die in der vorliegenden Beschreibung nicht nochmals erläutert werden.
Tabelle II gibt eine typische mineralogische Verbindungszusammensetzung eines Klinkers für allgemeine Zwecke
und eines Sulfoaluminatklinkers ohne Magnesiumoxid und Alkaliverbindungen wieder.
10
Tabelle II | Prozent |
Klinker für allgemeine Zwecke | 61.7 |
C3S | 16.7 |
C2S | 10.3 |
C3A | 7.6 |
C4AF | Prozent |
SuIf oaluminatklinker | 16.9 |
C4A3I" | 11.00 |
C6A2F | 11.75 |
C3S | 49.5 |
c2s | |
In Tabelle II und in der übrigen Beschreibung haben
di^-yerwendeten üblichen Abkürzungen folgende Bedeutung;
20 25 30 35
C β | CaO |
S = | SiO2 |
A » | Al2O3 |
F = | Fe2O3 |
s" « | SOo |
Wie ebenfalls bekannt, muß der Anteil an Di- und Tricalciumsilikaten,
Calciumaluminaten und ähnlichen innerhalb eines engen chemischen Bereiches kontrolliert
werden, um einen zufriedenstellenden Zement zu erhalten, Der Zementklinker ist empfindlich gegenüber Verunreinigung
durch Magnesiumoxid oder ähnliche, Periklas oder andere Materialien bilden kann, die nur langsam
zu hydratisieren sind und einem abbindenden Zement unerwünschte Eigenschaften verleihen. Diese Chemikalien,
mineralogischen Verbindungen und ihre Kontrolle sind in vielen Artikeln und Veröffentlichungen beschrieben
worden,· auf die bezüglich herkömmlicher Details, die hier ausgelassen werden, bezug genommen werden
kann. Typische Beispiele hierfür sind die im folgenden in Tabelle III aufgelisteten Druckschriften.
Tabelle III
K KIRK-OTHMER ENCYCLOPEDIA OP CHEMICAL TECHNOLOGY,
D
Second edition, Anthony Standen, editor, Interscience Publishers, New York, 1969, volume
on cements, pages 684-710.
THE CHEMISTRY OF CEMENT AND CONCRETE, Third edition, F. M Lea, KT, CB., C.B.E., D.SC, F.R.LC, Formerly Director of Building Research, Chemical Publishing Co., Inc., New York, New York, First American Editor 1971, pages 134-135.
THE CHEMISTRY OF CEMENT AND CONCRETE, Third edition, F. M Lea, KT, CB., C.B.E., D.SC, F.R.LC, Formerly Director of Building Research, Chemical Publishing Co., Inc., New York, New York, First American Editor 1971, pages 134-135.
PROCEEDINGS OF THE THIRD INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON 5
THE CHEMISTRY OF CEMENT,
London 1952, Held under the auspices of the Building Research Station of the Department of
Scientific and Industrial Research and the Cement and Concrete Association, Published by
the Cement and Concrete Association, 52 Grosvenor Gardens, London SWl, Chapter 20, "The
Influence of the Fineness of Cement Raw Mixes on Their Burnability", T. Heilmann, pages 711-749.
CHEMISTRY OF CEMENT,
2b
2b
Proceedings of the Fourth International Symposium Washington 1960, Volume I, Symposium
held October 2-7, 1960 at the National Bureau of Standards, Washington 25, D.C, proceedings
published in two volumes, National Bureau of Standards Monograph 43 — Volume I, Issued
August 31, 1962, Paper II-S4. "Reactions of Coal Ash With Portland Cement Clinker During the
Burning Process", T. Heilmann, pages 87-106.
PROCEEDINGS OF THE FIFTH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON THE CHEMISTRY OF CEMENT,
Tokyo, 1968, PART I CHEMISTRY OF CEMENT CLINKER (Volume I), Symposiiam held October 7-11, 1968 at
the Tokyo Metropolitan Festival Hall, Tokyo, Proceedings published in 4 volumes December 31,
1969, "On Kinetics of Cement Clinker Sintering", page 112 and "On Kinetics of Crystallization of
Clinker Liquid Phase", page 113. ROCK PRODUCTS, CEMENT TODAY
A special section of May 1974 ROCK PRODUCTS,
15 "Wet or Dry Process LiIn for Your New
Installation?", Henning R. Norbom, pages 92-100, May 1974.
ROCK PRODUCTS,
ROCK PRODUCTS,
"Blending of Raw Mix for Cement Manufacture,
Part 2", J. B. Wilson & W. C. Durie, pages 60-62 and 68, April 1974, a Maclean-Hunter
publication. Vol. 77, No. 4.
PIT & QUARRY, CEMENT INDUSTRY REPORTS, 105 West Adams Street, Chicago, Illinois 60603,
PIT & QUARRY, CEMENT INDUSTRY REPORTS, 105 West Adams Street, Chicago, Illinois 60603,
25 "Roller Mills Have Found a Role", Raymond J.
Krekel and Stanley L. Stiles, pages 93-98 and "Utilization of Waste Heat from Dry-Process
Rotary Kilns", Dr. P. Weber, Polysius Corp., pages 115-122 and "Medusa's Georgia Plant
30 Undergoes Major Changes - New Preheater Kiln,
Roller Raw Mill System at Heart of Expansion and Conversion to Dry Process", B.C. "Sandy" Herod,
pages 141-146, July 1974.
- 24 -
In Tabelle IV sind typische Analysen für Flugaschen unterschiedlicher Herkunft angegeben. Diese Analysen
stammen von Aschen, die durch Verbrennung von Kohlen unterschiedlicher Herkunft erzeugt worden sind.
Flugascheanalysen Herkunft
Nr | .1 | Nr. | 2 | >9 | Nr. 3 | Nr | .4 | Nr | .5 | Nr. 6 | |
SiO2 | 68 | ,15 | 49 | ,18 | 36,52 | 39 | ,60 | 43 | ,46 | 40^40 | |
Al2O3 | 19 | ,80 | 23 | ,68 | 21,16 | 21 | ,82 | 35 | ?90 | 17,30 | |
Fe2O3 | 3 | ,20 | 2 | ,68 | 4,56 | 5 | ?68 | 11 | „00 | 29?40 | |
CaO | 1 | >33 | 18 | ,40 | 26758 | 20 | ,96 | 2 | ,20 | 6730 | |
MgO | 0 | 3 | >52 | 4,56 | 3 | ,86 | 1 | *45 | 0?81 | ||
SO3 | 0 | ;« | 1 | >23 | 1,95 | 1 | ,85 | 2 | ?31 | 1,50 | |
L.O.I. | 0 | ,18 | 0 | ,21 | 0?31 | 2 | ,81 | 0,88 | |||
Na2O | 0 | ,08 | 0,44 | 0 | ,02 | - | 0?56 | ||||
K2O | ° | ,64 | - | 0,42 | ° | >28 | — | 2,20 | |||
Gesamt.' | 93 | ,76 | 98 | 96,5 | 94 | ,07 | 96 | ,93 | 99;35 | ||
unverörann (Kohlenstc |
ff) | ,96 | 1 | 3,5 | 5 | y93 | 3 | ,07 | 0,65 |
Es ist ersichtlich, daß es Flugasche an den Calciumoxidbestandteilen
mangelt, die bei der normalen Zementherstellung von den Kalkbestandteilen geliefert werden.
Wenngleich es große Mengen von Flugasche aus Kraftwerken gibt, ist die Flugasche gewöhnlich nicht zementartig
genug, um direkt als zementartiges Produkt brauchbar zu sein. In den meisten Teilen der Welt müssen die Bestandteile
der Zementklinkerzusammensetzung ver- oder gemischt werden, bevor das Brennen in einem Zementherstellungsbrennofen
erfolgt, um einen zufriedenstellenden fertigen Zementklinker als Beispiel für ein zementartiges
Produkt zu erhalten. Gewöhnlich werden die kalkhaltigen und die tonhaltigen Komponenten am Einsatzproduktende
des Brennofens eingespeist und bilden Zementklinker während ihres 2 1/2 bis 4 1/2 stündigen Durchsatzes in
Längsrichtung durch den Drehbrennofen, wobei sie Temperaturen
von bis zu 1426 bis 1538°C ausgesetzt sind. In vielen Teilen Welt enthalten der Kalkstein, der Kalkmergel
und ähnliche, die die kalkhaltigen Bestandteile enthalten, auch ausreichend Anteile anderer Materialien,
um die gewünschte Zementklinkerzusammensetzung mit den
Bestandteilen der Flugasche zu bilden, wenn sie zur Reaktion gebracht werden könnten.
In Tabelle V sind beispielsweise eine beispielshafte
Flugaschezusammensetzung und eine beispielhafte Kalksteinzusammensetzung
sowie entsprechende prozentuale Mischungen im Rohmaterial und der fertige Klinker
angegeben, der sich durch Umsetzung in beginnenden Verschmelzungsreaktionen aus den entsprechenden Anteilen
der Bestandteile ergibt. Tabelle VA gibt beispielhaft
eine C4A,S-Zementzusammensetzung wieder,
Flugasche Kalkstein Anteile im Pohmaterial Zusammensetzung des fertigen Klinkers
und Gew. % ~
SiO2 | 56,78 |
Al2O3 | 20,43 |
^20S | 3,37 |
CaO | 11,01 |
MgO | 1,79 |
SO3 | 0,63 |
Na2O | 0,39 |
K2 0 | 0,68 |
L.O.I.* | 4,92 |
30/70 25/75 20/80 30/70 25/75
2,72
0,57
0,21 53,69 40,89 43,02 45,15 59,37 64,20 69,37 £
0,29 0,74 0^57 0,59 1,07 1,00 0,91 ι
0,01
0,07
0,06 41,92 (Gesamt)
* L.O.I. ~ Verbrennungsverlust
18,94 | 16,24 | 13,53 | 27^50 | 24,24 | 20,79 |
6,53 | 5,54 | 4,54 | 9,48 | 8,27 | 6,97 |
1,16 | 1,00 | 0,48 | 1,68 | 1,49 | 1,29 |
40,89 | 43,02 | 45,15 | 59,37 | 64,20 | 69,37 |
0,74 | 0j£7 | 0,59 | 1,07 | 1,00 | 0,91 |
0,20 | 0,17 | 0,13 | 0,29 | 0,25 | 0,20 |
0,16 | 0,15 | 0,13 | 0?23 | 0,22 | 0,20 |
0,25 | 0,22 | 0,18 | 0,36 | 0,33 | 0?28 |
30,82 | 32,67 | 34,52 | |||
99,69 | 99,68 | 99-61 |
Beispielhafte C.A-S-Zementzusammensetzung
Flugasche | Kalkstein I | Kalkstein II | ** | Rohmischung | fertiger.** | |
Bestandteile | Prozent | Prozent | Prozent | Prozent | .. Klinker | |
38,4 | 2?76 | 11,16 | 14,96 | . Prozent | ||
SiO2 | 16?62 | 0,65 | 3,16 | 5,89 | 20,91 | |
Al2O 3 |
5,54 | 0,19 | 1,47 | 2,03 | 8,24 | |
Fe2°3 | 15,58 | 53,28 | 46,59 | 40,77 | 2,83 | |
CaO | 2704 | 0,73 | 0,6 | 1,10 | 56,98 | |
MgO | 21,07* | 0,08 | 0,26 | 6,41 | 1,54 | |
SO3 | 0r26 | 0 | 0,15 | 0,11 | 8,96 | |
Na2O | 0743 | 0,09 | 0,4 | 0,25 | 0,15 | |
K2O | 0,11 | 42,18 | 36,02 | 28,45 | 0^35 | |
L.O.I. | ||||||
gibt den Gesamtschwefelgehalt der verwendeten Kohle wieder.
Die Rohmischung ist zusammengesetzt aus 30 % Flugasche, 52 % Kalkstein I und 18%
Kalkstein II
fertige*·Klinker gibt die Klinkerzusammensetzung an, die man bei Verarbeitung der Rohmischung
in einem Standardbrennofen erwarten würde.
CO
CD OO
CD ro
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, daß zumindest die Variablenwie die Temperatur, die Verweilzeit,
die Größe der Teilchen und die Innigkeit des Kontaktes zwischen den Teilchen während des Durchsatzes durch
den Brennofen sorgfältig kontrolliert werden müssen, um den gewünschten zufriedenstellenden Zement am Austrittsende
des Brennofens zu erhalten.
Die Erfindung macht sich die Turbulenz und die Feinheit ._ von Flugascheteilchen zu Nutzen, die aus der Verbrennungszone
einer Feuerungsvorrichtung wie in der Brennkammer eines Kessels austreten, um ein vorteilhaftes
■Produkt zu bewirken, das die gewünschte Größe ohne zusätzlichen Aufwand an Energie für die Zerkleinerung
Trennung usw. besitzt.
Der Kohlenwasserstoffbrennstoff kann jeder beliebige
Kohlenwasserstoffbrennstoff wie Brennöl, Erdgas oder
Kohle sein. Die bevorzugte Ausführungsform wird hier mit Kohle als Brennstoff beschrieben. Bei ordnungsgemäßer
Einstellung der Vorrichtungen können andere Typen von Kohlenwasserstoffbrennstoffen verwendet werden.
' Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll anhand von Figur
ot. 1 näher erläutert werden. In Figur 1 ist eine Mahlvorrichtung
10 dargestellt, die über Leitung 12 beschickt wird. Leitung 12 wird von drei Vorratskammern 14,
16 und 18 . und zusätzlich über die Rückführungsleitung 20 gespeist. Die Anzahl der Vorratsoder Lagerungskammern kann mit der Anzahl und dem
Typ der beim Verfahren zu verwendenden Reaktantenmaterialien variieren. Lignit oder bituminöse
Kohle wird aus ihrer Vorratskammer 14 in die Mahlvorrichtung überführt. Außerdem wird tonhaltiges Material
aus Kammer 16 und kalkhaltiges Material aus Kammer 35
18 in die Mahlvorrichtung 10 eingespeist. Flugasche aus einem Kessel 22 kann über die Rückführungsleitung
2 0 in die Mahlvorrichtung eingespeist werden. Die Einsatzmaterialien für die Mahlvorrichtung 10 sollen
feingemahlen sein, so daß die Teilchen mittels eines Gasstroms transportiert werden können. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens ist die Mehrzahl der Teilchen aus der Mahlvorrichtung ausreichend klein,
um ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,149 mm
^0 (100 mesh) zu passieren. Erfindungsgemäß ist es erforderlich,
dem Brenner Kohle zuzuführen, um die Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Einspeisung, wenn vorhanden,
des kalkhaltigen oder tonhaltigen Materials, der Rückführungsflugasche
oder Kombinationen derselben hängt
^1- jedoch von dem herzustellenden Produkt sowie der Zusammensetzung
der verwendeten Kohle ab. Die Mahlvorrichtung kann jede beliebige herkömmlicherweise verwendete
Mahlvorrichtung wie beispielsweise eine Walzenmühle, eine Kugelmühle, eine Hochgeschwindigkeitsmühle usw.
?n mit geeignetem Fördergerät, geeigneter Teilchentrennung,
geeigneten Lagerbereichen und -vorrichtungen sein. Die fein zerkleinerte Kohle und die fein zerkleinerten
Reaktantenmaterialien werden in einen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom mittels Gebläse 24 eingebracht,
das sich in der Zuführungsleitung zu Mahlvorrichtung 10 befindet. Aus der Mahlvorrichtung 10 werden die
vermischten Brennstoffe und Reaktanten in den Feuer- bzw.Brennr 22 eingespeist, wo die Kohle verbrennt und das Reaktionsprodukt gebildet wird. Das Reaktionsprodukt wird durch
die expandierenden Gase aus dem Feuerraum 22 in eine geeignete Trennvorrichtung 26, z.B. eine Zyklontrennnvorrichtung
transportiert. Die schweren Teilchen treten durch Leitung 28 aus und stehen zur Rückführung über
Leitung 2 0 oder zur Ausscheidung oder Sammlung über Leitung 21 je nach Stellung des Ventils 23 zur Verfügung.
Die Produkte aus Leitung 21 und Leitung 34 können
getrennt verwendet oder miteinander vermischt werden. Dem Fachmann ist klar, daß mehr als eine Mahlvorrichtung
verwendet werden kann. In einigen Fällen,wie in alten Anlagen,kann es erwünscht sein, eine getrennte
Mahlvorrichtung oder getrennte Mahlvorrichtungen zum Mahlen der anderen Einsatzkomponenten und Mittel zum
Kombinieren der feingemahlenen Kohle mit den anderen Einsatzkomponenten vor der Injektion in den
.Q Kessel vorzusehen. Der Fachmann erkennt weiterhin,
daß es in einigen Fällen nicht erforderlich sein wird, derartige getrennte Mittel oder eine Rückführungsmöglich-"keit
vorzusehen.
.c Die vermischten Kohle- und Reaktantenmaterialien werden
5
in die Verbrennungszone des Feuerraumes mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit eingespeist, um die
gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten. Die spezifischen Mengen der Reaktantenmaterialien bestimmen sich
nach der Chemie der Kohleasche, die durch Umsetzung mit den verschiedenen Rohmaterialien, die mit der
Einsatzkohle kombiniert sind, wie kalkhaltiges Material (Kalkstein), kieselhaltiges Material (Sand), eisenhaltiges
Material (wie Eisenerz) und Aluminiumoxid, z.B. Bauxit modifiziert wird.
Es ist erforderlich, daß die Kohle und die Mischung der Reaktantenmaterialien feingemahlen und innig vermischt
werden, bevor sie mit dem Gas in die Verbrennungszone geblasen werden. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung von hydraulisch reaktiven Material verwendet wird, führt die Verbrennung der Kohle zu
einer Temperatur in der Verbrennungszone von über ■ etwa 10930C und vorzugsweise von etwa 1093 bis etwa
1649°C und insbesondere zwischen etwa 1316 und 1538°C. 35
In der Verbrennungszone erfolgt eine Reaktion der Reaktantenmaterialxen und der Kohle unter Erzeugung
eines hydraulisch reaktiven Materials in feinteiliger Form, das mit den Abgasen (Schornsteingasen) als Flugasche
aus dem Kessel transportiert wird. Es ist überraschend, daß hydraulisch reaktives Material nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren so schnell und in der gewünschten Teilchengröße hergestellt werden kann.
Im Gegensatz dazu würde das Drehbrennofenverfahren
etwa 2,5 bis 4,5 Stunden erfordern, um einen flüssigen Schlackestrom zu erzeugen, der zu harten großen Teilchen
erstarrt, die dann unter großen Kosten und großem Energieaufwand auf die gewünschte Feinheit zerkleinert
werden.
Wenngleich die Erfindung nicht durch theoretische Überlegungen beschränkt werden soll, wird angenommen,
daß das Kieselmaterial einen Schmelzzustand erreicht, so daß die Wechselwirkung mit einem Kalkmaterial eine
Flüssig/Fest-Fusionsreaktion bei hohen Temperaturen
20 ist. Folglich ist die Reaktion viel schneller als
eine Fusionsreaktion im Festkörperzustand. Unabhängig
von der Theorie ergibt die Reaktion eine zufriedenstellende
hydraulisch reaktive Zusammensetzung, obwohl den Komponenten eine sehr viel kürzere Reaktionszeit
2^ als bei herkömmlichen Verfahren zur Verfügung steht.
Wie weiter unten erläutert, kann das erfindungsgemäße Verfahren sowohl zur Erzeugung von Puzzolan als auch
puzzolanisch reaktiven Materialien und zementartigen Materialien verwendet werden. Die Bezeichnung zementartiges
Material bedeutet ein teilchenförmiges anorganisches Material, das beim Vermischen mit Wasser eine plastische
Masse bildet und durch chemische Kombination, Gelierung und Kristallisation härtet. Die Bezeichnungen Pozzuolan
oder Puzzolan oder puzzolanisch reaktives Material 35
bedeutet ein teilchenförmiges anorganisches Material,
das chemisch mit Calciumhydroxid in Gegenwart von Feuchtigkeit bei gewöhnlichen Temperaturen unter Bildung
einer zementartigen Zusammensetzung reagiert. ■
Unabhängig vom chemischen Mechanismus erfolgt eine Reaktion zu einer zufriedenstellenden zementartigen
Produktzusammensetzung, obwohl den Komponenten eine sehr viel kürzere Reaktionszeit als bei herkömmlichen
Zementherstellungsverfahren zur Verfügung steht. Die
reaktiven Materialien werden über Kopf abgenommen und verlassen den Feuerraum 22 des Kessels im Essengasstrom,
nach dem sie von den Ecken der Brennkammer
des Feuerraums 22 eingeblasen worden sind, wie in
Figur 2 dargestellt. Figur 2 zeigt eine verwirbelte
Flamme 38 (Foiling flame) in der die gewünschte zementartige Flugasche erzeugt wird. Der Hauptanteil der
reaktiven Flugasche wird aus dem Feuerraum 22 durch
den Essengasstrom ausgetragen. Die reaktive Flugasche
verläßt den Kessel und wird in eine Trennvorrichtung
wie eine Zyklontrennvorrichtung 26 eingespeist, wo größere Teilchen, nämlich solche mit einer Größe von
über etwa 0,149 mm und vorzugsweise weniger als 0,297 mm
(50 mesh), abgezogen und entweder zurückgeführt oder
verworfen werden. Die feinerteiligen Reaktionsprodukte
werden in einen elektrostatischen Niederschlagsapparat 28 eingespeist, wo die feinen Teilchen aus reaktiver
Flugasche gesammelt und aus den Essengasen entfernt werden. Die gesammelte reaktive Flugasche wird aus
dem Niederschlagsapparat durch Leitung 30 abgezogen und kann je nach Stellung der Strömungsregulierungsvorrichtung
35 über Leitung 32 zur Trennvorrichtung 26 zurückgeführt oder über Leitung 34 abgezogen und
abgesackt oder zur Lagerung in Silos weitertransportiert
werden. Gewöhnlich wird eine zusätzliche Verfahrensstufe
entweder vor oder nach der Lagerung eingeschoben,
wenn Zement hergestellt wird. Um beispielsweise das gewünschte hydraulische reaktive Material herzustellen,
kann es erforderlich sein, das reaktive Flugascheprodukt mit einer untergeordneten Menge Gips zu vermischen.
Die Bezeichnung "Gips" soll hier alle Mineralformen von Caliumsulfat, einschließlich Anhydrit bedeuten.
Der Gips kann vor der Kombination mit dem reaktiven Flugascheprodukt auf die gewünschte Feinheit gemahlen
werden oder beide können zusammen gemahlen werden. Das resultierende feine Pulver ist eine Zementzusammensetzung,
die zu geeigneten Lagersilos transportiert werden kann.
Die Essengase, aus denen die Teilchen entfernt worden
sind, treten aus dem Niederschlagsapparat 28 durch eine Leitung 36 aus und werden die Atmosphäre abgegeben.
Eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von Zementen für allgemeine und Spezialzwecke sind in verschiedenen
Veröffentlichungen, z.B. in den zuvor genannten US-PS 3 437 3129, US-PS 2 871 113, US-PS 1 916 716 und US-PS
864 068 beschrieben. Verfahren zur Herstellung von Zement sind auch in der GB-PS 28 970 und der GB-PS
1 438 und in den Artikeln gemäß Tabelle III beschrieben. 25
Eine weitere überraschende Eigenschaft der Erfindung ist die Flexibilität, die sie gestattet. Da die Reaktionsgeschwindigkeit
so schnell ist, daß es möglich ist, die herzustellenden Zusammensetzungen schnell
zu variieren, ist es möglich, reaktive Flugascheprodukte
in Abhängigkeit von dem gewünschten herzustellenden Zementtyp schnell zu verändern. Dies ist ein großer
Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, wo die Veränderung der Zementzusammensetzung viele Stunden des
Durchsatzes durch den Brennofen erforderte, so daß
eine große Menge eines Zwischenprodukts erzeugt wurde, was die ordnungsgemäße Formulierung des gewünschten
Zementendproduktes komplizierte. Das Verhältnis der Reaktanten zueinander kann verändert v/erden, um die
gewünschte chemische Formulierung des Reaktionsproduktes zu erhalten, z.B. um ein puzzolanisch reaktives Material
oder ein zementartiges Material zu bilden. Dementsprechend ist es ein großer erfindungsgemäßer Vorteil,
daß schnelle Veränderungen erzielbar sind.
Wie beispielsweise in Figur 3 dargestellt, können die Rohmaterialien und die Kohle in einen Kessel B,
gegeben werden, um einen Zementklinker 41 herzustellen. Die Kohle kann allein in den Kessel B„ gegeben werden
oder die Kohle und ein verschiedener Anteil Rohmaterialien oder sogar verschiedene Rohmaterialien, die
dann in den Kessel B, eingespeist werden, können zum Kessel B2 geleitet werden, um eine Flugasche 43 mit
einer vom Zementklinker 41 abweichenden Zusammensetzung zu erzeugen. Die Endprodukte können dann beispielsweise
in einer Hochgeschwindigkeitsmühle oder -mischer 45 vermischt werden, um einen fertigen Klinker 47 mit
den gewünschten Endeigenschaften und der gewünschten
Endzusammensetzung des zementartigen Produkts zu erzeu-
25 gen.
Zusätzlich zu einem für die Herstellung von feinteiligem hydraulisch reaktivem Material geeigneten Verfahren
verringert die Erfindung überraschenderweise die Schwe-
30 felverunreinigungsemissionen in den Essengasen ohne das Erfordernis von Kalksteinwäschern. Es wurde überraschend
gefunden, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine 55 %ige Verringerung der S02-Emissionen bei einem
stöchiometrischen Einsatzmaterialverhältnis von CaO
35 zu SO2 von annähernd 2,9 oder weniger liefert, während
aus dem Stand der Technik bekannt ist, daß stöchiometrische Verhältnisse von 3 bis 4 erforderlich sind,
um eine etwa 4 0 %ige Verringerung der S02-Emission zu erreichen.
5
5
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens Zement in drei Stufen gebildet wird, die von der Flammentemperatur und dem Temperatur-Zeit-Profil
für die Bildung abhängen. Die in diesen Stufen erzeugten Produkte haben unterschiedliche Eigenschaften.
Stufe 1 ist gekennzeichnet durch die Produktion von
Quartzit-Flugasche mit einem spezifischen Gewicht
2
von etwa 2,5 bis 2,7 g/cm und insbesondere von etwa 2,6 bis etwa 2,65. Diese Stufe ist durch eine hohe puzzolanische Aktivität gekennzeichnet, wenn die Flugasche allein gemäß ASTM C109 getestet wird.
von etwa 2,5 bis 2,7 g/cm und insbesondere von etwa 2,6 bis etwa 2,65. Diese Stufe ist durch eine hohe puzzolanische Aktivität gekennzeichnet, wenn die Flugasche allein gemäß ASTM C109 getestet wird.
Stufe 2 ergibt Gehlenit und Akermanit, die üblicherweise
als Melilithe bezeichnet werden. Die zweite Stufe ist gekennzeichnet durch Flugasche mit einem spezifischen
Gewicht im Bereich von etwa 2,8 bis etwa 2,9
2 und insbesondere etwa 2,8 bis etwa 2,85 g/cm . Die
Produkte dieser Stufe haben eine hohe pozzulanische Reaktivität in Gegenwart von Portlandzement und führen
zu einer großen Frühfestigkeit, wenn sie gemäß ASTM C109 getestet werden.
Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein hydraulisch
reaktives Flugascheprodukt erzeugt, das Portlandzement ohne Verlust an hoher Frühfestigkeit einverleibt werden
kann.
Stufe 3 erzeugt Calciumsilikate und Calciumaluminate oder C4A3S des Typs, der in Portlandzement enthalten
ist. Diese Stufe kann durch Flugasche mit einem spezi-
2 fischen Gewicht über 2,85 g/cm nachgewiesen werden,
wobei das Material allein oder in Gegenwart von Portlandzement hydraulisch ist.
5
5
Spezieller ausgedrückt, scheint es, daß die Kinetik der physikalischen und chemischen Reaktionen beim
erfindungsgemäßen Verfahren anscheinend in vorteilhafter
Weise von zwei Kriterien beeinflußt werden: 10
1. Die Reaktanten sind physikalisch getrennt, wenngleich sie sich in unmittelbarer Nähe zueinander in dem
Gasstrom befinden, bis die Kohle zu verbrennen beginnt. Die Asche schmilzt schnell beim Ansteigen
15 der Flammentemperatur und führt zu Tröpfchen aus
geschmolzener Asche. Diese Tröpfchen sind mit Teilchen aus CaO und CaCO3 imprägniert, die durch explosive
Verknisterung und Calcinierung von Kalkstein in der Flamme erzeugt werden. Dies erzeugt viele
20 potentielle Fest/Flüssig-Grenzflächenstellen für
das Fortschreiten chemischer Reaktionen.
2. In Abhängigkeit von der Flammentemperatur und dem Temperatur-Zeit-Profil werden zunächst Mischungen
von aktivem SiO3 und weichgebranntem CaO gebildet,
die bei längerer Aussetzung zur Erzeugung von MeIilithverbindungen
an den Wechselwirkungsstellen führen und schließlich in Abhängigkeit vom Schwefeloxidgehalt
des Gasstroms Verbindungen vom C.A-Js-Typ
30 (S = SO3)' zusammen mit Kalkaluminoferriten bilden.
Der Prozeß in Stufe 1 kann gekennzeichnet werden durch:
A. Die Erzeugung von Quartzit durch Hitzebehandlung 35 der Asche und jeglicher Kieseladditive.
B. Calcinierung des Kalksteins unter Erzeugung eines weichgebrannten und hochreaktiven Löschkalks (CaO).
C. Kombination von jeglichen vorhandenen Schwefeloxiden
mit CaO unter Bildung von Calciumsulfaten, wenn eine oxidierende Atmosphäre zur Verfügung steht.
D. Erzeugung von Kalkaluminaten und festen Lösungen der Kalk-Aluminiumoxid-Ferrit-Reihe in Abhängigkeit
von den in der Asche und den Additiven vorhandenen Mengen an Aluminiumoxid und Eisenoxiden. Diese
Verbindungen treten als Gläser auf.
Der Prozeß in Stufe 2 kann gekennzeichnet werden durch: 15
A. Die Erzeugung von geschmolzenen Tröpfchen aus Flugasche.
B. Die explosive Verknisterung des Kalksteins aufgrund des äußerst scharfen Temperaturgradienten in der
Flamme und die Erzeugung von CaO durch die Kalksteincalcinierung.
C. Die Imprägnierung der Tröpfchen aus geschmolzener Asche durch Bruchstücke von Kalk und Kalkstein,
die zu vielen potentiellen chemischen Fest/Flüssig-Grenzflächenstellen
führt.
D. Die Erzeugung von Gehlenit (C3AS) und Akermanit
30 (CpMSp) [aus jeglichem im Kalkstein vorhandenen
Magnesiumoxid (M = MgO)] und festen Lösungen diesen Verbindungen, die Melilithe genannt werden. Diese
festen Lösungen sind Gläser.
E. Die Erzeugung von Kalkaluminoferritglasern in den
C4AF-CgA2F-Reihen.
Der Prozeß in Stufe 3 kann gekennzeichnet werden durch: 5
A. Alle die in den Stufen 1 und 2 angegebenen Stufen.
B. Einen anschließenden fortschreitenden Zusammenbruch
der Melilith-Serien mit zunehmender Temperatur und
den Ersatz von diesen durch C-S, C3S oder C4A3Is
in Abhängigkeit von der in dem Gasstrom vorhandenen Menge an Schwefeloxiden.
C. Die Zersetzung von intermediär gebildetem Calciumsul-15
fat zu Gunsten der Erzeugung von C4A3S.
Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
anhand eines Vergleichs der erfindungsgemäß erreichten SO2~Verringerung mit der bei in einem kommerziellen
kohlebefeuerten Kessel durchgeführten Tests erreichten SOp-Verringerung demonstriert.
Bei diesen Versuchen wurde gemahlener Kalk getrennt in einen Testkessel injiziert. Der gesamte verwendete
Kalk wurde gemahlen, so daß 100 % ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm passierten. Die
30 Feuerräume wurden bei 982°C betrieben und die Anordnung der Injektionsstellen für den Kalk wurde variiert.
Eine maximale SO2-Verringerung von 16 % wurde bei
einem stöchiometrischen Verhältnis von 1,2 (1,0 kg CaO je kg SO-) erreicht. Die Ergebnisse dieser Tests
sind in Tabelle VI zusammengestellt.
Tabelle | VI | Injektions stellen κ |
|
Kommerzieller | Kesseltest, | 2. März 1979 | I |
Stöchiometrisches Einsatzprodukt- Verhältnis von Kalk zu SO2 |
Kg CaO/kg SO2 |
% S02-Verringerung | I |
0,6 | 0,53 | 0 | I |
0,9 | 0,79 | 10,7 | II |
1,2 | 1,05 | 9,1 | III |
1,2 | 1,05 | 16,9 | II |
1,2 | 1,05 | 6,1 | |
0,9 | 0.79 | 7,9 | |
* Die Konfigurationen I, II und III stellen drei verschiedene Anordnungen der Injektionsstellen bezüglich
des Inneren eines Kessels mit grundsätzlich quadratischem Querschnitt dar. Bei Konfiguration I waren
zwei der Injektionsstellen für den Kalk an der Vorderwand im Abstand zur Ecke und zwei Seitenstellen so
angeordnet, daß auf jeder Seitenwand eine Injektionsstelle vorhanden war. In Konfiguration II waren
die beiden Injektionsstellen an der Ecke der Vorderhand
angeordnet, wo sich die Vorderwand und die Seitenwände treffen, während zwei Injektionsstellen
wie in Konfiguration I angeordnet waren. In Konfiguration III waren die vier Injektionsstellen jeweils
zu zweit in Nachbarschaft zueinander an jeder Seitenwand angeordnet.
Bei weiteren in dem kommerziellen Kessel durchgeführten
Versuchen wurden verschiedene Verfahren der Zugabe des Kalks und der Kalksteininjektion zur Verringerung
der SO--Emissionen untersucht. Der folgende Test ergab
keine meßbare SO2-Verringerung: Kalkstein wurde mit
Lignit bei 121,1 bis 149°C im Brennerbrennstoffellenbogenstück gemischt und in die Verbrennungszone injiziert.
Die Feuerraumtemperaturen betrugen 982 bis 12600C,
wobei der Überschuß an Luft annähernd 20 % betrug. Es wurden zwei Tests durchgeführt, einer über 1 1/2 Stunden
und der andere über 6 Stunden. Keiner dieser Tests ergab eine meßbare Verringerung der SO^-Gehalte.
Weitere Tests wurden am Department of Energy's Lignite Research Facility in Grand Forks, North Dakota mit
dem CaO enthaltendem Material durchgeführt, das
direkt in den Kessel injiziert wurde, wie in Tabelle VII wiedergegeben. Diese Tests zeigten, daß die Wirksamkeit
unabhängig davon war, ob der Kalkstein eine Teilchengröße von 0,149 mm oder 0,074 mm besaß. Es ergab sich,
daß der optimale Temperaturbereich zwischen 982 und 1316°C lag.
D.O.E. Grand Forks, N.D.
CaO-Typ
Stöchiometrisches
Verhältnis
von Kalk:SO,
Verhältnis
von Kalk:SO,
kg CaO je kg SO2
% SOg-Verringerung
Teilchengröße des Kalks (mm)
Temperatur
Texas-Kalkstein 1,0 0,875
Dolomit 1,0 0,875
Texas-Kalk 0,5 0,44
Texas-Kalk 2,0 1,75
Texas-Kalk 1,0 0,875
Texas-Kalkstein 1,0 0,875
Kanada-Kalkstein 1,0 0,875
Dolomit 1,0 0,875
Texas-Kalk 1,0 0,875
Texas-Kalk 1,0 0,875
Kanada-Kalkstein 1,0 0,875
Texas-Kalk 1,0* 0,875
Texas-Kalk 2,0* 1,75
Texas-Kalk 1,0 0,875
24 18 20 35 25 32 30 28 36 31 30 24 37 15
Das stöchiometrische Verhältnis stieg von 1 auf 2,0.
-0,149 -0,149 -0,149 -0,149 -0,149 -0,149 -0,149 -0,149 -0,074 -0,149
-0,074 -0,074 -0,074 -0,074
annähernd 1316 C
annähernd 13160C
annähernd 13160C
annähernd 13160C
9820C
9820C
9820C
9820C
9820C
9820C
9820C
9820C
9820C
6490C
CO .£- CD OO
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde getestet, indem
Kalkstein mit einer Teilchengröße von -0,074 mm vermischt wurde, das bedeutet, 70 % passierten ein Sieb
mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm. Die Kohle und der Kalkstein wurden vermascht und durch eine
übliche Öffnung in den Brenner injiziert. Die Feuerraumtemperatur betrug ungefähr 1343 bis 1371 C. Die
überschüssige in den Freiraum eingespeiste Sauerstoffmenge betrug etwa 5 %. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichte. Verringerung der S02-Emissionen
ist in Tabelle VIII wiedergegeben.
überschüssige in den Freiraum eingespeiste Sauerstoffmenge betrug etwa 5 %. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichte. Verringerung der S02-Emissionen
ist in Tabelle VIII wiedergegeben.
Tabelle VIII
Tests gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren
Tests gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren
Stöchiometrisches Verhältnis von CaO/SO9
kg CaO/kg SO2 % SO2~Verringerung
1,02 | 0,90 | 12 |
0,86 | 0,75 | 12 |
0,61 | 0,53 | 12 |
1,21 | 1,06 | 19 |
0,90 | 0,79 | 23 |
1,12 | 0,98 | 24 |
1,39 | 1,22 | 25 |
0,99 | 0,87 | 27 |
1,81 | 1,58 | 27 |
1,81 | 1,58 | 28 |
1,42 | 1,24 | 30 |
2,51 | 2,20 | 38 |
2,03 | 1,78 | 40 |
2,33 | 2,04 | 40 |
3,27 | 2,86 | 43,5 |
2,01 | 1,76 | 45 |
3,00 | 2,63 | 47 |
3?00 | 2,63 | 52 |
Beispiel 2
Dieses Beispiel demonstriert die Unterschiede zwischen den Stufe 1 und den Stufe 2 Produkten. Die Festigkeit
einer Kontroll-Portlandzementzusammensetzung wurde mit der Festigkeit einer Flugasche-Zement-Mischung
verglichen. In Tabelle IX besteht die Flugasche-Zement-Mischung aus 40 % Flugasche und 60 % Zement. In Tabelle X bestand die Mischung aus reaktiver Flugasche
10 und Zement aus 25 % Flugasche und 75 % Zement. In
Tabelle IX ist das Festigkeitsverhältnis von Kontrollprodukt zu dem 40 % Flugascheprodukt gegenüber dem
Gesamtprozentsatz an Silikaten in dem Zement auf einer berechneten Grundlage angegeben. Es ist ersichtlich,
15 daß die Frühfestigkeit von Stufe 1 Produkten durch
den Prozentsatz von anwesenden Silikaten stark beeinflußt wird, während die vergleichbaren Festigkeiten
von Stufe 2 Produkten verhältnismäßig unabhängig von der Silikatkonzentration nach 3 und 7 Tagen sind und
20 einen optimalen Bereich an Silikaten von etwa 55 bis
etwa 62 % zeigen. Die Daten in Tabelle X spiegeln ein entsprechendes Phänomen wieder.
Die Daten in den Tabellen IX oder X erlauben auch einen Vergleich der durch Aluminiumoxid- und Silikatgehalte
beeinflußten Festigkeiten. Der Vergleich der Festigkeitsverhältnisse in Abhängigkeit vom Prozentgehalt
Aluminiumoxid und Siliciumdioxid zeigt, daß das Stufe 1 Produkt stark von den Prozentgehalten an Aluminiumoxid
und Silikaten abhängig ist. Demgegenüber ist das Stufe 2 Produkt verhältnismäßig unabhängig
von dem Prozentgehalt an Aluminiumoxid oder Silikaten und führt dadurch zu einem konsistenteren Zement,
der einen weiteren Bereich von Qualitätskontrollmöglichkeiten eröffnet. Alle Festigkeitstests wurden gemäß
ASTM C-109 durchgeführt.
Die Flugaschezusammensetzungen in den Tabellen IX und X wurden hergestellt durch gemeinsame Vermahlung
von Kohle und Additven wie Kalkstein auf -0,149 mm (-100 mesh) und im wesentlichen die gesamte Mischung
wurde auf -0,044 mm (-325 mesh) gemahlen. Die gemahlene Mischung aus Kohle und Additiven wurde dann in einem
Luftstrom mit einem Anteil von überschüssiger Luft in den Kessel geblasen. Die Flugasche in Tabelle IX
wurde in einem kleinen thermischen Reaktor hergestellt, der bei etwa 1316 C bei einer Verweilzeit von etwa
1 Sekunde betrieben wurde.
Die Flugasche in Tabelle X wurde in einem kommerziellen Kessel mit einer Dampfkapazität von 22 700 kg/h unter
Verwendung eines Überschusses an Sauerstoff von über etwa 5% hergestellt. Die gemeinsam vermahlene Brennstoff-Additiv-Mischung
wurde in die Brennkammer des Kessels durch Öffnungen eingespeist, die an der Vorderwand angeordnet
waren.
Die Temperatur der Verbrennungszone lag im Bereich von etwa 1260 bis etwa 1399 C an der Vorderseite des
Feuerraumes und im Bereich von etwa 10660C bis 12600C
im rückwärtigen Bereich des Feuerraumes. Die Verweilzeit
25 im Feuerraum betrug etwa 2,4 Sekunden.
In Tabelle XI ist eine detaillierte Analyse der Kontroll- und Flugaschezusammensetzungen wiedergegeben,
die zur Formulierung der untersuchten Mischungen verwendet wurden. Die unter den numerierten Proben angegebene
Analyse ist beispielsweise eine Analyse der verwendeten Flugasche und nicht der Mischung aus Flugasche und
Zement.
In Tabelle XII sind die Festigkeitsverhältnisse wiedergegeben, die mit einer 34 % Flugasche-66 % Zement-Mi-
schung erhalten wurden, wobei die Flugasche nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden
war. Die Flugaschezusammensetzung war bei jeder Mischung die gleiche. Ein Vergleich der Tabellen IX und X und
XI zeigt die hohen Frühfestigkeiten der Zementmischungen, die mit der erfindungsgemäß hergestellten Flugaschezusammensetzung
hergestellt worden waren, im Vergleich zu herkömmlichen Flugasche-Zement-Mischungen.
Frühfestigkeiten für reaktive Flugasche-Zement-Mischungen
für Stufe I Ufid II Produkte
für Stufe I Ufid II Produkte
..Kontrolle 1
-325M1 | 90,4 | 87,1 | 91,1 | 93,2 | 92 | 2,85 | 130 | 93,2 | 95,2 | 85,2 | 98,1 | 97,9 |
Blaine | 3471 | 6019 | 5622 | 4016 | 3886 | 221 | 4232 | 4983 | 6436 | 4309 | 4552 | |
Sp.Grav.2 | 2,6 | 2,58 | 2,68 | 2,64 | 299 | 2,84 | 2,86 | 2,8 | 2,84 | |||
Fluß 46% | 99 | 108 | 134 | 122 | 492 | 134 | 108 | 138 | 140 | |||
3 Day Str. | *246 | 276 | 213 | 192 | 0,97 | 238 | 243 | 258 | 258 | 257 | ||
7 Day Str. | *332 | 386 | 283 | 254 | 0,94 | 313 | 302 | 316 | 330 | 318 | ||
28 Day Str. | *412 | 503 | 406 | 420 | 1,07 | 439 | 406 | 408 | 517 | 520 | ||
3 D-Ver hältnis |
1,12 | 0,86 | 0,78 | 0,90 | 42,87 | 0,99 | 1,02 | 1,05 | 1,04 | |||
7 D-Ver hältnis** |
1,16 | 0,85 | 0,76 | 0,90 | 12,60 | 0,91 | 0,95 | 0,99 | 0,96 | |||
28 D-Ver hältnis** |
1,22 | 0,98 | 1,02 | 1,19 | 0,98 | 0,99 | 1,25 | 1,26 | ||||
Gesamt- - Silikate13 |
65,60 | 46,00 | 36,78 | 44,02 | 66,44 | 83,69 | 54,93 | 60,78 | ||||
Al2O3 4 | 8,93 | 13,60 | 14,21 | 15,84 | 8,92 | 4,63 | 12,61 | 10,90 |
"' Diese Spalte gibt die Prozente des reaktiven Flugascheprodukts (außer Kontrolle) an, die ein Sieb mit einer
lichten Maschenweite von 0,044 mm (325 mesh) passierten.
2
Spezifisches Gewicht in g/cm co
χ 2 "^
Festigkeit nach der angegebenen Zahl von Tagen in kg pro cm - CD
XX ι
3 D-, 7 D- und 28 D-Verhältnisse geben das Stärkeverhältnis von Testzusammensetzung zu Kontrol1 zusammen- ^
setzung nach 3, 7 und 28 Tagen wieder.
Gesamtsilikate bedeuten die gesamten berechneten Silikate.
Berechnete Gew.% Al? O3*
Berechnete Gew.% Al? O3*
Frühfestigkeitsdaten für reaktive Flugasche bei
25% Flugasche - 75% Kontrollmischung
25% Flugasche - 75% Kontrollmischung
Kontrolle 10
12
13
14
18
19
20
21
22
23
24
-325M
Blaine
Blaine
Sp.Grav.'
87 3264
88,8 90,4 90,3 90,6 91,6 89,6 90,9 90,8 90,1 90,7 91, 90,8 90,2 91,2
5092 3753
4229 4676 4278 4163
2,66 2,57 2,68 2,68 2,57 2,56 2,62 2,77 2,76 2,72 2,77 2,8 2,94 2,82
3 Day Str. 224 7 Day Str.* 285 28 Day Str. 404
176 238
162 197 187 192 156 153 189 190 205 201 207 200
166
222 170 240 237 193 202 261 262 267 258 276 269 272
314 319 354 337 350
366 371 375 424 376 373
hältnis | 0,79 |
hältnis | 0,84 |
28 D-Ver.5: hältnis |
0,78 |
Gesamt- 3 Silikate |
37,62 |
Gesamt- A12°3 |
10,49 |
0,72 0,88 0,84 0,86 0,70 0,68 0,85 0,85 0,92 0,90 0,93 0,89 0,74 0,87
0,78 0,60 0,84 0,83 0,68 0,71 0,92 0,92 0,94 0,91 0,97 0,94 0,95 0,90
0,79 0,88 0,83 0,87 0 0 0,88 0,91 0,92 0,93 1,05 0,93 0,92 0,90
28,16 32,71 38,799 26,18 15,06 30,62 46,41 42,46 37,87 42,61 26,02 31,79 37,79 33,52
14,46 11,93 15,80 18,91 21,02 15,16 10,45 11,32 13,05 12,63 17,60 16,92 12,76 13,06
X Diese Spalte gibt die Prozente des reaktiven Flugascheprodukts (außer Kontrolle) an, die ein Sieb mit einer
lichten Maschenweite von 0,044 mm (325 mesh) passierten.
lichten Maschenweite von 0,044 mm (325 mesh) passierten.
2
Spezifisches Gewicht in g/cm
*
Festigkeit nach der angegebenen Zahl von Tagen in kg pro cm
3 D-, 7 D- und 28 D-Verhältnisse geben das Stärkeverhältnis von Testzusammensetzung zu Kontrollzusammensetzung
nach 3, 7 und 28 Tagen wieder. 3
Gesamtsilikate bedeuten die gesamten berechneten Silikate. 4
Berechnete Gew.% Al0O0.
90,7
4740
2,72
195
255
363
Vollständige Analyse von in den Beispielen gemäß den
Tabellen IX and X verwendeten Flugaschen
Tabellen IX and X verwendeten Flugaschen
Tabelle IX
Zement
Beispiele Kontrolle
Zement
Beispiele Kontrolle
SiO2 | 21,2 | 20,64 | 18,06 | 31,28 | 37,5 | 17,76 | 17,48 | 9,92 | 29,46 | 24,8 |
A12°3 | 4,8 | 8 | 11,9 | 13,7 | 14,9 | 12,4 | 8,45 | 4,2 | 12 | 10,35 |
F«2°3 | 3,1 | 2,96 | 6,47 | 4,47 | 5,39 | 7,6 | 2,67 | 1,17 | 4,11 | 3,53 |
CaO | 65,3 | 52,33 | 44,08 | 28,36 | 30,38 | 47,54 | 60,27 | 73,34 | 44,01 | 51,21 |
MgO | ,8 | 1,25 | 1,21 | 1,95 | 2,4 | 1,14 | 1,31 | ,79 | 1,86 | 1,53 |
S03 | 2,9 | 3,71 | 4,08 | 15,78 | 2,8 | 9,86 | 3,81 | ,95 | 2,97 | 2,91 |
Na2O | 0 | ,22 | 1,34 | ,33 | ,29 | 1,7 | ,34 | ,16 | ,24 | ,23 |
K2O | ,44 | 0,49 | ,36 | ,55 | ,4 | ,41 | ,38 | ,28 | ,48 | ,42 |
L.O.I. | ,8 | 9,13 | 7,6 | 3,43 | 2,17 | 3,22 | 2,63 | 6,33 | 1 | ,86 |
Gesamt 99,34 98,73 95,10 99,85 96,23 0,63 97,34 97,14 96,13 95,84
CO 4>CD OO
Beispiele | Tabelle X Zement Kontrolle |
10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 25 | 21 | 22 | 23 |
SiO2 | 21,2 | 18,06 | 25,94 | 24,46 | 31,04 | 34,74 | 31,04 | 26,9 | 18,8 | 18,22 | 24,94 | 11,62 | 24,84 | 23,76 | 19,84 | |
A12°3 | 4,8 | 8,75 | 13,33 | 10,64 | 15,28 | 17,85 | 19,04 | 14,05 | 9,47 | 10,37 | 11,72 | 10 | 16,5 | 16,32 | 12,17 | |
Fe 0 | 3,1 | 14,55 | 15,65 | 17,25 | 8 | 11,1 | 12,15 | 13,85 | 9,85 | 10,05 | 11,6 | 36,88 | 11,1 | 8,55 | 10,45 | |
CaO | 65,3 | 32,85 | 27,52 | 28,31 | 34,49 | 23,34 | 18,32 | 29,52 | 42,3 | 41,3 | 32,48 | 2,45 | 30,68 | 36,84 | 39,95 | |
MgO | ,8 | 2,15 | 2 | ,82 | 1,38 | 1,37 | 6,70 | 2,75 | 2,95 | 3 | 2,45 | 5,3 | 2,2 | 2,5 | 2,75 | |
S03 | 2,9 | 6,29 | 6,18 | 6,02 | 5,6 | 4,85 | 2,21 | 4,55 | 6,47 | 7,96 | 5,73 | ,26 | 7,17 | 7,45 | 9,11 | |
Na2O | 0 | ,28 | ,33 | ,33- | ,27 | ,3 | ,32 | ,24 | ,25 | ,22 | ,26 | ,5 | ,33 | ,36 | ,27 | |
KO | ,44 | 0,47 | 1,25 | 1,32 | ,64 | ,83 | ,81 | ,8 | ,5 | ,5 | ,64 | 6,48 | ,91 | ,69 | ,86 | |
L.O.I. | ,8 | 14,20 | 7 | 10,23 | 2,45 | 5,29 | 7,9 | 6,38 | 8,34 | 8,64 | 9,9 | 5,88 | 3,3 | 3,51 |
Gesamt
99,34
97,60 99,20 99,38 99,15 99,67 98,49 99,04 98,93 100,26 99,72 98,49 99,61 99,77 98,91
Festigkeitstests für 34% Flugasche-66% Zement-Mischungen mit
Standard Flugasche
Beispiele Zusammen setzung |
Zement Kontrolle |
Flugasche | Beispiele Festigkeit |
Kontrolle | A | B | C | D |
SiO2 | 20,5 | 39,3 | 3 Tage | 2342 | 113 | 162 | 115 | 169 |
A12°3 | 5,2 | 21,0 | 7 Tage | 3130 | 167 | 200 | 167 | 230 |
2,7 | 5,01 | 28 Tage | 4227 | 274 | 311 | 269 | 325 | |
CaO | 64,9 | 21,98 | 3 D-Verhältnis | 0,68 | 0,98 | 0,70 | 1,02 | |
MgO | 1,0 | 3,44 | 7 D-Verhältnis | 0,76 | 0,91 | 0,76 | 1,05 | |
S03 | 3,0 | 1,10 | 28 D-Verhältnis | 0,92 | 1,05 | 0,90 | 1,09 | |
P2°5 | 0,08 | - | ||||||
TiO2 | 0,23 | 1,62 | ||||||
CiO2 | 0,01 | 0,01 | ||||||
MnO2 | 0,06 | 0,02 | ||||||
K2O | 0,57 | 0,57 |
O OO -J CD N)
- Leerseite -
Claims (32)
1. Verfahren zur thermischen Umsetzung von einem oder mehreren anorganischen Materialien bei einer
vorbestimmten Reaktionstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) eine Flamme in einer Verbrennungszone auf der vorbestimmten Reaktionstemperatur
hält, indem man ausreichende Mengen eines Fluidstroms in die Flamme einspeist, welcher
einen Kohlenwasserstoffbrennstoff und Sauerstoff enthält;
(b) die anorganischen Materialien auf eine bestimmte Teilchengröße zerkleinert, die für einen
Transport durch einen Gasstrom ausreicht;
und
(c) die zerkleinerten Teilchen der anorganischen
Verbindungen in innigem Kontakt mit dem Kohlenwasserstoff
brennstoff und dem Sauerstoff in dem Fluidstrom suspendiert und diesen Fluidstrom
in das Innere der Flamme einleitet, um dadurch die thermische Reaktion des teilchenförmigen
anorganischen Materials zu bewirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Material ausgewählt ist aus
Kalkmaterial, Kieselmaterialien, aluminiumhaltigen Materialien, eisenhaltigen Materialien, tonartigen
Materialien und Mischungen derselben.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoffbrennstoff ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Kohle, Koks, Brennöl und Kohlenwasserstoffgas.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige anorganische Material
und die zerkleinerte Kohle eine Teilchengröße von bis zu 0,149 mm (-100 mesh) besitzen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Reaktion ein pozzuolanartiges
reaktives Material bildet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das pozzuolanartige reaktive Material Quartzit
enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulisch reaktive Material Mellilithe
und andere C, A und S enthaltende Gläser enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Reaktion zu einer zementartigen
Zusammensetzung führt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zementartige Zusammensetzung ein Calciumsilikat
enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle Schwefel und die zementartige Zusammensetzung
Calcxumaluminiumsulfat enthalten.
11. Verfahren zur Herstellung hydraulisch reaktiver Materialien ausgewählt aus pozzuolanischen und
zementartigen Materialien und Mischungen derselben in einer Flamme in einer Verbrennungszone, welche
durch wirksame Mengen feingemahlener Kohle und eines Sauerstoff enthaltenden Gases auf einer
ausgewählten vorbestimmten Temperatur gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) die feingemahlene Kohle in vorbestimmten Mengen innig mit feingemahlenen anorganischen Reaktantenmaterialien
ausgewählt aus kalk-, ton-, kiesel-, aluminium- und eisenhaltigen Materialien und Mischungen derselben vermischt;
(b) diese innige Mischung in einem Strom eines Sauerstoff enthaltenden Gases suspendiert;
(c) den die innige Mischung enthaltenden Gasstrom in das Innere der Flamme einspeist und die
Kohle verbrennt, um die vorbestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten und die feingemahlenen
anorganischen Reaktantenmaterialien thermisch umzusetzen, um die reaktiven Materialien in
Teilchenform in den durch die Verbrennung gebildeten Gasen zu bilden; und
(d) diese durch die Verbrennung gebildeten' Gase und die teilchenförmigen reaktiven Materialien
aus der Verbrennungszone abführt, diese Materialien mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
abkühlt und das teilchenförmige reaktive Material sammelt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die feingemahlene Kohle oder der feingemahlene
Koks und die feingemahlenen anorganischen Reaktantenmaterialien
einen überwiegenden Teilchenanteil mit einer Größe von bis zu 0,149 mm (-100 mesh)
aufweisen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Reaktantenmaterialien einen
überwiegenden Anteil Teilchen mit einer Größe
von bis zu 0,074 mm (-200 mesh) aufweisen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur der Flamme mindestens
etwa 10930C beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur im Bereich von
etwa 1093 bis etwa 1649°C liegt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur im Bereich von
etwa 1316 bis 1538°C liegt.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Material ein pozzuolanisches
Material ist und die anorganischen Reaktantenmaterialien in der innigen Mischung in vorbestimmten
Mengen vorhanden sind, um die chemische Oxidanalyse der Kohleasche, wenn die Kohle zu Kohleasche verbrannt
ist, so zu modifizieren, daß die chemische Analyse der Kohleasche so modifiziert ist, daß
das pozzuolanische Material gebildet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Material ein zementartiges Material
ist und die anorganischen Reaktantenmaterialien in vorbestimmten Mengen in der innigen Mischung
vorhanden sind, um die chemische Oxidanalyse der Kohleasche, wenn die Kohle zu Kohleasche verbrannt
ist, so zu modifizieren, daß die chemische Analyse der Kohleasche so modifiziert ist, daß das zementartige
Material gebildet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle Schwefel enthält und ausreichend
Erdalkalimetallmaterial in Form des anorganischen Reaktantenmaterials zugeführt wird, um mit den
bei der Verbrennung der Kohle gebildeten Schwefeloxiden zu reagieren.
20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das reaktive Material ein zementartiges Material ist und die anorganischen Reaktantenmaterialxen
in der innigen Mischung mit der Kehle in Anteilen vorhanden sind, die notwendig sind, um die chemische
Oxidanalyse der Kohleasche, wenn die Kohle zu einer Kohleasche verbrannt ist, so zu modifizieren,
daß die chemische Analyse der Kohleasche so modifiziert ist, daß das zementartige Material gebildet
wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle Schwefel enthält und ausreichende
Mengen Erdalkalimetallmaterialien in dem anorganischen Reaktantenmaterial vorhanden sind, um
mit den beim Verbrennen der Kohle gebildeten Schwefeloxiden zu reagieren.
22. Verfahren zur Verringerung von schwefelhaltigen Verunreinigungen in Emissionsgasen eines Kohleverbrennungsofens,
bei dem eine Flamme in dem Ofen aufrechterhalten wird, indem ein kontinuierlicher
Strom von feingemahlener Kohle, die in einem Sauerstoff
enthaltenden Gas suspendiert ist, verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man mit der
feingemahlenen Kohle eine vorbestimmte Mischung eines Reaktantenmaterials ausgewählt aus kalk-,
aluminium-, kiesel- und eisenhaltigen Materialien in ausreichender Menge innig vermischt, um mit
Schwefel und durch die Verbrennung gebildete Verunreinigungen enthaltender Asche unter Bildung
eines festen Reaktionsproduktes zu reagieren, und die innige Mischung in dem Sauerstoff enthaltenden
Gasstrom, der in die Flamme eingespeist wird, suspendiert wird.
— 1 —
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das feingemahlene kalkhaltige Material Calciumcarbonat
enthält und daß das Verbrennen der feingemahlenen Kohle in der Flamme in Gegenwart des
feingemahlenen Calciumcarbonats die Bildung des
Schwefeloxids und die thermische Verknisterung des Calciumcarbonats zu einem Reaktionsprodukt
bewirkt, das mit den Schwefeloxiden unter Bildung des festen Reaktionsproduktes reagiert, welches
aus dem Ofen abgeführt und anschließend gesammelt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennen der feingemahlenen Kohle in
der Flamme in Gegenwart des feingemahlenen Reaktantenmaterials
zu einer thermisch stabilen Schwefelverbindung der Kalk-Aluminium-Sulfatreihe führt.
25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die innige Mischung überwiegend Teilchen mit
einer Größe von bis zu 0,149 mm (-100 mesh) aufweist.
26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die innige Mischung durch gemeinsames Vermählen
der Kohle und des Kalkmaterials hergestellt wird.
27. Vorrichtung zur Herstellung eines reaktiven Materials ausgewählt aus pozzuolanischen Materialien,
zementartigen Materialien und Mischungen derselben, gekennzeichnet durch:
(a) Eine Brennvorrichtung, die eine Düsenvorrichtung zur Einspeisung von teilchenförmigem Material
in einem Sauerstoff enthaltenden Gas in eine Flamme und Mittel zur Einleitung eines Sauerstoff
enthaltenden Gasstroms, der eine darin suspendierte, innige Mischung von feingemahlener
Kohle und einem anorganischen Reaktantenmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kalk-,
aluminium-, ton-, eisen- und kieselhaltigen Materialien und Mischungen derselben enthält,
in die Düsenvorrichtung aufweist;
(b) Mittel zur Abführung von expandierenden Gasen, die darin gebildetes suspendiertes teilchenfÖrmiges
reaktives Material enthalten, aus der Brennvorrichtung; und
(c) Mittel zum Sammeln der teilchenförmigen reaktiven
Materialien.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Herstellung und Einführung
der innigen Mischung eine Mahlanlage zur gemeinsamen Vermahlung der Kohle und des. anorganischen Reaktantenmaterials
und ein Gebläse zum Einblasen der fertigen gemeinsam vermahlenen Mischung in einem
Luftstrom in die Düsenvorrichtung umfassen.
29. Vorrichtung zur Herstellung eines reaktiven Materials ausgewählt aus pozzuolanischen Materialien, zementartigen
Materialien und Mischungen derselben gekennzeichnet durch:
(a) Eine Mahlvorrichtung zum Mahlen von Kohle und einem anorganischen Reaktantenmaterial
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kalk-, aluminium-, ton-, eisen- und kieselhaltigen
Materialien und Mischungen derselben;
(b) eine Gebläsevorrichtung zur Einbringung der feingemahlenen Kohle und des feingemahlenen
anorganischen Reaktantenmaterials aus der
Mahlvorrichtung in einen Sauerstoff enthaltenden Gasstrom;
(c) eine Brennvorrichtung mit einer Düsenvorrichtung zur Einspeisung teilchenförmigen Materials in
einem Sauerstoff enthaltenden Gas aus dem
Gebläse in eine in der Brennvorrichtung befindliche Flamme;
einem Sauerstoff enthaltenden Gas aus dem
Gebläse in eine in der Brennvorrichtung befindliche Flamme;
(d) Mittel zur Abführung expandierender Gase, die
darin gebildetes suspendiertes teilchenförmiges reaktives Material enthalten, aus der Brennvorrichtung;
darin gebildetes suspendiertes teilchenförmiges reaktives Material enthalten, aus der Brennvorrichtung;
(e) Mittel zur Trennung von suspendiertem teilchenförmigem
reaktivem Material aus den Mitteln zur Abführung expandierender Gase in eine grobe und
eine feine Fraktion mit vorbestimmter Teilchengröße;
(f) Mittel zur Abführung der groben Fraktion aus
den Mitteln zur Trennung;
den Mitteln zur Trennung;
(g) Mittel zur Abführung der feinen Fraktion aus
den Mitteln zur Trennung; und
den Mitteln zur Trennung; und
(h) Mittel zum Sammeln der feinen Fraktion der reaktiven Materialien.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Rückführung eines Teils oder
der gesamten groben Fraktion des reaktiven Materials aus den Mitteln zur Trennung zu der Mahlvorrichtung
aufweist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Rückführung eines Teils
oder der gesamten feinen Fraktion aus der Sammelvorrichtung in die Trennvorrichtung aufweist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Rückführung eines Teils
oder der gesamten feinen Fraktion aus der Sammelvorrichtung in die Trennvorrichtung aufweist.
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---|---|---|---|
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