WO2024061687A1 - Thermische behandlung von mineralischem material, insbesondere tonen, für die zementindustrie, insbesondere zur herstellung künstlicher puzzolane - Google Patents

Thermische behandlung von mineralischem material, insbesondere tonen, für die zementindustrie, insbesondere zur herstellung künstlicher puzzolane Download PDF

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WO2024061687A1
WO2024061687A1 PCT/EP2023/074966 EP2023074966W WO2024061687A1 WO 2024061687 A1 WO2024061687 A1 WO 2024061687A1 EP 2023074966 W EP2023074966 W EP 2023074966W WO 2024061687 A1 WO2024061687 A1 WO 2024061687A1
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calciner
preheater
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educt
flow divider
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PCT/EP2023/074966
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Guido Grund
Dirk Schefer
Melanie Flaßpöhler
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • F27D17/008—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases cleaning gases

Definitions

  • the invention relates to a method for the thermal treatment of mineral material, in particular clays, and a system for this, the material properties being used at the same time to reduce the air pollutants produced during production.
  • Clays and clay-like substances are now often used, for example, to produce artificial pozzolans, which are then used in cement production.
  • One reason for this is that when producing cement clinker, for example from limestone, CO2 escapes from the raw material.
  • switching to a different starting product, currently for example clay is an important step in order to avoid emissions that are harmful to the climate.
  • a disadvantage of clays is that they contain a number of substances with different compositions.
  • a substance that often comes out of the clay during the thermal treatment of clay when the material is preheated is ammonia. Since ammonia should not (and must not) be released into the atmosphere, exhaust gas treatment is carried out downstream, which treats the exhaust gas that comes from the preheater and removes pollutants such as ammonia and/or nitrogen oxides from the exhaust gas.
  • exhaust gas purification is now state of the art and can usually be found in practically every industrial plant that carries out material treatment at higher temperatures.
  • hydrocarbons and hydrocarbon-containing compounds Another pollutant that often escapes when clays are heated are hydrocarbons and hydrocarbon-containing compounds, summarized here and below for simplicity (and neglecting other heteroatoms) under C x H y , which also have to be removed from the exhaust gas.
  • a dry process for producing cement clinker using precalcination is known from EP 0 148 090 A2.
  • the object of the invention is to provide a method which enables the thermal treatment of mineral material, in particular clays, in the most energy-saving and thus environmentally friendly way possible.
  • the method according to the invention is used to produce thermally treated mineral material, in particular clays, for example and in particular to produce artificial pozzolans for use in the cement industry.
  • the production takes place in a calciner.
  • pollutants are released that should not be released into the environment. These are, for example and in particular, ammonia NH3 and hydrocarbons as well as compounds containing hydrocarbons.
  • pollutants are usually converted in an energy-intensive manner in an exhaust gas treatment downstream of the manufacturing device and are thus removed. However, this process is energy-intensive and therefore leads to further, avoidable CCh emissions. Therefore, the pollutants released when the clay is heated are thermally converted in the calciner.
  • the calciner is at the right temperature for the decomposition of pollutants. There is also an additional, very positive effect.
  • Ammonia usually comes out of the clay. Nitrogen oxides are formed during the combustion required to generate the temperature in the calciner. The nitrogen oxides from the combustion process synproportionate with the ammonia from the clay to form nitrogen and water. This creates a double benefit and the usual, energy-intensive downstream exhaust gas treatment can even be dispensed with.
  • the mineral material in particular the clay
  • the calciner without preheating.
  • Another important aspect of the invention is that the pollutants emerging from a clay, in particular ammonia and carbon compounds, have a high calorific value and these are converted directly in the calcination, which consumes a lot of heat, and the energy is thus released at the highest and best usable energy level. It has been found that with certain clays the amount of these thermally usable pollutants can be so high that an additional supply of fuel can be dispensed with, but in most cases the fuel supply can at least be reduced. Thus, by supplying the mineral material directly and not preheated, not only is no thermal energy withdrawn from the process, but ultimately it is actually increased. Without preheating in the sense of the invention is meant a heating in which heating takes place close to the treatment temperature and this can be associated with a release of pollutants.
  • the starting material is heated, but not over a temperature window of 70 °C to 120 °C (the maximum temperature varies depending on the drying method and the starting material used).
  • the emissions of pollutants according to the invention do not yet occur, or at least not to a significant extent, so that drying alone is not critical with regard to these emissions.
  • Without preheating therefore preferably means in the sense of the invention with a temperature of at most 120 ° C.
  • a mineral material is selected which releases ammonia and/or organic carbon compounds when heated.
  • the preheater is a cascade of two to six co-current heat exchangers with cyclone separators.
  • the mineral material, in particular the clay is fed into the warmest co-current heat exchanger adjacent to the calciner.
  • the calciner is operated at a comparatively high temperature, for example and in particular between 800 ° C and 1200 ° C. In this case, the temperature in this first part of the preheater is so high that the mineral material, in particular the clay, can be reliably decomposed when heated. This allows a balance to be achieved between heat recovery and effective pollutant minimization.
  • a second mineral raw material is introduced into the preheater, with a mineral raw material being selected as the second mineral raw material which emits no or only very small amounts of pollutants during heating.
  • Typical examples are limestone, slag, blast furnace slag, Waste cement stone or sand, which are used together with artificial pozzolans in mixtures in the cement industry, for example. This means that heat recovery can be achieved with the less critical educts and at the same time complex exhaust gas cleaning can be prevented.
  • a second part of the mineral material is fed into the preheater.
  • the second part is chosen so that the resulting emissions are within the legal requirements and thus exhaust gas aftertreatment is avoided.
  • At least part of the mineral material, in particular the clay is introduced into a preheater and preheated in the preheater and from there transferred to the calciner. Therefore, the pollutants already emerge from the mineral material, in particular the clay, in the preheater and are therefore in the gas stream coming from the preheater. Therefore, the gas coming from the preheater is at least partially fed into the calciner.
  • the gas stream coming from the preheater can be fed, for example, to a combustion chamber that is connected to the calciner.
  • the pollutants also reach the calciner as with the direct introduction of the mineral material, in particular the clay, and have the same positive effect, in particular on the nitrogen oxides generated during the combustion required to generate the temperature.
  • the gas coming from the preheater is fed into the calciner via a material cooler.
  • a combustion chamber can also be arranged between the material cooler and the calciner. As a result, the heat discharged by the product from the calciner is fed back into the process.
  • the gas coming from the preheater is fed to a dedusting device, which is designed, for example, as a fabric filter, ceramic filter or electrostatic precipitator, before being fed into a combustion chamber.
  • a dedusting device which is designed, for example, as a fabric filter, ceramic filter or electrostatic precipitator, before being fed into a combustion chamber.
  • At least one reactant is supplied to the gas coming from the preheater before the gas is supplied to the calciner.
  • the reactant can be used, for example, to convert sulfur compounds, in particular to convert them into sulfate.
  • Sulfate is a desired additive in the cement industry, meaning that sulfur impurities can be used profitably in this way.
  • the calciner has a temperature between 600 ° C and 1400 ° C, preferably between 600 ° C and 1200 ° C, more preferably between 750 ° C and 1050 ° C, particularly preferably between 800 ° C and 1000 °C operated.
  • a fuel is supplied to the calciner.
  • the fuel is selected from the group comprising solid fuel, in particular coal dust, natural gas, biogas, hydrogen, ammonia, synthesis gas, liquid fuel, in particular oil. These fuels are highly energetic and allow for good firing.
  • sulfur-containing compounds from the mineral material, in particular the clay are oxidized to sulfate in the calciner.
  • Sulfates are common additives in cement, so that in this way the sulfur can be bound to create value and provide added value for the finished product. At the same time, environmentally harmful emissions are avoided.
  • the invention relates to a device for the thermal treatment of mineral material, in particular clays.
  • the device has a calciner.
  • the device also has an educt feed. It is important that the educt feed introduces mineral material, especially clay, directly into the calciner without preheating. This causes the first heating of the mineral material, especially clay, only in the calciner. This in turn causes the pollutants, in particular ammonia, hydrocarbons and hydrocarbon compounds, to be released precisely in the calciner at the high temperature of the calciner. Hydrocarbons and hydrocarbon-containing compounds are burned directly, and ammonia is converted into nitrogen and water with the nitrogen oxides produced at these high temperatures. In this way, the pollutants are converted directly in the calciner.
  • the calciner is connected directly to an exhaust gas treatment or a fume hood without an intermediate preheater.
  • the material stream is completely brought into the calciner without preheating.
  • the exhaust gas flow can already be brought to the temperature of the gas outlet of the calciner, which makes the usually necessary reheating of the exhaust gas unnecessary.
  • the invention relates to a device for the thermal treatment of mineral material, in particular clays, the device having a calciner and a preheater.
  • a gas flow divider is arranged in the gas flow leaving the preheater.
  • the gas flow divider serves to divide the gas flow into a recirculation gas flow and an exhaust air flow.
  • the gas flow divider is connected to a return line.
  • the return line serves to receive the recirculation gas stream.
  • the return line is connected to the calciner or a combustion chamber or a material cooler. This uses two effects.
  • the energy can at least partially be fed back into the process by preheating the material to be thermally treated.
  • the pollutants are at least partially transferred to the calciner via the gas divider and can be converted there become. Since complete recirculation would lead to an enrichment of, for example, the CO2 coming from the firing, part of the gas stream must also be released into the environment as an exhaust air stream.
  • the return line has a dedusting device.
  • the dedusting device is connected to a dust return line.
  • the dust return line has two ends. One end is connected to the dedusting device, the other end is connected to the calciner or preheater.
  • This also includes an indirect connection, for example the connection between the calciner and the preheater or a material feed device to the preheater or calciner. This allows the dust to be fed into the product without overheating and therefore without deactivation, for example in the combustion chamber.
  • the educt feed has an educt flow division.
  • the educt flow division is connected to a first partial duct current line and a second partial duct current line.
  • the first partial duct current line is connected to the calciner and the second partial duct current line is connected to the preheater.
  • the device has a second educt feed, wherein the second educt feed is designed to feed a second mineral raw material.
  • the second educt feed is connected to the preheater and a second mineral raw material can be fed to the preheater via the second educt feed and the return of the thermal energy from the exhaust gas of the preheater can be further improved.
  • the second mineral raw material is, for example, limestone or sand, which releases no or very little pollutants when preheated can therefore be used to recover thermal energy in the preheater without any problems.
  • the device has at least one first temperature sensor.
  • the temperature sensor is arranged in the calciner or between the calciner and preheater.
  • the device further has at least one auxiliary combustion device.
  • the auxiliary combustion device serves in particular to compensate for temperature fluctuations and is therefore usually operated with a fuel that is easy to meter and has a constant calorific value, for example gas or pulverized coal.
  • the auxiliary combustion device is arranged on the combustion chamber, between the combustion chamber and the calciner or in the calciner.
  • the device has a first control device.
  • the first control device is connected to the first temperature sensor and the auxiliary combustion device.
  • the first control device is designed to control the auxiliary combustion device depending on the temperature detected by the first temperature sensor.
  • the device has at least a first NO x analyzer.
  • the NO x analyzer detects the NO x concentration using infrared spectroscopy in an extractive measurement.
  • the NO x analyzer is arranged in the calciner or between the calciner and preheater or in the preheater or after the preheater.
  • the device has at least one educt flow divider and/or at least one second educt feed and/or a gas flow divider.
  • the device has a first control device or a second control device. The first control device or the second control device is connected to the first NO x analyzer and/or at least a first temperature sensor and the educt flow divider and/or the gas flow divider.
  • the first control device or the second control device is designed to control the educt flow division and/or the gas flow divider depending on the NO x concentration detected by the first NO x analyzer, taking into account the prevailing temperatures. This makes it possible to easily adapt to a fluctuating composition of the starting material and thus to a fluctuating release of pollutants in the process.
  • the device has at least a first organic analyzer.
  • An organic analyzer can be, for example, a flame ionization detector for detecting the concentration of hydrocarbon and hydrocarbon-containing compounds.
  • the organic analyzer is arranged in the calciner or between the calciner and preheater or in the preheater or after the preheater.
  • the device has at least one educt flow divider and/or at least one second educt feed and/or a gas flow divider.
  • the device has a first control device or a second control device.
  • the first control device or the second control device is connected to the first organic analyzer and/or at least a first temperature sensor and the educt flow divider and/or the gas flow divider.
  • the first control device or the second control device is designed to control the educt flow division and/or the gas flow divider depending on the organic concentration detected by the first organic analyzer, taking into account the prevailing temperatures. This makes it possible to easily adapt to a fluctuating composition of the starting material and thus to a fluctuating release of pollutants in the process.
  • the device has at least a first NHs analyzer.
  • the NHs analyzer is arranged in the calciner or between the calciner and preheater or in the preheater or after the preheater.
  • the device has at least one educt flow divider and/or a gas flow divider.
  • the device has a first control device or a second control device.
  • the first control device or the second control device is connected to the first NHs analyzer and/or the temperature sensor and the educt flow divider and/or the gas flow divider.
  • the first control device or the second control device is designed to control the educt flow division and/or the gas flow divider depending on the NHs concentration detected by the first NH3 analyzer and/or the temperature level detected by the temperature sensor.
  • the aforementioned devices are particularly preferably designed to carry out the method according to the invention or the method according to the invention
  • the method can particularly preferably be carried out on one of the aforementioned devices.
  • the direct educt feed 30 into the calciner 10 is shown in FIG.
  • the device does not have a preheater.
  • the gas leaving the calciner 10 is released directly as exhaust air; the educt is not preheated and heat recovered in the preheater.
  • the product leaving the calciner 10 is cooled in a material cooler 20 and leaves the device via the product stream 40.
  • Gas, for example air, is fed to the material cooler 20 via the gas supply 50 and from there preheated to the calciner 10.
  • the calciner 10 has a combustion device which is either arranged in the calciner 10 or upstream of the calciner 10.
  • the nitrogen oxides produced during combustion there are reacted with the ammonia from the clay, so that no or only tolerable emissions are produced.
  • hydrocarbons and hydrocarbon-containing compounds that come from the clay are reliably burned to a sufficient extent.
  • the lack of heat recovery in a preheater is compensated for by the fact that no additional energy has to be used for exhaust gas
  • Fig. 2 shows a second, alternative embodiment.
  • the educt is fed 30 to the preheater 70 by transferring the heat from the gas coming from the calciner 10 to the educt.
  • this leads to the release of ammonia and/or hydrocarbons and hydrocarbon-containing compounds.
  • the gas flow is passed through a gas flow divider 80 after the preheater 70.
  • a partial stream is released as exhaust air 80,
  • a further partial stream is combined with the gas supply 50 and fed to the material cooler and thus fed to the calciner 10 via the material cooler 20.
  • the nitrogen oxides generated by combustion are then converted again by ammonia released from the clay and hydrocarbons and hydrocarbon-containing compounds are also burned.
  • the preheated material is moved from the preheater 70 into the calciner 10 and, after the thermal treatment in the calciner 10, into the material cooler 20 and leaves the device as a product stream 40.
  • the third embodiment shown in Fig. 3 represents a mixed form of the first embodiment and the second embodiment.
  • the educt feed 30 takes place to an educt stream division 90.
  • the educt stream is divided and a first partial educt stream line 31 leads an unpreheated partial stream of the educt directly into the calciner 10 and a second partial educt flow line 32 leads a partial flow of the educt into the preheater 70.
  • a part is only heated in the calciner 10, so that the substances released here, in particular ammonia as well as hydrocarbons and hydrocarbon-containing compounds, can be converted directly in the calciner 10.
  • the other partial stream can recover part of the heat of the gas stream from the calciner 10 in the preheater 70.
  • This third embodiment has the advantage that an adjustment can be made using two setting options (educt flow divider 90 and gas flow divider 80). This can be useful, for example, to compensate for fluctuating emissions caused by differences in sound.
  • the preheated material is fed from the preheater 70 into the calciner 10 and combined there with the first partial duct stream. After the thermal treatment in the calciner 10, the material is brought into the material cooler 20 and leaves the device as a product stream 40.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment, which differs from the third embodiment in particular in that this fourth embodiment has a control device 100 which is connected to three temperature sensors 110, wherein a temperature sensor 110 is arranged in the calciner 10, a temperature sensor between the calciner 10 and preheater 70 and a further temperature sensor 110 is arranged in the calciner.
  • a temperature sensor 110 is arranged in the calciner 10
  • a temperature sensor between the calciner 10 and preheater 70 and a further temperature sensor 110 is arranged in the calciner.
  • additional temperature sensors 110 can also be present.
  • the device has a NO x analyzer 120, which detects the NO x content in the exhaust gas of the preheater 70, and an NHs analyzer 122, which corresponds to the NHs content in the exhaust gas of the preheater 70.
  • the control device 100 can in particular depending on the NO x concentration detected by the NO x analyzer 120 and the NHs concentration detected by the NHs analyzer 122 carry out control of the educt flow division 90 and/or the gas flow divider 80. This allows, for example, more educt to be introduced directly into the calciner 10 when the NO x concentration increases or more educt to be introduced into the preheater 70 in order to recover more energy at low NO x concentrations. Likewise, at high NO X concentrations, the proportion of recirculation in the gas flow divider can be increased.
  • the fourth embodiment shows a separate combustion chamber 130 in which, for example and in particular, substitute fuels, for example biomass, can be burned.
  • the calciner 10 preferably has an auxiliary combustion device (not shown here), which is preferably also controlled via the control device 100. Temperature fluctuations resulting from fluctuations in the calorific value of the substitute fuel can be detected via the temperature sensors 110 and compensated accordingly via the auxiliary combustion device.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung thermisch behandelter Tone in einem Calcinator (10), wobei die bei der Erwärmung des Tones austretenden Schadstoffe im Calcinator (10) thermisch umgesetzt werden.

Description

Thermische Behandlung von mineralischem Material, insbesondere Tonen, für die Zementindustrie, insbesondere zur Herstellung künstlicher Puzzolane
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von mineralischem Material, insbesondere Tonen, und eine Anlage hierzu, wobei die Matenaleigenschaften gleichzeitig zu einer Reduktion der bei der Herstellung entstehenden Luftschadstoffe genutzt werden.
Tone und Tonartige Stoffe werden heutzutage oft verwendet, um beispielsweise künstliche Puzzolane herzustellen, die dann wiederum in der Zementherstellung verwendet werden. Ein Grund hierfür ist, dass beim Herstellen von Zementklinker, beispielsweise aus Kalkstein, aus dem Rohmaterial CO2 entweicht. Um die CO2- Emissionen zu reduzieren ist daher der Wechsel auf ein anderes Ausgangsprodukt, derzeit beispielsweise Ton, zur Vermeidung von klimaschädlichen Emissionen ein wichtiger Schritt.
Ein Nachteil bei Tonen ist, dass diese eine Reihe von Stoffen mit unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Ein Stoff, der bei der thermischen Behandlung von Tonen oftmals bei der Vorwärmung des Materials aus dem Ton austritt, ist Ammoniak. Da auch Ammoniak nicht an die Atmosphäre abgegeben werden soll (und darf), wird eine Abgasbehandlung nachgeschaltet, welches das Abgas, welches aus dem Vorwärmer kommt, nachbehandelt und Schadstoffe wie zum Beispiel Ammoniak und/oder Stickoxide aus dem Abgas entfernt. Eine derartige Abgasreinigung ist heute Stand der Technik und üblicherweise in praktisch jeder Industrieanlage zu finden, die mit höheren Temperaturen eine Matenalbehandlung vornimmt, arbeitet.
Ein weiterer Schadstoff, welcher bei der Erwärmung von Tonen oftmals austritt, sind Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-haltige Verbindungen, hier und im Folgenden zur Vereinfachung (und unter Vernachlässigung weiterer Heteroatome) zusammengefasst unter CxHy die ebenfalls aus dem Abgas entfernt werden müssen.
Aus der DE 10 2011 014 498 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes bekannt. Aus der US 9 458 059 B2 ist ein Herstellungsprozess für synthetische Puzzolane bekannt.
Aus der US 2102 / 145 042 A1 ist ein Verfahren zur Calcination und zur Herstellung künstlicher Puzzolane bekannt.
Aus der WO 2015 / 082 075 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines puzzolanen oder latent-hydraulischen Zementklinkersubstituts bekannt, welche von einer Vorwärmung und Trocknung des Ausgangsmaterials ausgeht.
Aus der DE 20 01 171 A1 ist ein Zusatzmittel für hydraulisch erhärtende anorganische Bindemittel bekannt.
Aus der EP 0 148 090 A2 ist ein trockenes Verfahren zur Herstellung von Zementklinker unter Anwendung der Vorkalzinierung bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches die thermische Behandlung von mineralischem Material, insbesondere Tonen, insgesamt möglichst energiesparend und damit umweltschonend ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung thermisch behandeltem mineralischen Material, insbesondere Tone, beispielsweise und insbesondere zur Herstellung künstlicher Puzzolane zur Verwendung in der Zementindustrie. Die Herstellung erfolgt in einem Calcinator. Bei der Erwärmung von Tonen treten Schadstoffe auf, die nicht an die Umwelt abgegeben werden sollten. Dieses sind beispielsweise und insbesondere Ammoniak NH3 und Kohlenwasserstoffe sowie Kohlenwasserstoff-Haltige- Verbindungen. Diese Schadstoffe werden üblicherweise energieaufwändig in einer der Herstellungsvorrichtung nachgelagerten Abgasaufbereitung umgesetzt und so entfernt. Dieser Prozess ist jedoch energieaufwändig und führt dadurch zu weiteren, vermeidbaren CCh-Emissionen. Daher werden die bei der Erwärmung des Tones austretenden Schadstoffe im Calcinator thermisch umgesetzt. Im Calcinator herrscht insbesondere die für die Zersetzung der Schadstoffe richtige Temperatur. Hinzu tritt ein zusätzlicher, sehr positiver Effekt auf. Aus dem Ton tritt üblicherweise Ammoniak aus. Bei der Verbrennung, die zur Erzeugung der Temperatur im Calcinator benötigt wird, entstehen Stickoxide. Die Stickoxide aus dem Verbrennungsprozess synproportionieren mit dem aus dem Ton stammenden Ammoniak zu Stickstoff und Wasser. Somit wird ein doppelter Nutzen erzeugt und es kann sogar auf die übliche und energieaufwände nachgelagerte Abgasbehandlung verzichtet werden.
Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Teil des mineralischen Materials, insbesondere des Tones direkt und ohne Vorwärmung in den Calcinator eingebracht. Dieses erscheint zunächst widersinnig, da dadurch im Unterschied zum Stand der Technik auf die Energierückgewinnung im Vorwärmer verzichtet wird. Betrachtet man jedoch den Gesamtprozess einschließlich der Abgasreinigung, so zeigt sich überraschend, dass ein Verzicht auf die Vorwärmung durch die bei der Abgasreinigung gesparte Energie mehr als kompensiert wird. Und wird dennoch eine nachgelagerte Abgasreinigung durchgeführt, so sind zum einen die dort erforderlichen Minderungsraten deutlich geringer. Zusätzlich tritt das Abgas zum anderen bereits mit höherer Temperatur ein, sodass auch hierfür der Energiebedarf sinkt.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass die aus einem Ton austretenden Schadstoffe, insbesondere Ammoniak und Kohlenstoffverbindungen einen hohen Heizwert aufweisen und diese so direkt in der stark Wärme verbrauchenden Calcination umgesetzt werden und so die Energie auf dem höchsten und besten nutzbaren Energieniveau freigesetzt werden. Es hat sich herausgestellt, dass bei gewissen Tonen die Menge dieser thermisch nutzbaren Schadstoffe so hoch sein kann, dass sogar auf eine zusätzliche Zuführung von Brennstoff verzichtet werden kann, die Brennstoffzufuhr aber zumeist wenigstens reduziert werden kann. Somit wird dem Prozess durch die direkte und nicht vorgewärmte Zufuhr des mineralischen Materials eben nicht nur keine thermische Energie entzogen, sondern letztendlich diese sogar erhöht. Ohne Vorwärmung im Sinne der Erfindung ist eine Erwärmung gemeint, bei der eine Erwärmung in die Nähe der Behandlungstemperatur erfolgt und damit eine Schadstofffreisetzung verbunden sein kann. Insbesondere Tone müssen jedoch vor der Verwendung getrocknet werden. Hierzu wird das Ausgangsmaterial zwar erwärmt, jedoch nicht über ein Temperaturfenster von 70 °C bis 120 °C (die maximale Temperatur schwank je nach Trocknungsmethode und verwendetem Ausgangsstoff). In diesem Temperaturfenster treten die erfindungsgemäßen Emissionen von Schadstoffen jedoch noch nicht oder wenigstens nicht im wesentlichen Umfang auf, sodass die Trocknung alleine bezüglich dieser Emissionen unkritisch ist. Ohne Vorwärmung heißt somit bevorzugt im Sinne der Erfindung mit einer Temperatur von höchstens 120 °C.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein mineralisches Material ausgewählt, welches beim Erwärmen Ammoniak und/oder organische Kohlenstoffverbindungen freisetzt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens ein Teil des mineralischen Materials, insbesondere des Tones, in einen dem Calcinator benachbarten Teil des Vorwärmers eingebracht und im Vorwärmer vorgewärmt und von dort in den Calcinator überführt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Vorwärmer um eine Kaskade aus zwei bis sechs Gleichstromwärmetauschern mit Zyklonabscheidern, in diesem Fall wird das mineralische Material, insbesondere der Ton, in den wärmsten, dem Calcinator benachbarten Gleichstromwärmetauscher eingegeben. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, wenn der Calcinator bei einer vergleichsweise hohen Temperatur, beispielsweise und insbesondere zwischen 800 °C und 1200 °C betrieben wird. In diesem Fall ist die Temperatur in diesem ersten Teil des Vorwärmers so hoch, dass die beim Erwärmen des mineralischen Materials, insbesondere des Tones, zuverlässig zersetzt werden können. Hierdurch kann eine Balance zwischen Wärmerückgewinnung und effektiver Schadstoffminimierung erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein zweiter mineralischer Rohstoff in den Vorwärmer aufgegeben, wobei als zweiter mineralischer Rohstoff ein mineralischer Rohstoff ausgewählt wird, der bei der Erwärmung keine oder nur sehr geringe Schadstoffmengen emittiert. Typische Beispiele sind Kalkstein, Schlacke, Hüttensand, Altzementstein oder Sand, welche zusammen beispielswiese mit künstlichen Puzzolanen in Mischungen in der Zementindustrie eingesetzt werden. Dadurch kann mit den weniger kritischen Edukten eine Wärmerückgewinnung erreicht werden und gleichzeitig eine aufwändige Abgasreinigung verhindert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein zweiter Teil des mineralischen Materials in den Vorwärmer aufgegeben. Der zweite Teil ist so gewählt, dass die dadurch entstehenden Emissionen im Rahmen der gesetzlichen Vorgaben liegen und so eine Abgasnachbehandlung vermieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens ein Teil des mineralischen Materials, insbesondere des Tones, in einen Vorwärmer eingebracht und im Vorwärmer vorgewärmt und von dort in den Calcinator überführt. Daher treten die Schadstoffe bereits im Vorwärmer aus dem mineralischem Material, insbesondere dem Ton, aus und sind somit in dem aus dem Vorwärmer kommenden Gasstrom. Daher wird das aus dem Vorwärmer kommende Gas wenigstens teilweise in den Calcinator geführt. Der dem aus dem Vorwärmer kommende Gasstrom kann dazu beispielsweise einer Brennkammer zugeführt werden, die mit dem Calcinator verbunden ist. Dadurch gelangen die Schadstoffe ebenfalls wie bei der direkten Einbringung des mineralischen Materials, insbesondere des Tones, in den Calcinator und haben den selben positiven Effekt, insbesondere auch auf die bei der zur Erzeugung der Temperatur benötigten Verbrennung erzeugten Stickoxide.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das aus dem Vorwärmer kommende Gas über einen Materialkühler in den Calcinator geführt. Zwischen dem Materialkühler und dem Calcinator kann weiter zusätzlich eine Brennkammer angeordnet sein. Hierdurch wird die durch das Produkt aus dem Calcinator ausgetragene Wärme zurück in den Prozess geführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das aus dem Vorwärmer kommende Gas vor Zuführung in eine Brennkammer einer Entstaubungseinrichtung, die beispielsweise als Gewebefilter, keramische Filter oder Elektrofilter ausgeführt ist, zugeführt. Hierdurch wird der Staubanteil im aus dem Vorwärmer kommenden Gas abgetrennt und kann der Anlage an geeigneter Stelle, beispielweise dem Calcinator oder dem Vorwärmer, wieder zugeführt werden. Dadurch wird verhindert, dass der Staubanteil in der Brennkammer auf eine unerwünscht hohe Temperatur erwärmt und somit thermisch deaktiviert wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dem aus dem Vorwärmer kommende Gas wenigstens ein Reaktionsmittel zugeführt, bevor das Gas dem Calcinator zugeführt wird. Das Reaktionsmittel kann beispielswiese zur Umwandlung von Schwefelverbindungen dienen, insbesondere zur Umwandlung in Sulfat. Sulfat ist ein in der Zementindustrie gewünschter Zuschlagsstoff, sodass auf diese Weise Schwefelverunreinigungen gewinnbringend genutzt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Calcinator mit einer Temperatur zwischen 600 °C und 1400 °C, bevorzugt zwischen 600 °C und 1200 °C, weiter bevorzugt zwischen 750 °C und 1050 °C, besonders bevorzugt zwischen 800 °C und 1000 °C betrieben.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dem Calcinator ein Brennstoff zugeführt. Der Brennstoff ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend Festbrennstoff, insbesondere Kohlenstaub, Erdgas, Biogas, Wasserstoff, Ammoniak, Synthesegas, Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl. Diese Brennstoffe sind hochenergetisch und erlauben eine gute Befeuerung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden im Calcinator schwefelhaltige Verbindungen aus dem mineralischen Material, insbesondere dem Ton, zu Sulfat oxidiert. Sulfate sind übliche Zusatzstoffe in Zement, sodass auf diese Weise der Schwefel wertbildend gebunden werden kann und für das fertige Produkt einen Mehrwert liefert. Gleichzeitig werden umweltschädliche Emissionen vermieden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mineralischem Material, insbesondere Tonen. Die Vorrichtung weist einen Calcinator auf. Weiter weist die Vorrichtung eine Eduktzuführung auf. Wesentlich ist, dass die Eduktzuführung mineralisches Material, insbesondere Ton, ohne Vorwärmung direkt in den Calcinator einbringt. Damit erfolgt die erste Erwärmung des mineralischen Materials, insbesondere des Tones, erst im Calcinator. Dieses wiederum bewirkt, dass die Schadstoffe, insbesondere Ammoniak, Kohlenwasserstoff und Kohlenwasserstoffverbindungen eben genau im Calcinator bei der hohen Temperatur des Calcinators freigesetzt werden. Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-haltige Verbindungen werden direkt verbrannt, Ammoniak mit dem bei diesen hohen Temperaturen entstehenden Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Auf diese Weise erfolgt eine direkte Umsetzung der Schadstoffe im Calcinator. Dafür wird auf eine Vorwärmung des Eduktes und damit eine Rückgewinnung von Energie aus dem Abgas verzichtet. Dieses erscheint unlogisch, da es die Effizienz verschlechtert. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dadurch auf eine aufwändige Abgasreinigung verzichtet werden kann, welche ebenfalls einen hohen Energiebedarf hat.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Calcinator direkt und damit ohne einen zwischengeschalteten Vorwärmer mit einer Abgasbehandlung oder einem Abzug verbunden. In dieser Ausführungsform wird der Materialstrom vollständig und ohne Vorwärmung in den Calcinator verbracht. Zusätzlich kann der Abgasstrom, falls eine zusätzliche Behandlung nötig ist, bereits auf die Temperatur des Gasausgangs des Calcinators erfolgen, was die üblicherweise notwendige erneute Erhitzung des Abgases überflüssig macht.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mineralischem Material, insbesondere Tonen, wobei die Vorrichtung einen Calcinator und einen Vorwärmer aufweist. Dieses entspricht dem konventionellen Aufbau. Erfindungsgemäß ist in dem den Vorwärmer verlassenden Gasstrom ein Gasstromteiler angeordnet. Der Gasstromteiler dient dazu, den Gasstrom in einen Rezirkulationsgasstrom und einen Abluftstrom zu teilen. Der Gasstromteiler ist mit einer Rückführungsleitung verbunden. Die Rückführungsleitung dient dazu, den Rezirkulationsgasstrom aufzunehmen. Die Rückführungsleitung ist mit dem Calcinator oder einer Brennkammer oder einem Materialkühler verbunden. Hierdurch werden zwei Effekte genutzt. Zum einen kann im Vorwärmer, wie bisher, die Energie wenigstens teilweise dem Prozess durch das Vorwärmen des thermisch zu behandelnden Materials wieder zugeführt werden. Auf der anderen Seite werden über den Gasteiler, die Schadstoffe wenigstens anteilig in den Calcinator überführt und können da umgesetzt werden. Da eine vollständige Rezirkulation zu einer Anreicherung, beispielsweise des aus der Befeuerung stammenden CO2 führen würde, muss ein Teil des Gasstromes als Abluftstrom auch in die Umgebung abgegeben werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Rückführungsleitung eine Entstaubungseinrichtung auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Entstaubungseinrichtung mit einer Staubrückführleitung verbunden. Die Staubrückführleitung weist zwei Enden auf. Das eine Ende ist die Entstaubungseinrichtung verbunden, das andere Ende ist mit dem Calcinator oder dem Vorwärmer verbunden. Dieses schließt auch eine indirekte Verbindung beispielsweise die Verbindung zwischen dem Calcinator und dem Vorwärmer oder eine Materialzuführungsvorrichtung zum Vorwärmer oder Calcinator mit ein. Hierdurch kann der Staub ohne Überhitzung und damit ohne Deaktivierung, beispielsweise in der Brennkammer, dem Produkt zugeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Eduktzuführung eine Eduktstromteilung auf. Die Eduktstromteilung ist mit einer ersten Teileduktstromleitung und einer zweiten Teileduktstromleitung verbunden. Die erste Teileduktstromleitung ist mit dem Calcinator und die zweite Teileduktstromleitung ist mit dem Vorwärmer verbunden. Hierdurch kann eine Mischform der beiden vorgenannten Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Der erste Teileduktstrom wird dadurch direkt dem Calcinator zugeführt, was eine optimale Schadstoffminimierung zur Folge hat. Gleichzeitig kann über den zweiten Teileduktstrom und den Vorwärmer ein Teil der thermischen Energie zurück in den Prozess geführt werden. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine Zweiteduktzuführung auf, wobei die Zweiteduktzuführung für die Zuführung eines zweiten mineralischen Rohstoffes ausgebildet ist. Die Zweiteduktzuführung ist mit dem Vorwärmer verbunden und über die Zweiteduktzuführung kann dem Vorwärmer ein zweiter mineralischer Rohstoff zugeführt werden und die Rückführung der thermischen Energie aus dem Abgas des Vorwärmers weiter verbessert werden. Der zweite mineralische Rohstoff ist beispielsweise Kalkstein oder Sand, welcher beim Vorwärmen keine oder nur sehr wenig Schadstoffe abgibt und daher ohne Probleme zur Rückgewinnung der thermischen Energie im Vorwärmer eingesetzt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wenigstens einen ersten Temperatursensor auf. Der Temperatursensor ist im Calcinator oder zwischen Calcinator und Vorwärmer angeordnet. Die Vorrichtung weist weiter wenigstens eine Hilfsbrennvorrichtung auf. Die Hilfsbrennvorrichtung dient insbesondere dazu, Temperaturschwankungen auszugleichen und wird daher üblicherweise mit einem einfach zu dosierenden und brennwertkonstantem Brennstoff betrieben, beispielsweise Gas oder Kohlenstaub. Die Hilfsbrennvorrichtung ist in an der Brennkammer, zwischen Brennkammer und Calcinator oder im Calcinator angeordnet. Die Vorrichtung weist eine erste Steuervorrichtung auf. Die erste Steuervorrichtung ist mit dem ersten Temperatursensor und der Hilfsbrennvorrichtung verbunden. Die erste Steuerungsvorrichtung ist zur Steuerung der Hilfsbrennvorrichtung in Abhängigkeit der vom ersten Temperatursensors erfassten Temperatur ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wenigstens einen ersten NOx-Analysator auf. Beispielweise und insbesondere detektiert der NOX- Analysator die NOx-Konzentration mittels Infrarotspektroskopie in einer extraktiven Messung. Der NOx-Analysator ist im Calcinator oder zwischen Calcinator und Vorwärmer oder im Vorwärmer oder nach dem Vorwärmer angeordnet. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Eduktstromteilung und/oder mindestens eine Zweiteduktzuführung und/oder einen Gasstromteiler auf. Die Vorrichtung weist eine erste Steuervorrichtung oder eine zweite Steuervorrichtung auf. Die erste Steuervorrichtung oder die zweite Steuervorrichtung ist mit dem ersten NOx-Analysator und/oder wenigstens einem ersten Temperatursensor und der Eduktstromteilung und/oder dem Gasstromteiler verbunden. Die erste Steuerungsvorrichtung oder die zweite Steuervorrichtung ist zur Steuerung der Eduktstromteilung und/oder dem Gasstromteiler in Abhängigkeit der von dem ersten NOx-Analysator erfassten NOx-Konzentration unter Berücksichtigung der vorherrschenden Temperaturen ausgebildet. Hierdurch ist eine aktuelle Anpassung an eine schwankende Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und damit an eine schwankende Freisetzung von Schadstoffen im Prozess in einfacher Weise möglich. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wenigstens einen ersten Organik-Analysator auf. Ein Organik-Analysator kann beispielsweise ein Flammenionisationsdetektor zur Erfassung der Konzentration von Kohlenwasserstoff und Kohlenwasserstoff-Haltige-Verbindungen sein. Der Organik-Analysator ist im Calcinator oder zwischen Calcinator und Vorwärmer oder im Vorwärmer oder nach dem Vorwärmer angeordnet. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Eduktstromteilung und/oder mindestens eine Zweiteduktzuführung und/oder einen Gasstromteiler auf. Die Vorrichtung weist eine erste Steuervorrichtung oder eine zweite Steuervorrichtung auf. Die erste Steuervorrichtung oder die zweite Steuervorrichtung ist mit dem ersten Organik- Analysator und/oder wenigstens einem ersten Temperatursensor und der Eduktstromteilung und/oder dem Gasstromteiler verbunden. Die erste Steuerungsvorrichtung oder die zweite Steuervorrichtung ist zur Steuerung der Eduktstromteilung und/oder dem Gasstromteiler in Abhängigkeit der von dem ersten Organik-Analysator erfassten Organik-Konzentration unter Berücksichtigung der vorherrschenden Temperaturen ausgebildet. Hierdurch ist eine aktuelle Anpassung an eine schwankende Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und damit an eine schwankende Freisetzung von Schadstoffen im Prozess in einfacher Weise möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung wenigstens einen ersten NHs-Analysator auf. Der NHs-Analysators ist im Calcinator oder zwischen Calcinator und Vorwärmer oder im Vorwärmer oder nach dem Vorwärmer angeordnet. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Eduktstromteilung und/oder einen Gasstromteiler auf. Die Vorrichtung weist eine erste Steuervorrichtung oder eine zweite Steuervorrichtung auf. Die erste Steuervorrichtung oder die zweite Steuervorrichtung ist mit dem ersten NHs-Analysator und/oder dem Temperatursensor und der Eduktstromteilung und/oder dem Gasstromteiler verbunden. Die erste Steuerungsvorrichtung oder die zweite Steuervorrichtung ist zur Steuerung der Eduktstromteilung und/oder dem Gasstromteiler in Abhängigkeit der von dem ersten NH3- Analysator erfassten NHs-Konzentration und/oder des vom Temperatursensor erfassten Temperaturniveaus ausgebildet.
Die vorgenannten Vorrichtungen sind besonders bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet beziehungswiese das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders bevorzugt auf einer der vorgenannten Vorrichtungen durchgeführt werden.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 erstes Ausführungsbeispiel
Fig. 2 zweites Ausführungsbeispiel
Fig. 3 drittes Ausführungsbeispiel
Fig. 4 viertes Ausführungsbeispiel
In Fig. 1 ist die direkte Eduktzuführung 30 in den Calcinator 10 gezeigt. Die Vorrichtung weist keinen Vorwärmer auf. Das den Calcinator 10 verlassende Gas wird direkt als Abluft abgegeben, eine Eduktvorwärmung und Wärmerückgewinnung im Vorwärmer erfolgt gerade nicht. Das den Calcinator 10 verlassende Produkt wird in einem Materialkühler 20 abgekühlt und verlässt die Vorrichtung über den Produktstrom 40. Gas, beispielsweise Luft, wird über die Gaszufuhr 50 dem Materialkühler 20 zugeführt und von dort vorgewärmt dem Calcinator 10 zugeführt. Der Calcinator 10 weist eine Brennvorrichtung auf, die entweder im Calcinator 10 angeordnet ist oder dem Calcinator 10 vorgelagert ist. Die bei der dortigen Verbrennung entstehenden Stickoxide werden mit dem aus dem Ton stammenden Ammoniak umgesetzt, sodass keine oder nur tolerierbare Emissionen entstehen. Ebenso werden Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-haltige- Verbindungen, die aus dem Ton stammen, hierdurch zuverlässig in ausreichendem Maße verbrannt. Der Verzicht auf die Wärmerückgewinnung in einen Vorwärmer wird dadurch ausgeglichen, dass keine zusätzliche Energie für die Abgasreinigung aufgewendet werden muss.
Fig. 2 zeigt eine zweite, alternative Ausführungsform. Hier erfolgt wie üblich die Eduktzuführung 30 zu Vorwärmer 70, indem die Wärme von dem aus dem Calcinator 10 kommenden Gas auf das Edukt übertragen wird. Jedoch kommt es hierbei zur Freisetzung von Ammoniak und/oder Kohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffhaltige Verbindungen. Um diese zu reduzieren, wird der Gasstrom nach dem Vorwärmer 70 durch einen Gasstromteiler 80 geführt. Ein Teilstrom wird als Abluft 80 abgegeben, ein weiterer Teilstrom wird mit der Gaszufuhr 50 vereint und dem Materialkühler zugeführt und somit über den Materialkühler 20 dem Calcinator 10 zugeführt. Im Calcinator 10 werden dann wieder die durch Verbrennung erzeugten Stickoxide durch aus dem Ton freigesetzten Ammoniak wieder umgesetzt und ebenso Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-haltige Verbindungen verbrannt. Das vorgewärmte Material wird aus dem Vorwärmer 70 in den Calcinator 10 und nach der thermischen Behandlung im Calcinator 10 in den Materialkühler 20 verbracht und verlässt die Vorrichtung als Produktstrom 40.
Die in Fig. 3 gezeigte dritte Ausführungsform stellt eine Mischform der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform dar. Die Eduktzuführung 30 erfolgt zu einer Eduktstromteilung 90. Hier wird der Eduktstrom geteilt und eine erste Teileduktstromleitung 31 führt einen unvorgewärmten Teilstrom des Edukts direkt in den Calcinator 10 und eine zweite Teileduktstromleitung 32 führt einen Teilstrom des Edukts in den Vorwärmer 70. Dadurch wird ein Teil erst im Calcinator 10 erwärmt, sodass sich die hier freigesetzten Stoffe, insbesondere Ammoniak sowie Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoff-haltige Verbindungen, direkt im Calcinator 10 umsetzen lassen. Der andere Teilstrom kann im Vorwärmer 70 ein Teil der Wärme des Gasstromes aus dem Calcinator 10 zurückgewinnen. Dadurch entweichen aber auch die ungewünschten Stoffe bei der Erwärmung im Vorwärmer 70. Diese werden teilweise durch die Aufteilung im Gasstromteiler 80 in den Calcinator zurückgeführt und können dort unschädlich gemacht werden. Diese dritte Ausführungsform hat den Vorteil, dass über zwei Einstellmöglichkeiten (Eduktstromteilung 90 und Gasstromteiler 80) eine Anpassung vorgenommen werden kann. Dieses kann sinnvoll sein, um beispielsweise schwankende Emissionen durch Unterschiede im Ton auszugleichen. Das vorgewärmte Material wird aus dem Vorwärmer 70 in den Calcinator 10 zugeführt und dort mit dem ersten Teileduktstrom vereint. Nach der thermischen Behandlung im Calcinator 10 wird das Material in den Materialkühler 20 verbracht und verlässt die Vorrichtung als Produktstrom 40.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform, welche sich von der dritten Ausführungsform insbesondere dadurch unterscheidet, dass diese vierte Ausführungsform eine Steuervorrichtung 100 aufweist, die mit drei Temperatursensoren 110 verbunden ist, wobei ein Temperatursensor 110 im Calcinator 10, ein Temperatursensor zwischen Calcinator 10 und Vorwärmer 70 und ein weiterer Temperatursensor 1 10 im Calcinator angeordnet ist. Natürlich können auch weitere Temperatursensoren 110 vorhanden sein. Zusätzlich weist die Vorrichtung einen NOx-Analysator 120 auf, der den NOx-Gehalt im Abgas des Vorwärmers 70 erfasst, sowie einen NHs-Analysator 122, der dem NHs-Gehalt im Abgas des Vorwärmers 70. Die Steuervorrichtung 100 kann insbesondere in Abhängigkeit der vom NOx-Analysator 120 erfassten NOx-Konzentration und der vom NHs-Analysator 122 erfassten NHs-Konzentration eine Steuerung der Eduktstromteilung 90 und/oder des Gasstromteilers 80 vornehmen. Dadurch kann beispielsweise mehr Edukt direkt in den Calcinator 10 eingebracht werden, wenn die NOx-Konzentration steigt oder mehr Edukt in den Vorwärmer 70 eingebracht werden, um bei niedrigen NOX- Konzentrationen mehr Energie zurückzugewinnen. Ebenso kann bei hohen NOX- Konzentrationen der Anteil der Rückführung im Gasstromteiler erhöht werden.
Zusätzlich zeigt die vierte Ausführungsform eine gesonderte Brennkammer 130, in der zum Beispiel und insbesondere Ersatzbrennstoffe, zum Beispiel Biomasse, verbrannt werden kann. In diesem Fall weist der Calcinator 10 bevorzugt eine (hier nicht gezeigte) Hilfsbrennvorrichtung auf, welche vorzugsweise ebenfalls über die Steuervorrichtung 100 geregelt wird. Über die Temperatursensoren 110 können aus Brennwertschwankungen des Ersatzbrennstoffes resultierende Temperaturschwankungen erfasst werden und über die Hilfsbrennvorrichtung entsprechend kompensiert werden.
Bezugszeichen
10 Calcinator
20 Materialkühler
30 Eduktzuführung
31 erste Teileduktstromleitung
32 erste Teileduktstromleitung
40 Produktstrom
50 Gaszufuhr
60 Abluft
70 Vorwärmer
80 Gasstromteiler 90 Eduktstromteilung
100 Steuervorrichtung
110 Temperatursensor
120 NOx-Analysator 122 NHs-Analysator
130 Brennkammer

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung thermisch behandeltem mineralischen Material, insbesondere Ton, in einem Calcinator (10), wobei die bei der Erwärmung des mineralischen Materials, insbesondere des Tones, austretenden Schadstoffe im Calcinator (10) thermisch umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des mineralischen Materials, insbesondere des Tones, direkt und ohne Vorwärmung in den Calcinator (10) eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter mineralischer Rohstoff ausgewählt wird, wobei der wenigstens eine zweite mineralische Rohstoff ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Kalkstein, Schlacke, Hüttensand, Altzementstein und Sand.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des mineralischen Materials, insbesondere des Tones, in einen Vorwärmer (70) eingebracht und im Vorwärmer (70) vorgewärmt und von dort in den Calcinator (10) überführt wird, wobei das aus dem Vorwärmer (70) kommende Gas wenigstens teilweise in den Calcinator (10) geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Vorwärmer (70) kommende Gas über einen Materialkühler (20) in den Calcinator (10) geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem aus dem Vorwärmer (70) kommende Gas wenigstens ein Reaktionsmittel zugeführt wird, bevor das Gas dem Calcinator (10) zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Calcinator (10) ein Brennstoff zugeführt wird, wobei der Brennstoff ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Festbrennstoff, insbesondere Kohlenstaub, Erdgas, Biogas, Wasserstoff, Ammoniak, Synthesegas, Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl. Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mineralischem Material, insbesondere von Tonen, wobei die Vorrichtung einen Calcinator (10) aufweist, wobei die Vorrichtung eine Eduktzuführung (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eduktzuführung (30) mineralisches Material, insbesondere Ton, ohne Vorwärmung direkt in den Calcinator (10) einbringt. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Calcinator (10) direkt und damit ohne einen zwischengeschalteten Vorwärmer (70) mit einer Abgasbehandlung oder einem Abzug verbunden ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im den Vorwärmer (70) verlassenden Gasstrom ein Gasstromteiler (80) angeordnet ist, wobei der Gasstromteiler (80) mit einer Rückführungsleitung verbunden ist, wobei die Rückführungsleitung mit dem Calcinator (10), einer Brennkammer (130) oder einem Materialkühler (20) verbunden ist, wobei die Rückführungsleitung eine Entstaubungseinrichtung aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entstaubungseinrichtung mit einer Staubrückführleitung verbunden ist, wobei die Staubrückführleitung an der der Entstaubungseinrichtung gegenüberliegenden Seite mit dem Calcinator (10) oder dem Vorwärmer (70) verbunden ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eduktzuführung (30) eine Eduktstromteilung (90) aufweist, wobei die Eduktstromteilung (90) mit einer ersten Teileduktstromleitung (31 ) und einer zweiten Teileduktstromleitung (32) verbunden ist, wobei die erste
Teileduktstromleitung (31 ) mit dem Calcinator (10) und die zweite Teileduktstromleitung (32) mit dem Vorwärmer (70) verbunden ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die die Vorrichtung eine Zweiteduktzuführung aufweist, wobei die Zweiteduktzuführung mit dem Vorwärmer verbunden ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen ersten Temperatursensor (110) aufweist, wobei der Temperatursensor (110) im Calcinator (10) oder zwischen Calcinator (10) und Vorwärmer (70) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Hilfsbrennvorrichtung aufweist, wobei die Hilfsbrennvorrichtung in an der Brennkammer (130), zwischen Brennkammer (130) und Calcinator (10) oder im Calcinator (10) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine erste Steuervorrichtung (100) aufweist, wobei die erste Steuervorrichtung (100) mit dem ersten Temperatursensor (110) und der Hilfsbrennvorrichtung verbunden ist, wobei die erste Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Hilfsbrennvorrichtung in Abhängigkeit der vom ersten Temperatursensors (110) erfassten Temperatur ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen ersten NOx-Analysator (120) aufweist, wobei der NOx-Analysator (120) im Calcinator (10) oder zwischen Calcinator (10) und Vorwärmer (70) oder im Vorwärmer (70) oder nach dem Vorwärmer (70) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Eduktstromteilung (90) und/oder einen Gasstromteiler (80) aufweist, wobei die Vorrichtung eine erste Steuervorrichtung (100) oder eine zweite Steuervorrichtung (100) aufweist, wobei die erste Steuervorrichtung (100) oder die zweite Steuervorrichtung (100) mit dem ersten NOx-Analysator (120) und/oder dem Temperatursensor (110) und der Eduktstromteilung (90) und/oder dem Gasstromteiler (80) verbunden ist, wobei die erste Steuerungsvorrichtung oder die zweite Steuervorrichtung (100) zur Steuerung der Eduktstromteilung (90) und/oder dem Gasstromteiler (80) in Abhängigkeit der von der ersten NOx-Analysator (120) erfassten NOX- Konzentration und/oder des vom Temperatursensor (110) erfassten Temperaturniveaus ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen ersten Organik-Analysator aufweist, wobei der Organik-Analysator im Calcinator (10) oder zwischen Calcinator (10) und Vorwärmer (70) oder im Vorwärmer (70) oder nach dem Vorwärmer (70) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Eduktstromteilung (90) und/oder einen Gasstromteiler (80) aufweist, wobei die Vorrichtung eine erste Steuervorrichtung (100) oder eine zweite Steuervorrichtung (100) aufweist, wobei die erste Steuervorrichtung (100) oder die zweite Steuervorrichtung (100) mit dem ersten Organik-Analysator und/oder dem Temperatursensor (110) und der Eduktstromteilung (90) und/oder dem Gasstromteiler (80) verbunden ist, wobei die erste Steuerungsvorrichtung (100) oder die zweite Steuervorrichtung (100) zur Steuerung der Eduktstromteilung (90) und/oder dem Gasstromteiler (80) in Abhängigkeit der von dem ersten Organik-Analysator erfassten Organik- Konzentration und/oder des vom Temperatursensor (110) erfassten Temperaturniveaus ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen ersten NHs-Analysator aufweist, wobei der NH3- Analysators im Calcinator (10) oder zwischen Calcinator (10) und Vorwärmer (70) oder im Vorwärmer (70) oder nach dem Vorwärmer (70) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Eduktstromteilung (90) und/oder einen Gasstromteiler (80) aufweist, wobei die Vorrichtung eine erste Steuervorrichtung (100) oder eine zweite Steuervorrichtung (100) aufweist, wobei die erste Steuervorrichtung (100) oder die zweite Steuervorrichtung (100) mit dem ersten NHs-Analysator und/oder dem Temperatursensor (110) und der Eduktstromteilung (90) und/oder dem Gasstromteiler (80) verbunden ist, wobei die erste Steuerungsvorrichtung (100) oder die zweite Steuervorrichtung (100) zur Steuerung der Eduktstromteilung (90) und/oder dem Gasstromteiler (80) in Abhängigkeit der von dem ersten NHs-Analysator erfassten NHs-Konzentration und/oder des vom Temperatursensor (110) erfassten Temperaturniveaus ausgebildet ist.
PCT/EP2023/074966 2022-09-19 2023-09-12 Thermische behandlung von mineralischem material, insbesondere tonen, für die zementindustrie, insbesondere zur herstellung künstlicher puzzolane WO2024061687A1 (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2001171A1 (de) 1970-01-13 1971-10-21 Lechler Chemie Gmbh Zusatzmittel fuer hydraulisch erhaertende anorganische Bindemittel
EP0148090A2 (de) 1984-01-03 1985-07-10 FIVES-CAIL BABCOCK, Société anonyme Trockenverfahren zur Zementklinkerherstellung mit Vorcalcinierung
US20120145042A1 (en) * 2010-12-13 2012-06-14 Flsmidth A/S Process for the Calcination and Manufacture of Synthetic Pozzolan
DE102011014498A1 (de) 2011-03-18 2012-09-20 Outotec Oyj Klinkerersatzstoff
WO2015082075A1 (de) 2013-12-04 2015-06-11 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Verfahren zur herstellung eines puzzolanen oder latent-hydraulischen zementklinkersubstituts

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2001171A1 (de) 1970-01-13 1971-10-21 Lechler Chemie Gmbh Zusatzmittel fuer hydraulisch erhaertende anorganische Bindemittel
EP0148090A2 (de) 1984-01-03 1985-07-10 FIVES-CAIL BABCOCK, Société anonyme Trockenverfahren zur Zementklinkerherstellung mit Vorcalcinierung
US20120145042A1 (en) * 2010-12-13 2012-06-14 Flsmidth A/S Process for the Calcination and Manufacture of Synthetic Pozzolan
US9458059B2 (en) 2010-12-13 2016-10-04 Flsmidth A/S Process for the calcination and manufacture of synthetic pozzolan
DE102011014498A1 (de) 2011-03-18 2012-09-20 Outotec Oyj Klinkerersatzstoff
WO2015082075A1 (de) 2013-12-04 2015-06-11 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Verfahren zur herstellung eines puzzolanen oder latent-hydraulischen zementklinkersubstituts

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