BE1030432A1 - Device and method for separating carbon dioxide generated during clinker production - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker und Abtrennung des Kohlendioxids aus dem Abgasstrom, wobei die Anlage einen Vorwärmer 1, einen Calcinator 2, einen Ofen 3 und einen Produktkühler aufweist, wobei die Anlage weiter eine Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung 9 aufweist, wobei die Anlage eine Kältebereitstellungsvorrichtung aufweist, wobei die Kältebereitstellungsvorrichtung mit der Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung 9 verbunden ist, wobei die Anlage wenigstens einen ersten Gaswärmetauscher 8f aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältebereitstellungsvorrichtung eine Absorptionskältemaschine 8e ist, wobei der erste Gaswärmetauscher 8f mit dem Austreiber der Absorptionskältemaschine 8e verbunden ist.The present invention relates to a plant for producing cement clinker and separating carbon dioxide from the exhaust gas stream, the plant having a preheater 1, a calciner 2, an oven 3 and a product cooler, the plant further having a carbon dioxide separation device 9, the plant having a Cold supply device, wherein the cold supply device is connected to the carbon dioxide separation device 9, the system having at least a first gas heat exchanger 8f, characterized in that the cold supply device is an absorption refrigeration machine 8e, the first gas heat exchanger 8f being connected to the driver of the absorption refrigeration machine 8e.
Description
' BE2022/5265' BE2022/5265
Vorrichtung und Verfahren zur Abtrennung von bei der Klinkerherstellung erzeugtem KohlendioxidDevice and method for separating carbon dioxide generated during clinker production
Die Erfindung betrifft die Nutzung niederkalorischer Wärme beim Brennprozess vonThe invention relates to the use of low-calorie heat in the burning process
Klinker, um das beim Brennprozess erzeugte Kohlendioxid kryotechnisch abzuscheiden und somit nicht in die Umwelt abzugeben.Clinker to cryogenically separate the carbon dioxide produced during the burning process and thus not release it into the environment.
Im Rahmen des Klimaschutzes wird die Vermeidung von Kohlendioxidemissionen zunehmend wichtig. Gerade bei der Herstellung von Klinker wird neben dem aus derAs part of climate protection, avoiding carbon dioxide emissions is becoming increasingly important. Especially in the production of clinker, in addition to the
Verbrennung von Brennstoff auch aus dem eingesetzten mineralischem Material, insbesondere Kalkstein, Kohlendioxid freigesetzt. Es ist daher wünschenswert, gerade dieses Kohlendioxid abzuscheiden und somit nicht in die Atmosphäre gelangen zu lassen.Combustion of fuel also releases carbon dioxide from the mineral material used, especially limestone. It is therefore desirable to capture precisely this carbon dioxide and thus not allow it to enter the atmosphere.
Um diese Abscheidung zu vereinfachen, wurden bereits Verfahren entwickelt, um dasIn order to simplify this deposition, processes have already been developed
Kohlendioxid vereinfacht abscheiden zu können. Daher wird im sogenannten Oxyfuel-To be able to separate carbon dioxide more easily. Therefore, in the so-called oxyfuel
Verfahren nicht mit Luft, sondern mit stark angereichertem Sauerstoff gearbeitet, dass ausgehend von reinem Sauerstoff und vollständiger Umsetzung am Ende bereits reinesThe process does not work with air, but with highly enriched oxygen, starting from pure oxygen and completely converting it to pure oxygen at the end
Kohlendioxid entstehen würde (zuzüglich leicht abtrennbarem Wasser). Dieses vereinfacht die Abtrennung, spart somit bei der Abtrennung Energie und vermeidet zusätzliche Emissionen.Carbon dioxide would be produced (plus easily separated water). This simplifies the separation, thus saving energy during the separation and avoiding additional emissions.
Aus der DE 10 2018 206 673 A1 ist ein Verfahren zur Klinkerherstellung mit erhöhtemFrom DE 10 2018 206 673 A1 there is a process for clinker production with increased
Sauerstoffgehalt bekannt.Oxygen content known.
Aus der DE 10 2018 206 674 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Klinkerherstellung mit erhöhtem Sauerstoffgehalt bekannt.From DE 10 2018 206 674 A1 another method for clinker production with increased oxygen content is known.
Eine übliche Weise zur Kohlendioxidabtrennung und anschließende Lagerung oder zo Verarbeitung ist die kryotechnische Abtrennung und optional zusätzlich eineA common method for carbon dioxide separation and subsequent storage or processing is cryotechnical separation and optionally additionally
Verflüssigung. Diese ist jedoch selbst energieaufwändig sowohl für Kompression als auch für die Kühlung, sodass durch die hierfür notwendige Energie eine weitere potentielle Emissionsquelle geschaffen wird.Liquefaction. However, this itself requires energy for both compression and cooling, so the energy required for this creates another potential source of emissions.
? BE2022/5265? BE2022/5265
Aufgabe der Erfindung ist es, den Prozess der Abscheidung möglichst energiesparend durchzuführen.The object of the invention is to carry out the deposition process as energy-saving as possible.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anlage mit den in Anspruch 1 angegebenenThis task is solved by the system with those specified in claim 1
Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen.Features and by the method with the features specified in claim 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.Advantageous further developments result from the subclaims, the following description and the drawings.
Die erfindungsgemäße Anlage dient zur Herstellung von Zementklinker sowie zurThe system according to the invention is used for the production of cement clinker as well as for
Abtrennung des bei der Klinkerherstellung entstandenen Kohlendioxids aus demSeparation of the carbon dioxide produced during clinker production
Abgasstrom. Die Anlage weist einen Vorwärmer, einen Calcinator, einen Ofen und einen Produktkühler auf. Das zu behandelnde Material wird zumeist gemahlen in denExhaust gas flow. The system has a preheater, a calciner, an oven and a product cooler. The material to be treated is usually ground into the
Vorwärmer gegeben. Beispielswiese und bevorzugt ist der Vorwärmer eine Kaskade von 3 bis 6 Gleichstromwärmetauschern mit Abscheidezyklone. Das zu behandelndePreheater given. For example and preferably, the preheater is a cascade of 3 to 6 co-current heat exchangers with separation cyclones. The thing to be treated
Material wird im Vorwärmer erwärmt und erwärmt aus dem Vorwärmer in den Calcinator überführt. Im Calcinator erfolgt eine erste Umsetzung, wobei üblicherweise ein Großteil des Kohlendioxids aus dem mineralischen Material freigesetzt wird. Das Material wird dann in den Ofen, zumeist einen Drehrohrofen überführt und gelangt vom Drehrohrofen in einen Produktkühler. Der Produktkühler dient zum einen dazu, das Produkt, denMaterial is heated in the preheater and heated from the preheater into the calciner. A first reaction takes place in the calciner, whereby a large part of the carbon dioxide is usually released from the mineral material. The material is then transferred to the oven, usually a rotary kiln, and goes from the rotary kiln into a product cooler. On the one hand, the product cooler serves to keep the product
Klinker, abzukühlen. Gleichzeitig wird das dem Ofen zugeführte Verbrennungsgas dadurch im Produktkühler vorgewärmt. Das Verbrennungsgas kann aus dem Ofen demClinker to cool down. At the same time, the combustion gas supplied to the oven is preheated in the product cooler. The combustion gas can come from the oven
Calcinator und auch zusätzlich oder alternativ aus einem weiteren Bereich desCalcinator and also additionally or alternatively from a further area of the
Produktkühlers dem Calcinator zugeführt werden. Aus dem Calcinator gelangt das warme Abgas in den Vorwärmer und verlässt diesen an dem Ende, an welchem das kalte Rohmaterial zugeführt wird. Dieser Klinkerprozess kann in allen dem Fachmann geläufigen Weisen ausgeführt werden. Insbesondere und bevorzugt kann derProduct cooler is fed to the calciner. The warm exhaust gas from the calciner enters the preheater and leaves it at the end where the cold raw material is fed in. This clinker process can be carried out in all ways familiar to those skilled in the art. In particular and preferably it can
Klinkerprozess nach dem Oxyfuel-Verfahren erfolgen, die Anlage also für den Betrieb mit angereichertem oder reinem Sauerstoff ausgelegt sein. Die Anlage weist weiter eineThe clinker process takes place using the oxyfuel process, so the system must be designed for operation with enriched or pure oxygen. The facility also has one
Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung auf. Bevorzugt handelt es sich um eine zo kryotechnische Abscheidung, sodass das Kohlendioxid bevorzugt unter Druck gasförmig, flüssig oder als Zwei-Phasen-Gemisch am Ende vorliegt. Die Anlage weist weiter eine Kältebereitstellungsvorrichtung auf. Die Kältebereitstellungsvorrichtung ist mit der Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung verbunden und stellt die für dieCarbon dioxide separation device. It is preferably a cryotechnical deposition, so that the carbon dioxide is preferably present under pressure in gaseous, liquid or two-phase mixture at the end. The system also has a cold supply device. The cold supply device is connected to the carbon dioxide separation device and provides the for
Kohlendioxidabscheidung benötigte Kälte zur Verfügung. Weiter weist die AnlageThe cold required for carbon dioxide capture is available. The facility continues
) BE2022/5265 wenigstens einen ersten Gaswärmetauscher auf. Der Gaswärmetauscher überträgt die) BE2022/5265 has at least one first gas heat exchanger. The gas heat exchanger transfers the
Wärme eines Gasstroms auf ein Wärmeträgermedium. Bevorzugt ist dasHeat from a gas stream on a heat transfer medium. That is preferred
Wärmeträgermedium Dampf.Heat transfer medium steam.
Erfindungsgemäß ist die Kältebereitstellungsvorrichtung eineAccording to the invention, the cold supply device is one
Absorptionskältemaschine. Der erste Gaswärmetauscher ist mit dem Austreiber derAbsorption chiller. The first gas heat exchanger is with the expeller
Absorptionskältemaschine verbunden. Absorptionskältemaschinen arbeiten üblicherweise mit einem Wärmeverhältnis zwischen 0,5 bis 1,2 und erlauben damit eine wirtschaftliche Nutzung der Abwärme. Bei der Verstromung von Abwärme inAbsorption chiller connected. Absorption chillers usually work with a heat ratio between 0.5 and 1.2 and thus allow waste heat to be used economically. When generating electricity from waste heat
Klinkerproduktionsanlagen werden geringe Wirkungsgrade von weniger als 20% erreicht. Somit kann in Summe Energie eingespart und damit weitereClinker production plants achieve low efficiencies of less than 20%. This means that overall energy can be saved and thus more
Kohlendioxidemission zur Energieerzeugung vermieden werden. Bevorzugt ist dieCarbon dioxide emissions for energy production can be avoided. This is preferred
Absorptionskältemaschine eine Absorptionskältemaschine auf der Basis vonAbsorption refrigeration machine an absorption refrigeration machine based on
Lithiumbromid oder von Ammoniak. Dieses sind auch die beiden geläufigsten Typen einer Absorptionskältemaschine und dem Fachmann bekannt.Lithium bromide or ammonia. These are also the two most common types of absorption refrigeration machines and are known to those skilled in the art.
In der Absorptionskältemaschine zirkuliert ein Kältemittel in einem geschlossenenIn the absorption refrigeration machine, a refrigerant circulates in a closed
Kreislauf zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich. Im inneren Bereich wird im sogenannten Verdampfer Kältemittel verdampft und dadurch der Umgebung Wärme entzogen und eine Temperatur gesenkt. Das gasförmige Kältemittel wird in den äußeren Bereich geleitet und dort wieder verflüssigt. Bei Absorptionskältemaschinen erfolgt es durch Lösungen, die die Fähigkeit haben, Kältemitteldampf zu binden, das heißt zu absorbieren. Besonders üblich sind Ammoniak und Wasser sowie Wasser undCirculation between the inner and outer areas. In the inner area, refrigerant is evaporated in the so-called evaporator, thereby removing heat from the environment and reducing the temperature. The gaseous refrigerant is led to the outer area and liquefied again there. In absorption refrigeration machines, this is done using solutions that have the ability to bind, i.e. absorb, refrigerant vapor. Particularly common are ammonia and water as well as water and
Lithiumbromid. Dafür weist die Absorptionskältemaschine einen Absorber und einenLithium bromide. For this purpose, the absorption refrigeration machine has an absorber and a
Austreiber auf. Während im Absorber das Lösen unter Abkühlung erfolgt, werden dieExpeller on. While dissolving in the absorber takes place with cooling, the
Komponenten im Austreiber durch Zufuhr von Energie getrennt.Components in the expeller separated by supplying energy.
Wird beispielsweise im Calcinator Biomasse als Brennstoff eingesetzt, so ist es sogar möglich, mehr Kohlendioxid zu binden, als aus nicht regenerativen Quellen stammt und zo damit praktisch sogar Kohlendioxid aus dem Kreislauf zu entfernen und damit nicht nur die Erwärmung nicht weiter zu verstärken, sondern sogar zurückzufahren.For example, if biomass is used as fuel in the calciner, it is even possible to bind more carbon dioxide than comes from non-renewable sources and thus practically remove carbon dioxide from the cycle and thus not only not to further increase the warming, but even to go back.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Gaswärmetauscher zwischen dem Gasauslass des Vorwärmers und derIn a further embodiment of the invention, the first gas heat exchanger is between the gas outlet of the preheater and the
* BE2022/5265* BE2022/5265
Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung angeordnet. Diese Position ist besonders bevorzugt, da hier üblicherweise ein Temperaturunterschied zwischen dem Austritt aus dem Vorwärmer und dem Eintritt in Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung vorliegt.Carbon dioxide separation device arranged. This position is particularly preferred since there is usually a temperature difference between the exit from the preheater and the entry into the carbon dioxide separation device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Produktkühler wenigstens einen ersten Warmgaskühlerauslass auf. Der erste Gaswärmetauscher oder ein zweiterIn a further embodiment of the invention, the product cooler has at least a first warm gas cooler outlet. The first gas heat exchanger or a second
Gaswärmetauscher, wenn der erste Gaswärmetauscher zwischen dem Vorwärmer und der Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung angeordnet ist, ist mit dem erstenGas heat exchanger, if the first gas heat exchanger is arranged between the preheater and the carbon dioxide separation device, is with the first
Warmgaskühlerauslass des Produktkühlers verbunden.Hot gas cooler outlet of the product cooler connected.
Üblicherweise ist der Produktkühler in zwei oder drei Bereiche unterteilt. Ein erster, demTypically the product cooler is divided into two or three areas. A first, dem
Ofen benachbarter Teil, wird mit dem Material aus dem Ofen beschickt. Das durch dasThe part adjacent to the oven is loaded with the material from the oven. That through that
Produkt erwärmte Gas wird dann üblicherweise entsprechend vorgewärmt dem Ofen imProduct heated gas is then usually preheated accordingly in the oven
Gegenstrom zugeführt und dient dort als Sauerstoffquelle für die Verbrennung. Gerade für den Oxyfuel-Betreib erfolgt hier die Kühlung entsprechend mittels beispielsweise eines Kühlgases mit einem Sauerstoffanteilen von mehr als 50%, bevorzugt von mehr als 90 %. Das in dem ersten Bereich vorgekühlte Material wird dann in einem zweitenSupplied in countercurrent and serves as an oxygen source for combustion. Especially for oxyfuel operation, cooling takes place here using, for example, a cooling gas with an oxygen content of more than 50%, preferably more than 90%. The material pre-cooled in the first area is then in a second
Bereich weiter gekühlt. Beispielsweise kann hier normale Luft verwendet werden, was deutlich günstiger als Sauerstoff ist. Diese Luft wird dann über den erstenArea continues to cool. For example, normal air can be used here, which is significantly cheaper than oxygen. This air is then over the first
Warmgaskühlerauslass abgegeben und dem ersten Gaswärmetauscher oder dem zweiten Gaswärmetauscher zugeführt. Das Gas kann dann entweder an die Umgebung abgegeben werden oder dem Calcinator als Verbrennungsgas zugeführt werden.Hot gas cooler outlet delivered and fed to the first gas heat exchanger or the second gas heat exchanger. The gas can then either be released into the environment or fed to the calciner as combustion gas.
Optional kann dann ein dritter Bereich sich an den zweiten Bereich anschließen. Der dritte Bereich weist dann einen zweiten Warmgaskühlerauslass auf. Dieser dritteOptionally, a third area can then connect to the second area. The third area then has a second warm gas cooler outlet. This third one
Bereich wird üblicherweise mit Luft betrieben, die dann final in die Umgebung abgegeben wird. Es ist hierbei auch möglich, insbesondere im zweiten oder drittenThe area is usually operated with air, which is then finally released into the environment. It is also possible here, especially in the second or third
Bereich des Produktkühlers das Kühlgas im Kreislauf zu führen, also durch denTo circulate the cooling gas in the area of the product cooler, i.e. through the
Produktkühler und einen Gaswärmetauscher und wieder zurück in den Produktkühler. zo In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Produktkühler entsprechend wenigstens einen zweiten Warmgaskühlerauslass auf. Weiter weist die Anlage einen dritten Gaswärmetauscher auf. Der dritte Gaswärmetauscher ist mit einem zweitenProduct cooler and a gas heat exchanger and back into the product cooler. zo In a further embodiment of the invention, the product cooler correspondingly has at least one second warm gas cooler outlet. The system also has a third gas heat exchanger. The third gas heat exchanger is with a second one
Warmgaskühlerauslass des Produktkühlers verbunden. Der dritte Gaswärmetauscher ist mit dem Austreiber der Absorptionskältemaschine verbunden. Hierdurch kann derHot gas cooler outlet of the product cooler connected. The third gas heat exchanger is connected to the driver of the absorption chiller. This allows the
> BE2022/5265 größte Teil der im Produktkühler abgegebenen thermischen Energie genutzt werden, entweder direkt durch die Temperatur des dem Ofen zugeführten Gases oder eben zur> BE2022/5265 Most of the thermal energy released in the product cooler is used, either directly through the temperature of the gas supplied to the oven or just for
Nutzung zur Erzeugung von Kälte, sodass selbst diese niederkalorische Energie noch gewinnbringend genutzt werden kann und dadurch der Einsatz höherwertiger Energie, beispielsweise Strom, vermieden werden kann.Use to generate cold, so that even this low-calorie energy can still be used profitably and the use of higher-quality energy, such as electricity, can be avoided.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Gaswärmetauscher oder der zweite Gaswärmetauscher, wenn der erste Gaswärmetauscher zwischen demIn a further embodiment of the invention, the first gas heat exchanger or the second gas heat exchanger, if the first gas heat exchanger is between the
Vorwärmer und der Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung angeordnet ist, und der drittePreheater and the carbon dioxide separation device is arranged, and the third
Gaswärmetauscher mit einer Wärmesammelvorrichtung verbunden. DieGas heat exchanger connected to a heat collection device. The
Wärmesammelvorrichtung ist mit dem Austreiber der Absorptionskältemaschine verbunden. Die Wärmesammelvorrichtung kann beliebig, beispielsweise als Speicher oder als Wärmetauscher ausgebildet sein.Heat collection device is connected to the expeller of the absorption chiller. The heat collection device can be designed in any way, for example as a storage device or as a heat exchanger.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vor zwischen dem Produktkühler und dem Gaswärmetauscher ein Heißgaswärmetauscher angeordnet. DerIn a further embodiment of the invention, a hot gas heat exchanger is arranged between the product cooler and the gas heat exchanger. The
HeiRgaswärmetauscher ist mit einer Turbine und die Turbine mit einem Generator zurHot gas heat exchanger is equipped with a turbine and the turbine with a generator
Stromerzeugung verbunden. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, wenn das Gas denElectricity generation connected. This embodiment is preferred if the gas
Produktkühler mit vergleichsweise hoher Temperatur verlässt, also in der Lage ist hôherwertigen Dampf zu erzeugen. Hat das austretende Gas beispielsweise 500 °C, so kann das Gas in dem HeiRgaswärmetauscher beispielsweise auf 350 °C abgekühlt werden und dabei Dampf erzeugen, der zur effizienten Stromerzeugung verwendet werden kann. Die niederkalorische Restwärme wird dann über den Gaswärmetauscher der Absorptionskältemaschine zugeführt und damit letztendlich effizienter genutzt.Product cooler leaves at a comparatively high temperature, meaning it is able to generate higher quality steam. For example, if the emerging gas is at 500 °C, the gas in the hot gas heat exchanger can be cooled to 350 °C, for example, and thereby generate steam that can be used to efficiently generate electricity. The low-calorie residual heat is then fed to the absorption refrigeration machine via the gas heat exchanger and is ultimately used more efficiently.
Hierbei kann der HeiRgaswärmetauscher beispielsweise dem zweiten Bereich oder dem dritten Bereich des Produktkühlers benachbart sein, also entweder mit dem erstenHere, the hot gas heat exchanger can, for example, be adjacent to the second area or the third area of the product cooler, i.e. either to the first
Warmgaskühlerauslass oder dem zweiten Warmgaskühlerauslass verbunden sein. Ist der erste Warmgaskühlerauslass über den ersten Gaswärmetauscher oder den zweitenWarm gas cooler outlet or the second warm gas cooler outlet. Is the first hot gas cooler outlet via the first gas heat exchanger or the second
Gaswärmetauscher mit dem Calcinator verbunden, so ist der HeiRgaswärmetauscher zo bevorzugt nicht mit dem ersten Warmgaskühlerauslass, sondern dem zweitenGas heat exchanger is connected to the calciner, so the hot gas heat exchanger is preferably not connected to the first hot gas cooler outlet, but to the second
Warmgaskühlerauslass verbunden.Hot gas cooler outlet connected.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Vorwärmer und dem ersten Gaswärmetauscher ein vierter Gaswärmetauscher angeordnet. Der vierteIn a further embodiment of the invention, a fourth gas heat exchanger is arranged between the preheater and the first gas heat exchanger. The fourth
° BE2022/5265° BE2022/5265
Gaswärmetauscher ist mit dem Austreiber der Absorptionskältemaschine verbunden.Gas heat exchanger is connected to the driver of the absorption chiller.
Zwischen dem vierten Gaswärmetauscher und dem ersten Gaswärmetauscher ist wenigstens eine erste Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet. DieAt least one first exhaust gas treatment device is arranged between the fourth gas heat exchanger and the first gas heat exchanger. The
Abgasbehandlungsvorrichtung kann zum Beispiel zur Oxidation von organischenExhaust gas treatment device can, for example, for the oxidation of organic
Verbindungen oder als katalytische Entstickung ausgebildet sein. Ebenso kann es sich um einen Filter, insbesondere um einen Staubfilter handeln. Ebenso kann eine ersteCompounds or be designed as catalytic denitrification. It can also be a filter, in particular a dust filter. Likewise, a first can
Abgasbehandlungsvorrichtung zur Oxidation von organischen Verbindungen und eine zweite Abgasbehandlungsvorrichtung zur katalytischen Entstickung ausgebildet sein.Exhaust gas treatment device for the oxidation of organic compounds and a second exhaust gas treatment device for catalytic denitrification can be designed.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist dieIn a further embodiment of the invention, the
Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung einen Wasserabscheider auf. Durch das Abkühlen wird ein Auskondensieren erreicht und aus der Verbrennung zur Wärmeerzeugung entsteht neben Kohlendioxid üblicherweise auch Wasser. Ebenso kann Wasser beispielsweise über Biomasse als Brennstoff ebenfalls direkt eingetragen werden.Carbon dioxide separation device has a water separator. Cooling causes condensation and combustion to generate heat usually produces water in addition to carbon dioxide. Water can also be added directly as fuel, for example via biomass.
Daher kann es vorteilhaft sein, zuerst das Wasser in einem Wasserabscheider abzutrennen.It can therefore be advantageous to first separate the water in a water separator.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einerIn a further aspect, the invention relates to a method for operating a
Anlage zur Herstellung von Zementklinker und Abtrennung des Kohlendioxids. Alle zuvor für die Anlage bevorzugten Ausführungsformen können auch bevorzugt für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Die Abtrennung des Kohlendioxids erfolgt mittels Kälte. Die Kälte wird mittels einer Absorptionskältemaschine erzeugt. DerPlant for producing cement clinker and separating carbon dioxide. All embodiments previously preferred for the system can also be used preferably for the method according to the invention. The carbon dioxide is separated using cold. The cold is generated using an absorption refrigeration machine. The
Austreiber der Absorptionskältemaschine wird mit einem Wärmeträger, bevorzugtExpeller of the absorption refrigeration machine is preferred with a heat transfer medium
Dampf, mit einer Temperatur von maximal 350 °C betrieben. Der hierfür notwendigeSteam, operated at a maximum temperature of 350 °C. The one necessary for this
Wärmeträger, bevorzugt Dampf, wird durch einen ersten Wärmetauscher erzeugt, wobei der erste Gaswärmetauscher Bestandteil der Anlage zur Herstellung vonHeat transfer medium, preferably steam, is generated by a first heat exchanger, the first gas heat exchanger being part of the system for the production of
Zementklinker ist. Der erste Gaswärmetauscher nutzt also gerade niederkalorischeCement clinker is. The first gas heat exchanger uses low-calorie heat exchangers
Restwärme des Klinkerprozesses, welche sonst nur mit einem noch schlechterenResidual heat from the clinker process, which would otherwise only result in an even worse result
Wirkungsgrad umgewandelt werden könnte. Besonders bevorzugt liegt der zo Wärmeträger, bevorzugt der Dampf, in einem Temperaturbereich von 150 °C bis 350 °C.Efficiency could be converted. The heat transfer medium in question, preferably steam, is particularly preferably in a temperature range of 150 ° C to 350 ° C.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zur Nutzung von Abwärme von mehr als 350 °C vor dem Gaswärmetauscher ein HeiRgaswärmetauscher zurIn a further embodiment of the invention, a hot gas heat exchanger is used in front of the gas heat exchanger to use waste heat of more than 350 ° C
/ BE2022/5265/ BE2022/5265
Abkühlung auf höchstens 350 °C verwendet. Der Heidgaswärmetauscher erzeugt mit einer Turbine und die Turbine mit einem Generator Strom. Somit wird der hochwertigsteCooling to a maximum of 350 °C is used. The hot gas heat exchanger generates electricity with a turbine and the turbine with a generator. This makes it the highest quality
Anteil der Restwärmeenergie in die höchstwertige Energieform Strom umgewandelt und die niederkalorische Restenergie für den Kälteprozess genutzt.The proportion of residual heat energy is converted into the highest-value form of energy, electricity, and the low-calorie residual energy is used for the cooling process.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeträger Dampf. DerIn a further embodiment of the invention, the heat transfer medium is steam. The
Dampf wird mit einem Druck von 2 bis 15 bar, bevorzugt mit 2 bis 5 bar, besonders bevorzugt mit 2 bis 3,5 bar, verwendet.Steam is used at a pressure of 2 to 15 bar, preferably 2 to 5 bar, particularly preferably 2 to 3.5 bar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird dem Ofen und dem Calcinator einIn a further embodiment of the invention, the oven and the calciner are provided with a
Gas mit weniger als 50 % Stickstoff, bevorzugt weniger als 5 % Stickstoff zugeführt.Gas with less than 50% nitrogen, preferably less than 5% nitrogen, is supplied.
Bevorzugt erfolgt die Klinkerherstellung nach dem Oxyfuel-Verfahren.Clinker production is preferably carried out using the oxyfuel process.
In einer weiteren Ausführungsform wird dem Ofen ein Gas mit einem Sauerstoffanteil von bevorzugt wenigstes 50 %, weiter bevorzugt wenigstens 95 % zugeführt.In a further embodiment, the oven is supplied with a gas with an oxygen content of preferably at least 50%, more preferably at least 95%.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Anlage so betrieben, dass derIn a further embodiment of the invention, the system is operated in such a way that the
Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung ein Gasstrom mit wenigstens 70 % Kohlendioxid bezogen auf das trockene Gas zugeführt wird.Carbon dioxide separation device a gas stream with at least 70% carbon dioxide based on the dry gas is supplied.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anlage anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The system according to the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawings.
Fig. 1 erste beispielhafte AusführungsformFig. 1 first exemplary embodiment
Fig. 2 zweite beispielhafte AusführungsformFig. 2 second exemplary embodiment
Fig. 3 dritte beispielhafte AusführungsformFig. 3 third exemplary embodiment
Fig. 4 vierte beispielhafte AusführungsformFig. 4 fourth exemplary embodiment
In Fig. 1 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform gezeigt. Das Rohmaterial 100 wird zo In den Vorwärmer 1 eingebracht und dort erwärmt. Der vorgewärmte Materialstrom 101 wird in den Calcinator 2 überführt. Dem Calcinator 2 wird über dieA first exemplary embodiment is shown in FIG. The raw material 100 is introduced into the preheater 1 and heated there. The preheated material stream 101 is transferred to the calciner 2. The Calcinator 2 is supplied via the
Calcinatorbrennstoffzufuhr 501 Brennstoff zugeführt. Des Weiteren wird dem Calcinator 2 über die Tertiärluftleitung 301 im Produktkühler, genauer im zweiten Kühlerbereich 4b vorgewärmte Luft zugeführt. Der calcinierte Materialstrom 102 wir dem Ofen 3,Calcinator fuel supply 501 fuel supplied. Furthermore, preheated air is supplied to the calciner 2 via the tertiary air line 301 in the product cooler, more precisely in the second cooler area 4b. The calcined material stream 102 is sent to the furnace 3,
° BE2022/5265 insbesondere einem Drehrohrofen zugeführt. Dem Ofen 3 wird über die° BE2022/5265 is fed in particular to a rotary kiln. The oven 3 is about the
Ofenbrennstoffzufuhr 500 Brennstoff zugeführt. Weiter wird dem Ofen 3 über dieFurnace fuel supply 500 fuel supplied. Next is the oven 3 over the
Sekundärluftzufuhr 201 Luft zugeführt, welche im Produktkühler, genauer im erstenSecondary air supply 201 air is supplied, which is in the product cooler, more precisely in the first
Kühlerbereich 4a, vorgewärmt wurde. Zusätzlich kann dem Ofen 3 über eineRadiator area 4a was preheated. In addition, the oven can have 3 over one
Primärluftzufuhr Gas zugeführt werden. Der gebrannte Klinkerstrom 103a wird in denPrimary air supply gas is supplied. The burned clinker stream 103a is in the
Produktkühler, genauer in den ersten Kühlerbereich 4a überführt. Dort wird der Klinker mit der aus der ersten Kühlergaszufuhr 250 zugeführten Luft, gekühlt. Während die Luft aus dem ersten Kühlerbereich 4a wie bereits beschrieben dem Ofen 3 über dieProduct cooler, more precisely transferred to the first cooler area 4a. There the clinker is cooled with the air supplied from the first cooler gas supply 250. While the air from the first cooler area 4a is fed to the oven 3 via the as already described
Sekundärluftzufuhr 201 zugeführt. Der teilweise abgekühlte Klinkerstrom 103b wird in den zweiten Kühlerbereich 4b überführt, wo der Klinker mit dem durch die zweiteSecondary air supply 201 supplied. The partially cooled clinker stream 103b is transferred to the second cooler area 4b, where the clinker passes through the second
Kühlergaszufuhr 260 zugeführten Luft weiter abgekühlt wird. Anschließend wird derCooler gas supply 260 supplied air is further cooled. Then the
Klinkerstrom 103c in den dritten Kühlerbereich 4c überführt und dort mit der durch dieClinker stream 103c is transferred to the third cooler area 4c and there with the through the
Kühlergaszufuhr 400 zugeführten Luft abgekühlt. Der kalte Produktstrom 105 verlässt die Anlage. Im Gegenstrom zu diesem Materialstrom wird das heiße Gas aus dem Ofen 3 über die Ofengaszufuhr 202 im Calcinator 2 zugeführt. Das heiße Gas aus demCooled air supplied to the cooler gas supply 400. The cold product stream 105 leaves the system. In countercurrent to this material flow, the hot gas from the furnace 3 is supplied via the furnace gas supply 202 in the calciner 2. The hot gas from the
Calcinator 2 wird über die Calcinatorabgasleitung 203 in den Vorwärmer 1 überführt und verlässt abgekühlt den Vorwärmer 1 als Vorwärmerabgasstrom 204a.Calciner 2 is transferred to the preheater 1 via the calciner exhaust line 203 and, cooled, leaves the preheater 1 as a preheater exhaust gas stream 204a.
Um nun das Kohlendioxid aus dem Vorwärmerabgasstrom 204a teilweise oder vollständig abzuscheiden, weist die Anlage eine Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung 9 auf. Die Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung 9 ist über einen Kältemittelkreislauf 804 mit einer Absorptionskältemaschine 8e verbunden. Mittels der Kälte wird in derIn order to partially or completely separate the carbon dioxide from the preheater exhaust gas stream 204a, the system has a carbon dioxide separation device 9. The carbon dioxide separation device 9 is connected to an absorption refrigerator 8e via a refrigerant circuit 804. The cold is used in the
Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung 9 zunächst Wasser in einem Wasserabscheider abgeschieden und anschließend das Kohlendioxid verflüssigt. Das Kohlendioxid wird als Kohlendioxidstrom 902 abgegeben und kann entweder gelagert oder umgesetzt werden. Übrig bleibt der Restabgasstrom 901, welcher an die Atmosphäre abgegeben werden kann.Carbon dioxide separation device 9 first separates water in a water separator and then liquefies the carbon dioxide. The carbon dioxide is released as carbon dioxide stream 902 and can either be stored or converted. What remains is the residual exhaust gas stream 901, which can be released into the atmosphere.
Entscheidend ist nun, dass die Absorptionskältemaschine 8e derart betrieben wird, zo dass sonst nicht nutzbare Energie für den Abscheideprozess genutzt wird. Hierzu weist die Anlage einen ersten Gaswärmetauscher 8f, einen zweiten Gaswärmetauscher 8b und einen dritten Gaswärmetauscher 8c auf. Der erste Gaswärmetauscher 8f ist zwischen dem Vorwärmer 1 und der Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung 9 angeordnet, der zweite Gaswärmetauscher 8b ist mit dem zweiten Kühlerbereich 4b verbunden undWhat is now crucial is that the absorption refrigeration machine 8e is operated in such a way that otherwise unusable energy is used for the deposition process. For this purpose, the system has a first gas heat exchanger 8f, a second gas heat exchanger 8b and a third gas heat exchanger 8c. The first gas heat exchanger 8f is arranged between the preheater 1 and the carbon dioxide separation device 9, the second gas heat exchanger 8b is connected to the second cooler area 4b and
) BE2022/5265 der dritte Gaswärmetauscher 8c ist mit dem dritten Kühlerbereich 4c verbunden. Im gezeigten Beispiel sind der zweite Gaswärmetauscher 8b über einen ersten) BE2022/5265 the third gas heat exchanger 8c is connected to the third cooler area 4c. In the example shown, the second gas heat exchanger 8b is connected to a first one
Wärmeträgerkreislauf 801 und der dritte Gaswärmetauscher 8c über einen zweitenHeat transfer circuit 801 and the third gas heat exchanger 8c via a second
Wärmeträgerkreislauf 802 mit einem Sammelwärmetauscher 8d verbunden. Der s Sammelwärmetauscher 8d ist dann über einen dritten Wärmeträgerkreislauf 803 mit derHeat transfer circuit 802 connected to a collection heat exchanger 8d. The s collection heat exchanger 8d is then connected via a third heat transfer circuit 803
Absorptionskältemaschine Be, insbesondere mit dem Austreiber derAbsorption refrigeration machine Be, especially with the expeller
Absorptionskältemaschine 8e, verbunden. Der erste Gaswärmetauscher 8f ist über einen vierten Wärmeträgerkreislauf 805 mit der Absorptionskältemaschine 8e, insbesondere mit dem Austreiber der Absorptionskältemaschine 8e, verbunden.Absorption chiller 8e, connected. The first gas heat exchanger 8f is connected via a fourth heat transfer circuit 805 to the absorption refrigeration machine 8e, in particular to the driver of the absorption refrigeration machine 8e.
Im gezeigten Beispiel ist zwischen dem dritten Kühlerbereich 4c und dem drittenIn the example shown there is between the third cooler area 4c and the third
Wärmetauscher 8c ein HeiRgaswärmetauscher 8a angeordnet. Beispielsweise verlässt der Kühlerabluftstrom 401 den dritten Kühlerbereich 4c mit 300 °C. In diesem Fall wird im HeiRgaswärmetauscher 8a Dampf erzeugt, der mit einer nicht gezeigten Turbine und einem nicht gezeigten Generator in Strom umgewandelt wird. Dabei wird derHeat exchanger 8c, a hot gas heat exchanger 8a is arranged. For example, the cooler exhaust air flow 401 leaves the third cooler area 4c at 300 ° C. In this case, steam is generated in the hot gas heat exchanger 8a, which is converted into electricity using a turbine (not shown) and a generator (not shown). The
Kühlerabluftstrom 401 beispielsweise auf 200 °C abgekühlt und dann in den drittenCooler exhaust air stream 401, for example, cooled to 200 ° C and then into the third
Gaswärmetauscher 8c geführt.Gas heat exchanger 8c guided.
Im gezeigten Beispiel wird weiter ein Teil des Vorwärmerabgasstrom 204a an dieIn the example shown, part of the preheater exhaust gas stream 204a is sent to the
Umgebung abgegeben, beispielsweise, weil im Calcinator 2 Biomasse als Brennstoff verwendet wird und daher das Kohlendioxid nur teilweise abgetrennt werden soll. Es wird daher nur ein Vorwärmerabgasteilstrom 204c in dieEnvironment, for example because biomass is used as fuel in the Calciner 2 and therefore the carbon dioxide should only be partially separated. Therefore, only a partial preheater exhaust gas stream 204c is introduced into the
Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung 9 geleitet.Carbon dioxide separation device 9 passed.
Eine zweite beispielhafte Ausführungsform ist in Fig. 2 gezeigt. Diese unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass hinter dem erstenA second exemplary embodiment is shown in FIG. 2. This differs from the first exemplary embodiment in that behind the first
Gaswärmetauscher 8f ein mit Kohlendioxid angereicherter Kreislaufgasstrom 204b abgetrennt wird und in eine Zwischenkonditionierung 5, beispielsweise einen Filter, einen Gasmischer, einen Kondensator oder einen Sprühturm geleitet wird. Von dort zo Wird der Kreislaufgasstrom in einen Gasmischer 6 geleitet, wo dieser mit der Gaszufuhr 200, insbesondere mit Sauerstoff mit weniger als 5% Stickstoff, vermischt wird. Von hier wird das Gasgemisch dem ersten Kühlerbereich 4a über eine ersteGas heat exchanger 8f, a cycle gas stream 204b enriched with carbon dioxide is separated and passed into an intermediate conditioning 5, for example a filter, a gas mixer, a condenser or a spray tower. From there, the circulating gas stream is passed into a gas mixer 6, where it is mixed with the gas supply 200, in particular with oxygen with less than 5% nitrogen. From here, the gas mixture is supplied to the first cooler area 4a via a first
Mischgaszuführung 601 und dem zweiten Kühlerbereich 4b über eine zweiteMixed gas supply 601 and the second cooler area 4b via a second
Mischgaszuführung 602 zugeführt. Insbesondere kann der Gasmischer 6 so eingestellt sein, dass die Zusammensetzung in der ersten Mischgaszuführung 601 einen höherenMixed gas supply 602 supplied. In particular, the gas mixer 6 can be set so that the composition in the first mixed gas supply 601 has a higher
Sauerstoffanteil aufweist als in der zweiten Mischgaszuführung 602.Oxygen content than in the second mixed gas supply 602.
Fig. 3 zeigt eine dritte beispielhafte Ausführungsform. Diese Unterscheidet sich dadurch, dass der Kreislaufgasstrom 204b nach der Zwischenkonditionierung 5 alsFig. 3 shows a third exemplary embodiment. This differs in that the circulating gas stream 204b after the intermediate conditioning 5 as
Kühlergaszufuhr 300 ausschließlich und direkt dem zweiten Kühlerbereich 4b zugeführt wird. Dem ersten Kühlerbereich wird wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform über die Gaszufuhr bevorzugt Sauerstoff mit weniger als 5% Stickstoff zugeführt.Cooler gas supply 300 is supplied exclusively and directly to the second cooler area 4b. As in the first exemplary embodiment, oxygen with less than 5% nitrogen is preferably supplied to the first cooler area via the gas supply.
Dieses hat den Vorteil, dass das zurückgeführte Inertgas im Calcinator 2 und imThis has the advantage that the recirculated inert gas in the calciner 2 and in
Vorwärmer als Trägergas für das mineralische Material zur Verfügung steht.Preheater is available as a carrier gas for the mineral material.
Die in Fig. 4 gezeigte vierte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass zum einen, dass derThe fourth exemplary embodiment shown in FIG. 4 differs from the first exemplary embodiment in that, on the one hand,
HeiRgaswärmetauscher 8a zwischen dem zweiten Kühlerbereich 4b und den zweiten 5 Gaswärmetauscher 8b angeordnet ist und nicht zwischen dem dritten Kühlerbereich 4c und den dritten Gaswärmetauscher 8c. Weiter wird der Gasstrom hinter dem zweitenHot gas heat exchanger 8a is arranged between the second cooler area 4b and the second 5 gas heat exchanger 8b and not between the third cooler area 4c and the third gas heat exchanger 8c. The gas flow continues behind the second
Gaswärmetauscher 8b als Kühlerabluftstrom 401 abgeführt, beispielsweise an dieGas heat exchanger 8b discharged as cooler exhaust air flow 401, for example to the
Atmosphäre abgegeben und nicht in den Calcinator 2 geleitet. Der entscheidendeAtmosphere released and not passed into the Calcinator 2. The decisive one
Unterscheid ist somit, dass durch die alleinige Zuführung von vorzugsweise reinemThe difference is that the sole supply of preferably pure
Sauerstoff über die Gaszufuhr 200 der Gasstrom im Calcinator 2 und im Vorwärmer 1 im Vergleich zu herkömmlichen, mit Luft arbeitenden Anlagen deutlich geringer ist, was wiederum bedeutet, dass der Calcinator 2 und der Vorwärmer 1 auf die höhereOxygen via the gas supply 200 the gas flow in the calciner 2 and in the preheater 1 is significantly lower compared to conventional systems that work with air, which in turn means that the calciner 2 and the preheater 1 are at the higher
Tragfähigkeit für mineralisches Material bereits ausgelegt sein müssen.Load-bearing capacity for mineral material must already be designed.
Bezugszeichen 1 Vorwärmer 2 Calcinator 3 Ofen 4a erster Kühlerbereich 4b zweiter Kühlerbereich 4c dritter Kühlerbereich 5 Zwischenkonditionierung 6 Gasmischer 8a Heikgaswärmetauscher 8b zweiter Gaswärmetauscher 8c dritter Gaswärmetauscher 8d Sammelwärmetauscher 8e Absorptionskältemaschine 8f erster Gaswärmetauscher 9 Kohlendioxidabtrennungsvorrichtung 100 Rohmaterial 101 vorgewärmte Materialstrom 102 calcinierte Materialstrom 103a Klinkerstrom 103b Klinkerstrom 103c Klinkerstrom 103b Ofenbrennstoffzufuhr 105 Produktstrom 3 200 Gaszufuhr 201 Sekundärluftzufuhr 202 Ofengaszufuhr 203 Calcinatorabgasleitung 204a Vorwärmerabgasstrom zo 204b Kreislaufgasstrom 204c Vorwärmerabgasteilstrom 250 erste Kühlergaszufuhr 260 zweite Kühlergaszufuhr 300 KühlergaszufuhrReference number 1 preheater 2 calciner 3 furnace 4a first cooler area 4b second cooler area 4c third cooler area 5 intermediate conditioning 6 gas mixer 8a hot gas heat exchanger 8b second gas heat exchanger 8c third gas heat exchanger 8d collection heat exchanger 8e absorption refrigeration machine 8f first gas heat exchanger 9 carbon dioxide separation device 100 raw material 101 pre heated material stream 102 calcined material stream 103a clinker stream 103b clinker stream 103c Clinker stream 103b kiln fuel supply 105 product stream 3 200 gas supply 201 secondary air supply 202 kiln gas supply 203 calciner exhaust gas line 204a preheater exhaust gas flow zo 204b circulation gas flow 204c preheater exhaust gas partial flow 250 first cooler gas supply 260 second cooler gas supply 300 cooler gas supply
301 Tertiärluftleitung 400 Kühlergaszufuhr 401 Kühlerabluftstrom 500 Ofenbrennstoffzufuhr 501 Calcinatorbrennstoffzufuhr 601 erste Mischgaszuführung 602 zweite Mischgaszuführung 801 erster Wärmeträgerkreislauf 802 zweiter Wärmeträgerkreislauf 803 dritter Wärmeträgerkreislauf 804 Kältemittelkreislauf 805 vierter Wärmeträgerkreislauf 901 Restabgasstrom 902 Kohlendioxidstrom301 tertiary air line 400 cooler gas supply 401 cooler exhaust air flow 500 furnace fuel supply 501 calciner fuel supply 601 first mixed gas supply 602 second mixed gas supply 801 first heat transfer circuit 802 second heat transfer circuit 803 third heat transfer circuit 804 refrigerant circuit 805 fourth heat transfer circuit 901 residual exhaust gas flow 902 carbon dioxide flow
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| FG | Patent granted |
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