DE102008023899B4

DE102008023899B4 - Verfahren und Anlage zur Reduzierung der CO2 -Emission bei der Herstellung von Zementklinker

Info

Publication number: DE102008023899B4
Application number: DE102008023899A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Kreft
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2028-05-17
Also published as: DE102008023899A1

Abstract

Verfahren zur Reduzierung der CO₂-Emission bei der Herstellung von Zementklinker,
– wobei eine kalkreiche und eine kalkarme Materialkomponente in separaten Vorwärmern (1, 3) vorgewärmt,
– in einem Calcinator (5) calciniert
– und anschließend in einem Ofen (6) zu Zementklinker (8) gebrannt wird,
– der nachfolgend in einem Kühler (9) abgekühlt wird,
– wobei die Abgase des Calcinators (5) im Vorwärmer (1) für die Vorwärmung der kalkreichen Materialkomponente
– und die Abgase des Ofens (6) im Vorwärmer (3) für die Vorwärmung der kalkarmen Materialkomponente genutzt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Calcinator (5) für die Verbrennung von Brennstoff über Mittel (16) reiner Sauerstoff zugeführt wird, so dass Calcinatorabgas entsteht, das überwiegend Kohlendioxid sowie Wasserdampf enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Reduzierung der CO₂-Emission bei der Herstellung von Zementklinker, wobei Rohmaterial vorgewärmt, calciniert und anschließend in einem Ofen zu Zementklinker gebrannt wird, der nachfolgend in einem Kühler abgekühlt wird.
Eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit Vorwärmer, Calcinator, Drehrohrofen und Kühler ist beispielsweise aus der DE 100 13 929 C2 bekannt. In der DE 32 44 943 A1 wird ein Verfahren zum Brennen von Zementklinker aus unterschiedlichen mineralischen Grundstoffen beschrieben, wobei die Grundstoffe nach getrennter Aufbereitung und in separaten Vorwärmaggregaten thermisch vorbehandelt werden, bevor sie zur Klinkerreaktion vereinigt und in einem Drehrohrofen gargebrannt werden. Dabei wird das eine Aggregat von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmt, während das andere Aggregat neben einem Vorwärmer einen von den Abgasen eines Kühlers durchströmten Calcinator und einen daran angeschlossenen Schmelzreaktor umfasst. Das im Vorwärmer vorgewärmte Rohmehl wird in den Calcinator eingebracht und vom Abgas des Kühlers in den Schmelzreaktor eingetragen, von wo das Material in den Drehrohrofen gelangt.
Bei der Herstellung von Zementklinker entstehen ca. 4,53 t CO₂/t Klinker aus der Entsäuerung des Kalksteins und ca. 0,28 t CO₂/t Klinker aus der Brennstoffverbrennung im Brennprozess. Diese Kohlendioxidmengen (0,81 t CO₂/t Klinker) werden bisher über das Abgas in die Atmosphäre emittiert, wenngleich die klimaschädliche Wirkung des Kohlendioxids allgemein bekannt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die CO₂-Emissionen bei der Zementklinkerherstellung drastisch zu reduzieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Zementklinker wird eine kalkreiche und eine kalkarme Materialkomponente in separaten Vorwärmern vorgewärmt. Anschließend werden die Materialkomponenten in einem Calcinator calciniert und in einem Ofen zu Zementklinker gebrannt, der nachfolgend in einem Kühler abgekühlt wird. Die Abgase des Calcinators werden dabei im Vorwärmer für die kalkreiche Materialkomponente und die Abgase des Ofens im Vorwärmer für die kalkarme Materialkomponente genutzt. Dem Calcinator wird für die Verbrennung von Brennstoff reiner Sauerstoff zugeführt, sodass Calcinatorabgas entsteht, das überwiegend Kohlendioxid sowie Wasserdampf enthält.
Bei der kalkarmen Materialkomponente handelt es sich insbesondere um Ton der keinen bzw. einen zu vernachlässigenden Anteil an CO₂ enthält. Durch die Verbrennung des Brennstoffs mit reinem Sauerstoff im Calcinator entsteht ein Calcinatorabgas, welches im Wesentlichen nur Kohlendioxid und Wasserdampf enthält. Nach der Entstaubung und Entwässerung dieses Abgases besteht das Abgas zu mehr als 95% aus Kohlendioxid und kann dadurch mit vergleichsweise geringem Aufwand separat entsorgt werden.
Der Ofen wird üblicherweise mit Luft betrieben, sodass das Abgas unter anderem auch Luftstickstoff enthält. Darüber hinaus entsteht die dreifache Abgasmenge, sodass eine separate Entsorgung nicht mehr wirtschaftlich wäre.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des obigen Verfahrens besteht im Wesentlichen aus einem ersten Vorwärmer zum Vorwärmen einer kalkreichen Materialkomponente und einem zweiten Vorwärmer zum Vorwärmen einer kalkarmen Materialkomponente, einem Calcinator zur Calcination der vorgewärmten Materialkomponente, einem Ofen zum Brennen der calcinierten Materialkomponenten zu Zementklinker sowie einem Kühler zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers. Der erste Vorwärmer ist dabei an eine Abgasleitung des Calcinators und der zweite Vorwärmer an eine Abgasleitung des Ofens angeschlossen. Der Calcinator weist weiterhin Mittel zum Zuführen von Brennstoff und Mittel zum Zuführen von reinem Sauerstoff auf.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Vorwärmer jeweils einen Materialausgang zum Abführen der vorgewärmten Materialkomponenten auf, wobei die Materialausgänge mit dem Calcinator zum Zuführen der vorgewärmten Materialkomponenten und zur gemeinsamen Calcination in Verbindung stehen.
Weiterhin sind Mittel zum Rezirkulieren wenigstens eines Teils der Abgases des ersten Vorwärmers zum Calcinator vorgesehen. Calcinatoren bei der Zementherstellung sind üblicherweise so ausgebildet, dass das zugeführte vorgewärmte Material mit einem heißen Gasstrom in Kontakt kommt, der zum einen die Wärmebehandlung und zum anderen den Transport des feinkörnigen Gutes gewährleistet. Üblicherweise werden hierzu die Abgase des Ofens dem Calcinator zugeführt. Damit die Abgase des Calcinators nicht durch den in den Abgasen des Ofens enthaltenen Luftstickstoff verunreinigt werden, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgeschlagen, wenigstens einen Teil der Abgase des ersten Vorwärmers zum Calcinator zu rezirkulieren.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Mittel zum Rezirkulieren einen Wärmetauscher zum Aufheizen des Abgases umfassen. Dieser Wärmetauscher kann insbesondere mit der Tertiärluft des Kühlers betrieben werden.
Dem ersten Vorwärmer ist weiterhin ein Filter zur Entstaubung und ein Entfeuchter zur Entwässerung des Abgases nachgeschaltet. Auch der zweite Vorwärmer weist einen separaten Filter zur Entstaubung auf.
Nach dem Entfeuchter weist das Abgas einen Gehalt von mehr als 95% CO₂ auf. Dieses Abgas kann dann in geeigneter Art und Weise, insbesondere nach einer Verdichtung, einem Endlager zugeführt werden. Mit der erfindungsgemäßen Anlage bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt der Anteil des emittierten Kohlendioxids nur noch 0,15 t CO₂/t Klinker, dies entspricht eine Emissionsminderung von über 80% gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker dargestellt.
Die Anlage besteht im Wesentlichen aus einem ersten Vorwärmer 1 zum Vorwärmen einer kalkreichen Materialkomponente 2, einem zweiten Vorwärmer 3 zum Vorwärmen einer kalkarmen Materialkomponente 4, einem Calcinator 5 zum Calcinieren der beiden vorgewärmten Materialkomponenten 2', 4', einem Ofen 6 zum Brennen des calcinierten Rohmaterials 7 zu Zementklinker 8 sowie einem Kühler 9 zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers.
Der erste Vorwärmer 1 steht mit einer Abgasleitung 5a des Calcinators 5 in Verbindung, während der zweite Vorwärmer 3 an eine Abgasleitung 6a des Ofens 6 angeschlossen ist.
Der gebrannte Zementklinker 8 wird im Kühler üblicherweise mit Luft 10 gekühlt. Der gekühlte Zementklinker 11 verlässt den Kühler und wird einer entsprechenden Weiterverarbeitung zugeführt. Das heiße Abgas des Kühlers, insbesondere die Tertiärluft 12 wird dem Ofen als Verbrennungsluft für den dort über Mittel 13 ebenfalls eingeführten Brennstoff zugeführt.
Der Calcinator 5 weist Mittel 14 zum Zuführen von Brennstoff, Mittel 15 zum Zuführen von reinem Sauerstoff für die Verbrennung sowie Mittel 16 zum Zuführen eines Trägergases auf. Weiterhin werden dem Calcinator die zu calcinierenden, in den beiden Vorwärmern 1, 3 vorgewärmten Materialkomponenten 2', 4' aufgegeben. Am Ende des Calcinators wird das calcinierte Rohmaterial 7 vom Abgas des Calcinators getrennt und dem Ofen 6 zugeführt. Das Abgas, welches aufgrund der Verbrennung des Brennstoffs mit reinem Sauerstoff im Wesentlichen nur Kohlendioxid und Wasserdampf enthält, wird als Vorwärmergas dem ersten Vorwärmer 1 zugeführt.
Das Abgas 17 des Vorwärmers 1 wird über Mittel 18 zumindest teilweise als Wälzgas zum Calcinator rezirkuliert, um dort über die Mittel 16 als Trägergas aufgegeben zu werden. Die Mittel 18 zum Rezirkulieren des Abgases 17 weisen ferner einen Wärmetauscher 18a auf, der an eine Tertiärluftleitung 19 des Kühlers 9 angeschlossen ist.
Die den Wärmetauscher 18a verlassende Tertiärluft 20 kann gegebenenfalls mit einem Teil der Abgase des Ofens zu Trocknungszwecken oder anderweitigen Abwärmenutzung (zum Beispiel zur Stromerzeugung) verwendet werden.
Der nicht als Wälzgas rezirkulierte Teil des Abgases des ersten Vorwärmers 1 wird ausgeschleust und einem Filter 21 zur Entstaubung zugeführt. Das entstaubte Abgas wird nachfolgend in einem Entfeuchter 22 entwässert. Das entstaubte und entwässerte Abgas 23 enthält dann mehr als 95% CO₂ und kann in geeigneter Weise entsorgt werden.
Auch dem zweiten Vorwärmer 3 ist ein Filter 24 zur Entstaubung des Vorwärmerabgases nachgeschaltet. Diese Abgas enthält aber nur noch einen Bestandteil von etwa 0,15 t CO₂/t Klinker.
Über einen Bypass 26 können Schadstoffe aus dem Ofensystem ausgeschleust werden.
Mit der oben beschriebenen Anlage lässt sich somit eine Emissionsminderung von über 80% erreichen. Eine weitere Reduzierung lässt sich dann erreichen, wenn für den Brennstoff im Ofen Wasserstoff verwendet wird.

Claims

Verfahren zur Reduzierung der CO₂-Emission bei der Herstellung von Zementklinker, – wobei eine kalkreiche und eine kalkarme Materialkomponente in separaten Vorwärmern (1, 3) vorgewärmt, – in einem Calcinator (5) calciniert – und anschließend in einem Ofen (6) zu Zementklinker (8) gebrannt wird, – der nachfolgend in einem Kühler (9) abgekühlt wird, – wobei die Abgase des Calcinators (5) im Vorwärmer (1) für die Vorwärmung der kalkreichen Materialkomponente – und die Abgase des Ofens (6) im Vorwärmer (3) für die Vorwärmung der kalkarmen Materialkomponente genutzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Calcinator (5) für die Verbrennung von Brennstoff über Mittel (16) reiner Sauerstoff zugeführt wird, so dass Calcinatorabgas entsteht, das überwiegend Kohlendioxid sowie Wasserdampf enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden vorgewärmten Materialkomponenten gemeinsam im Calcinator (5) calciniert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (17) des Vorwärmers (1) für die kalkreiche Materialkomponente zumindest teilweise zum Calcinator (5) rezirkuliert und dort als Trägergas aufgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Abgases (17) des Vorwärmers für die kalkreiche Materialkomponente entstaubt und entfeuchtet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Calcinator so betrieben wird und das Abgas (17) derart entstaubt und entfeuchtet wird, dass das Abgas des Calcinators einen Gehalt von mehr als 95% CO₂ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Calcinator (5) rezirkulierte Abgas des Vorwärmers (1) in einem Wärmetauscher (18a) mit Tertiärluft des Kühlers (9) aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tertiärluft (20) nach dem Wärmetauscher (18a) zur Trocknung von Material und/oder zur Stromerzeugung verwendet wird.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit – wenigstens einem ersten (1) und einem zweiten Vorwärmer (3) zum Vorwärmen von Rohmaterial, – einem Calcinator (5) zur Calcination des vorgewärmten Rohmaterials, – einem Ofen (6) zum Brennen des calcinierten Rohmaterials (7) zu Zementklinker sowie – einem Kühler (9) zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers (8), wobei der wenigstens eine erste Vorwärmer (1) für eine kalkreiche Materialkomponente (2) und der zweiter Vorwärmer (3) für eine kalkarme Materialkomponente (4) vorgesehen sind, und wobei der wenigstens eine erste Vorwärmer (1) an eine Abgasleitung (5a) des Calcinators (5) und der zweite Vorwärmer (3) an eine Abgasleitung (6a) des Ofens (6) angeschlossen sind und der Calcinator Mittel (14) zum Zuführen von Brennstoff und Mittel (15) zum Zuführen von reinem Sauerstoff aufweist.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmer (1, 3) jeweils einen Materialausgang zum Abführen der vorgewärmten Materialkomponenten (2', 4') aufweisen, wobei die beiden Materialausgänge mit dem Calcinator (5) zum Zuführen der vorgewärmten Materialkomponenten in Verbindung stehen.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (18) zum Rezirkulieren wenigstens eines Teils der Abgase (17) des ersten Vorwärmers (1) zum Calcinator (5) vorgesehen sind.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (18) zum Rezirkulieren wenigstens eines Teils der Abgase (17) des ersten Vorwärmers (1) vorgesehen sind, die einen Wärmetauscher (18a) zum Aufheizen des Abgases umfassen.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (18a) an eine Tertiärluftleitung (19) des Kühlers (9) angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Vorwärmer (1) ein Filter (21) zur Entstaubung nachgeschaltet ist.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Filter (21) ein Entfeuchter (22) zur Entwässerung des Abgases nachgeschaltet ist.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Vorwärmern (1, 3) jeweils ein separater Filter (21, 24) zur Entstaubung nachgeschaltet ist.