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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von CO2-Reichgas enthaltend einen Flugstromreaktor, einen Drehrohrofen, der mit dem Flugstromreaktor verbunden und nachgeschaltet ist, einen mit dem Drehrohrofen verbundenen Zyklonvorwärmer, wobei der Zyklonvorwärmer dem Drehrohrofen nachgeschaltet ist sowie einen Kamin, der dem Zyklonvorwärmer nachgeschaltet ist und über den das bei der Herstellung eines Klinkers anfallende Abgas aus der Anlage entfernbar ist.
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In Zementwerken werden Rohmaterialien wie Kalkstein (als Quelle für Calciumoxid), Ton (als Quelle für Siliziumdioxid und Aluminiumoxid), Sand (als Quelle für Siliziumdioxid) und Eisenerz (als Quelle für Eisen(III)-oxid) gebrannt und anschließend unter Beimengung von Gips, der die Aushärtegeschwindigkeit verzögert, fein vermahlen. Dazu werden diese Rohmaterialien im Zementwerk zuerst in einer Rohmühle vermahlen und dabei gleichzeitig getrocknet. Das dabei entstehende Rohmehl wird dann in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von ca. 1400 bis 1450°C zu Klinker gebrannt, wobei als Abgas CO2 entsteht. Dieses Abgas wird ungenutzt an die Umwelt abgegeben. Nach dem Brennen wird der Klinker in einem Kühler auf eine Temperatur von unter 200°C heruntergekühlt. Die dabei entstehenden graubraunen Granalien werden anschließend in einer Kugelmühle zusammen mit Gips oder Anhydrit zu Zement vermahlen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aus dem beim Klinkerherstellungsprozess entstehenden CO2 ein CO2-Reichgas zu erzeugen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- [A01] Die Erfindung betrifft somit eine Anlage zur Herstellung von CO2-Reichgas. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Anlage um eine Anlage zur Herstellung von Klinker. Diese Anlage umfasst einen Flugstromreaktor sowie einen Drehrohrofen, der mit dem Flugstromreaktor verbunden und diesem nachgeschaltet ist. Möglich ist auch, dass der Flugstromreaktor ein Teil des Drehrohrofens ist. Der Drehrohrofen ist mit einem Zyklonvorwärmer verbundenen, wobei der Zyklonvorwärmer dem Drehrohrofen nachgeschaltet ist. Die Anlage weist auch einen Kamin auf, der dem Zyklonvorwärmer nachgeschaltet ist und über den zumindest ein Teil des bei der Herstellung des Klinkers anfallenden Abgases aus der Anlage entfernbar ist. Die Anlage weist zudem ein Steuerungsventil auf, das zwischen dem Zyklonvorwärmer und dem Kamin angeordnet ist, und mit dem das Abgas zumindest teilweise in einen in der Anlage angeordneten Wärmetauscher zurückführbar ist. Durch das Zurückführen eines Teils des Abgases, vorzugsweise 40 bis 60% des gesamten Abgases, ist es möglich, ein CO2-Reichgas zu erzeugen, ohne dass sich die thermischen und hydraulischen Bedingungen des Gesamtprozesses gravierend ändern. Durch das Bereitstellen eines Wärmetauschers kann den Wärmeverhältnissen des Drehrohrofens bzw. des Zyklonvorwärmers Rechnung getragen werden, da das Abgas mit der entsprechenden Temperatur dem Drehrohrofen bzw. dem Zyklonvorwärmer zugeführt wird.
- [A02] Bevorzugt weist die Anlage eine erste Gasleitung auf, die an dem Wärmetauscher angeordnet ist und über die das aus dem Flugstromreaktor kommende Abgas in den Zyklonvorwärmer einspeisbar ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Gas, das aus dem Wärmetauscher kommt und eine Temperatur von etwa 950°C besitzt, mit Abgas aus dem Drehrohrofen, das eine Temperatur von etwa 1150°C besitzt, in dem Zyklonvorwärmer vermischt.
- [A03] In einer bevorzugten Ausführungsform verbindet diese erste Gasleitung den Wärmetauscher direkt mit dem Zyklonvorwärmer. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine einfach zu realisierende Variante, bei der das etwas kühlere Gas aus dem Wärmetauscher mit dem heißeren Gas aus dem Drehrohrofen in dem Zyklonvorwärmer vermischt wird.
- [A04] In einer weiteren Ausführungsform ist diese erste Gasleitung mit einer zweiten Gasleitung verbunden ist, wobei die zweite Gasleitung den Drehrohrofen mit dem Zyklonvorwärmer verbindet, wobei über diese zweite Gasleitung das aus dem Drehrohrofen kommende Abgas in den Zyklonvorwärmer überführbar ist. Vorteilhaft ist dabei, dass das aus dem Drehrohrofen kommende Gas und das aus dem Wärmetauscher kommende Gas bereits in der zweiten Gasleitung miteinander vermischt werden.
- [A05] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Gasleitung vorgesehen ist, die den Wärmetauscher mit dem Drehrohrofen verbindet, wobei über diese erste Gasleitung das aus dem Flugstromreaktor kommende Abgas in den Drehrohrofen einbringbar ist. Durch Einbringen des Abgases in den Drehrohrofen wird ein Gas eingebracht, das eine Temperatur aufweist, die in etwa der Temperatur entspricht, die in dem Drehrohrofen herrscht.
- [A06] Weiterhin bevorzugt ist bei dieser Anlage der Flugstromreaktor über eine dritte Gasleitung mit dem Wärmetauscher verbunden, wobei über diese dritte Gasleitung das aus dem Flugstromreaktor kommende Abgas in den Wärmetauscher einbringbar ist und wobei dieses in den Wärmetauscher eingebrachte Abgas über die erste Leitung wieder in die Anlage zurückführbar ist.
- [A07] Vorzugsweise ist zwischen dem Zyklonvorwärmer und dem Steuerungsventil ein Verdampfungskühler angeordnet. Dieser Verdampfungskühler kann Energie an eine Rohmühle liefern, in der Rohmaterialien zermahlen werden. Dadurch können die Rohmaterialien getrocknet werden, bevor sie in den Zyklonvorwärmer eingebracht werden.
- [A08] Besonders bevorzugt weist die Anlage eine vierte Rohrleitung auf, über die das vom Steuerventil kommende Abgas als CO2-Reichgas aus der Anlage entfernbar ist. Dieses CO2-Reichgas enthält 25 bis 35% CO2. Dieses CO2-reiche Abgas kann dann in einem anderen Herstellungsprozess als Edukt eingesetzt werden. So kann das CO2-Reichgas beispielsweise in eine Anlage zur Herstellung von Ammoniumhydrogencarbonat eingebracht werden, in der CO2 mit Wasser und NH3 zu Ammoniumhydrogencarbonat umgesetzt wird.
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Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand von Figuren gezeigt und näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erste Variante einer Anlage zur Herstellung von CO2-Reichgas und
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer Anlage zur Herstellung von CO2-Reichgas.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer Anlage 1 zur Herstellung von CO2-Reichgas dargestellt. Bei dieser Anlage 1 handelt es sich um eine Anlage zur Klinkerherstellung. Kernstück der Anlage 1 ist ein Flugstromreaktor 2 sowie ein dem Flugstromreaktor 2 nachgeschalteter Drehrohrofen 3. Dabei ist es auch möglich, dass der Flugstromreaktor 2 Teil des Drehrohrofens 3 ist und im vorderen Teil des Drehrohrofens 3 angeordnet ist. Bei dem Flugstromreaktor 2 handelt es sich um einen Calcinator, in den Rohmaterialien eingebracht und vorkalziniert werden. Diese Rohmaterialien kommen aus einem Zyklonvorwärmer 4, in dem sie vorgewärmt wurden. Bei den Rohmaterialien handelt es sich um Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz. Das Vorkalzinieren geschieht dadurch, dass in den Flugstromreaktor 2 ein Brennstoff, vorzugsweise ein Ersatzbrennstoff, wie zum Beispiel alte Autoreifen, eingebracht (Pfeil 6) und bei einer Temperatur von etwa 1100°C verbrannt wird. Die Luft, die zur Verbrennung des Brennstoffs eingesetzt wird, kommt als Sekundär- oder Tertiärluft (Pfeil 7) aus einem Klinkerkühler 8. Durch die beim Verbrennen des Brennstoffes entstehende Wärme werden die in dem Flugstromreaktor 2 befindlichen Rohmaterialien vorkalziniert. Bei dieser Vorkalzinierung entsteht im Wesentlichen CO2, das beim Brennen des Rohmaterials abgegeben wird. Dieses CO2 sowie das bei der Verbrennung des Brennstoffs entstandene CO2 wird als Abgas über eine Gasleitung 9 – vorzugsweise über eine Rohrleitung – in einen Wärmetauscher 5 geleitet. Die Strömungsrichtung der Gase in den entsprechenden Gasleitungen der Anlage 1 wird im Folgenden durch einen Pfeil angedeutet. Die Rohmaterialien werden in einer nicht dargestellten Rohmühle zermahlen, wobei die Rohmaterialien durch die Wärme, die von einem Verdampfungskühler 10 bereitgestellt wird, getrocknet werden. Aus den gemahlenen Materialien entsteht ein sogenanntes Rohmehl. Dieses Rohmehl wird anschließend in den Zyklonvorwärmer 4 eingebracht (Pfeil 11), wo es bei Temperaturen von 300 bis 400°C vorgewärmt wird. Danach wird das Rohmehl in den Flugstromreaktor 2 transportiert (Pfeil 12). In dem Flugstromreaktor 2 wird das Rohmehl vorkalziniert und anschließend in den Drehrohrofen 3 eingebracht (Pfeil 13). In diesem Drehrohrofen 3 werden die Rohmaterialien bei einer Temperatur von etwa 1450°C zu Klinker gebrannt. Der Klinker wird anschließend in einen Klinkerkühler eingebracht, wo er mittels Luft auf unter 200°C heruntergekühlt wird. Ein Teil der Luft gelangt als Primärluft (Pfeil 14) in den Drehrohrofen 3. Diese Primärluft wird mit einem Brennstoff versetzt, so dass eine Temperatur entsteht, bei der der Klinker gebrannt werden kann. Nachdem der Klinker heruntergekühlt wurde, wird er in ein Zwischenlager 15 eingebracht (Pfeil 16). Anschließend wird er mit Zumahlstoffen, insbesondere Gips und/oder Anhydrit versetzt (Pfeil 17) und in eine Zementmühle 18 eingebracht (Pfeil 19) und dort zermahlen. Der entstandene Zement wird anschließend zu Silos transportiert (Pfeil 20), in denen der Zement gelagert werden kann. Das bei der Herstellung des Klinkers anfallende Abgas, das etwa 12 bis 15 CO2 enthält, wird über eine Gasleitung 21 in den Zyklonvorwärmer 4 geleitet, wo es zum Vorwärmen des Rohmehls dient. Dabei wird das Abgas mit einem weiteren Abgas vermischt, wobei dieses weitere Abgas aus dem Wärmetauscher 5 kommt. Das Abgasgemisch wird über eine Gasleitung 22 aus dem Zyklonvorwärmer 4 entfernt und in den Verdampfungskühler 10 geleitet. Dort wird das Abgas auf 160 bis 210°C heruntergekühlt. Über eine nächste Gasleitung 23 verlässt das Abgas schließlich auch den Verdampfungskühler 10. Mittels eines Steuerungsventils 25 wird das Abgas über eine Gasleitung 24 zumindest teilweise in den in der Anlage 1 angeordneten Wärmetauscher 5 zurückgeführt. Der andere Teil des Abgases wird über einen Elektrofilter 26 zu einem Kamin 32 geleitet, über den das Abgas die Anlage 1 verlassen kann. Vorzugsweise ist das Steuerungsventil 25 so eingestellt, dass 40 bis 60% des Abgases wieder in die Anlage 1 zurückgeführt werden. In der Gasleitung 25 ist vorzugsweise ein Ventilator 27 angeordnet, der dafür sorgt, dass der Gasstrom in Richtung des Wärmetauschers 5 beschleunigt wird. Nachdem das Abgas den Wärmetauscher 5 passiert hat, verlässt es die Anlage 1 über einen Elektrofilter 28 als CO2-Reichgas (Pfeile 29 und 30). Dieses CO2-Reichgas weist einen CO2-Gehalt von 25 bis 35% auf. Dieses CO2-reiche Abgas kann dann in einem anderen Herstellungsprozess als Edukt eingesetzt werden. So kann das CO2-Reichgas beispielsweise in eine Anlage zur Herstellung von Ammoniumhydrogencarbonat eingebracht werden, in der CO2 mit Wasser und NH3 zu Ammoniumhydrogencarbonat umgesetzt wird. Zu erkennen ist auch eine weitere Gasleitung 31, über die ein Abgas von dem Wärmetauscher 5 in die Gasleitung 21 geführt werden kann. Dieses Abgas stammt aus dem Flugstromreaktor 2 und wurde über die Gasleitung 9 in den Wärmetauscher 5 geführt. Das Abgas wird aus dem Wärmetauscher 5 über die Gasleitung 31 in die Gasleitung 21 eingebracht, in der sich dieses Abgas mit dem aus dem Drehrohrofen 3 kommende Abgas vermischt. Da sowohl das aus dem Flugstromreaktor 2 stammende Abgas als auch das aus dem Drehrohrofen 3 kommende Abgas einen hohen CO2-Gehalt haben, wird so ein Abgasgemisch erhalten, das einen CO2-Gehalt von 25 bis 35% besitzt. Möglich ist jedoch auch, dass das aus dem Flugstromreaktor 2 kommende Abgas nicht in die Gasleitung 21 sondern direkt in den Zyklonvorwärmer 14 geführt wird, wo es sich mit dem aus den Drehrohrofen 3 kommenden Abgas vermischt.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer Anlage 40 zur Herstellung von CO2-Reichgas dargestellt. Da der Aufbau dieser Anlage 40 im Wesentlichen dem Aufbau der Anlage 1 entspricht, wurden die meisten Bezugszahlen beibehalten.
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Im Unterschied zu der Anlage 1 wird jedoch in dieser Anlage 40 das aus dem Flugstromreaktor 2 kommende Abgas nicht in den Wärmetauscher 5 und dann in den Zyklonvorwärmer 14 bzw. in die Gasleitung 21 eingebracht, sondern es wird in den Wärmetauscher 5 eingebracht und anschließend dem Drehrohrofen 3 zugeführt. Dazu ist eine Gasleitung 41 vorgesehen, die den Wärmetauscher 5 mit dem Drehrohrofen 3 verbindet. Aus der Gasleitung 21 kommt somit eine Abgasmischung, die aus dem Abgas der Klinkerherstellung sowie aus dem aus dem Zyklonvorwärmer 14 stammenden Abgas besteht. Diese Abgasmischung wird über den Zyklonvorwärmer 14 in den Verdampfungskühler 10 geführt, wo das Abgas auf 160 bis 210°C abgekühlt wird. Dieses heruntergekühlte Abgas gelangt zu dem Steuerventil 25, wo 40 bis 60% des Abgases wieder in den Wärmetauscher 5 zurückgeführt werden. Von dem Wärmetauscher 5 kann das Abgas als CO2-Reichgas über die Gasleitungen 29, 30 in eine andere Anlage transportiert werden. Dieses mit CO2 angereicherte Abgas (CO2-Reichgas) kann dann in einem anderen Herstellungsprozess als Edukt eingesetzt werden. So kann das CO2-Reichgas beispielsweise in eine Anlage zur Herstellung von Ammoniumhydrogencarbonat eingebracht werden, in der CO2 mit Wasser und NH3 zu Ammoniumhydrogencarbonat umgesetzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage
- 2
- Flugstromreaktor
- 3
- Drehrohrofen
- 4
- Zyklonvorwärmer
- 5
- Wärmetauscher
- 6
- Pfeil
- 7
- Pfeil
- 8
- Klinkerkühler
- 9
- Gasleitung
- 10
- Verdampfungskühler
- 11
- Pfeil
- 12
- Pfeil
- 13
- Pfeil
- 14
- Pfeil
- 15
- Zwischenlager
- 16
- Pfeil
- 17
- Pfeil
- 18
- Zementmühle
- 19
- Pfeil
- 20
- Pfeil
- 21
- Gasleitung
- 22
- Gasleitung
- 23
- Gasleitung
- 24
- Gasleitung
- 25
- Steuerungsventil
- 26
- Elektrofilter
- 27
- Ventilator
- 28
- Elektrofilter
- 29
- Pfeil
- 30
- Pfeil
- 31
- Gasleitung
- 32
- Kamin
- 40
- Anlage
- 41
- Gasleitung
