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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von mikroskaligem Blähtongranulat. Als „mikroskalig” wird hier und im Folgenden ein Blähtongranulat bezeichnet, bei dem der typische Partikeldurchmesser der Blähtonpartikel des Granulats im Sub-Millimeterbereich (ca. 1 Mikrometer bis 1.000 Mikrometer) liegt. Der typische Partikeldurchmesser ist dabei insbesondere durch den sogenannten d97-Wert des Blähtongranulats gegeben, also durch denjenigen Grenzwert für den Partikeldurchmesser, der von 97% der Blähtonpartikel des Granulats unterschritten wird.
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Als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Blähton werden üblicherweise natürlich vorkommende Tonminerale herangezogen. Die grubenfeuchten Tonminerale werden üblicherweise unter Wasserzusatz zu einem pastösen Schlicker verarbeitet, der anschließend in einem Granuliermischer (z. B. einem Granuliermischer nach Lödige oder nach Eirich) zu einem Roh-Tongranulat granuliert wird. Das Roh-Tongranulat wird anschließend üblicherweise nach Trocknung in einem gemauerten Drehrohrofen gebrannt. Während des Brennprozesses kommt es durch Verbrennung organischer Bestandteile des Tons im Inneren der Partikel des Roh-Tongranulats zu einer Gasentwicklung, aufgrund der die Partikel des Roh-Tongranulats multizellulär (d. h. schaumartig) zu den gewünschten Blähton-Partikeln expandiert werden. Bei der Herstellung des Schlickers wird den Tonmineralen üblicherweise Wasserglas zugemischt, um das Roh-Tongranulat zu stabilisieren und somit einen Zerfall der Roh-Tonpartikel während der Trocknung und während des Brennprozesses zu vermeiden.
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Übliche Herstellungsverfahren der vorstehend beschriebenen Art eignen sich erfahrungsgemäß allerdings nur zur Herstellung von Blähtongranulat mit typischen Partikeldurchmessern im Millimeterbereich. Ein Problem bei der Herstellung mikroskaliger Blähtonpartikel – für die an sich für den Einsatz als Leichtzuschlagstoff ein hoher Bedarf bestände – besteht darin, dass mit den gängigen Verfahrenstechniken ein Roh-Tongranulat in geeigneter Feinheit und Qualität nicht oder nur mit hohem Aufwand hergestellt werden kann.
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Aus
AT 362 288 B ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Rohton für die nachfolgende Verarbeitung zu Blähton offenbart. Danach wird aus vorzerkleinertem Rohton mit einem Mindestgehalt an SiO
2 von 27 Gew.-% und einem Höchstgehalt an Al
2O
3 von 40 Gew.-% der Kornanteil unterhalb 40 μm, vorzugsweise unter 20 μm, abgetrennt und nach Wassereinstellung und Zugabe von Hilfsstoffen und Blähhilfsmitteln auf herkömmliche Weise zu Blähton weiterverarbeitet.
AT 362 288 B offenbart einerseits ein Nassverfahren, bei dem die feinkörnigen Tonbestandteile unter Zugabe von Wasser in Hydrozyklonen von grobkörnigerem Material getrennt werden. Andererseits offenbart
AT 362 288 B ein Trockenverfahren, bei dem eine Rohtonmasse getrocknet und vermahlen wird. Die feinkörnigen Tonbestandteile werden hierbei durch Windsichter von grobkörnigerem Material getrennt und anschließend mit Wasser und Blähhilfsmitteln vermengt.
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In
DE 10 2007 036 812 A1 ist ein poröses Material offenbart, dass aus Ton und Siliziumoxoid sowie optional Alkali- und/oder Erdalkalioxid und/oder Alkali- und/oder Erdakalihydroxid hergestellt ist. Die genannten Stoffe werden mit Wasser zu einer Suspension vermengt, die im Vergleich zu dem bei der Blähtonherstellung verarbeiteten Schlicker eine niedrige Viskosität aufweist. Diese Suspension wird durch Versprühen in einem Sprühturm oder Wirbelschichtgranulierer granuliert und in einem Drehofen gebrannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, besonders geeignete Verfahren zur Herstellung eines mikroskaligen Blähtongranulats anzugeben.
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Diese Aufgabe wird in einer ersten Variante der Erfindung gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach wird ein Ausgangs-Tonmaterial zunächst getrocknet. Das getrocknete Tonmaterial wird, insbesondere in einer Kugelmühle, zu einem Roh-Tongranulat mit einer Feinheit von d97 < 0,7 Millimeter gemahlen. Dieses Roh-Tongranulat wird dann in einem Brennprozess zu dem Blähtongranulat expandiert.
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In einer zweiten Variante der Erfindung wird die obige Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 2 sowie durch die Merkmale des Anspruchs 3. Dabei wird ein Ausgangs-Tonmaterial durch Zumischung von Wasser, insbesondere in einem Dissolver, zu einem Schlicker verarbeitet, der allerdings – im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren – in derart flüssiger (niederviskoser) Konsistenz hergestellt wird, dass er sprühfähig (also zur Weiterverarbeitung in einem Sprühturm geeignet) ist. Dieser Schlicker wird in einem Sprühturm zu einem Roh-Tongranulat mit einer Feinheit von d97 < 0,7 Millimeter granuliert, das – gegebenenfalls nach Trocknung – wiederum in einem Brennprozess zu dem Blähtongranulat expandiert wird.
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Beiden Varianten der Erfindung ist gemein, dass damit hinreichend feines und hochqualitatives Roh-Tongranulat für die Herstellung mikroskaliger Blähtonpartikel in effizienter Weise herstellbar ist.
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Als Ausgangs-Tonmaterial werden für beiden Verfahrensvarianten natürlich vorkommende Tonminerale im Abbauzustand, d. h. grubenfeucht und ohne zugesetzte Additive, herangezogen. Um sicherzustellen, dass der fertige Blähton im Einsatz nicht auslaugt, werden als Ausgangs-Tonmaterial vorzugsweise Tonminerale mit einem geringen Alkali- und Kalkgehalt herangezogen.
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Dem Ausgangs-Tonmaterial werden – abgesehen von Wasser sowie optional Blähmittel bei der zweiten Verfahrensvariante – keine Additive zugesetzt. Es werden also lediglich natürliche Tonvorkommen zur Herstellung des Roh-Tongranulats genutzt. Dem Ausgangs-Tonmaterial für die Herstellung des Roh-Tongranulats wird kein Wasserglas zugemischt. Wie vorstehend erwähnt, ist bei der zweiten Verfahrensvariante allerdings optional vorgesehen, dass dem Ausgangs-Tonmaterial bei der Herstellung des Schlickers ein Blähmittel zugemischt wird. Als Blähmittel wird dabei in zweckmäßiger Ausführung des Verfahrens ein organischer Stoff, insbesondere Öl, herangezogen.
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In bevorzugter Ausführung beider Verfahrensvarianten wird das Roh-Tongranulat in dem Brennprozess unter Wirkung eines pulsierenden Heißgasstroms (also eines Heißgasstroms mit zeitlich pulsartig schwankendem Gasdruck) expandiert. Anders als bei herkömmlichen Verfahren zur Blähtonherstellung wird insbesondere kein Drehrohrofen herangezogen, sondern ein Reaktor, in dem das Roh-Tongranulat in den pulsierenden Heißgasstrom eingebracht wird. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht dabei insbesondere darin, dass sich infolge der Druckpulsation in dem Heißgasstrom der Expansionsprozess der Roh-Tonpartikel besonders effizient und/oder bei – im Vergleich zu der herkömmlichen Blähtonherstellung – erniedrigter Brenntemperatur durchführen lässt. Die Effizienz des Verfahrens wird dabei nicht zuletzt auch dadurch verbessert, dass infolge der Einbringung des Roh-Tongranulats in den pulsierenden Heißgasstrom ein Verkleben von Roh-Tonpartikeln mit den Wänden des Reaktors bzw. Ofens verhindert oder zumindest erheblich reduziert ist. Bei der herkömmlichen Verwendung von gemauerten Drehrohröfen stellt das Verkleben der Roh-Tonpartikel mit der Ofeninnenwand, und die dadurch bedingte Verstopfung des Drehrohrs ein Problem dar, das mit zunehmender Feinheit der Roh-Tonpartikel stark an Bedeutung gewinnt, und das daher die Herstellung mikroskaliger Blähtongranulate erheblich behindert.
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Grundsätzlich kann zur Erzeugung des pulsierenden Heißgasstroms im Rahmen der Erfindung ein Pulsationsreaktor eingesetzt werden, wie er an sich zum Beispiel aus
EP 1 183 215 B1 bekannt ist. In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird die Druckpulsation in dem Heißgasstrom abweichend aber dadurch erzeugt, dass der Heißgasstrom aus dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors gespeist wird. Der Verbrennungsmotor wird vorzugsweise als Teil eines Blockheizkraftwerks betrieben, das zusätzlich zu dem heißen und pulsierenden Abgasstrom des Verbrennungsmotors elektrische Energie sowie optional Nutzwärme aus der Kühlung des Verbrennungsmotors liefert.
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Um ein Verkleben von Roh-Tonpartikeln mit der Wand der Brennkammer weiter zu reduzieren, wird bevorzugter Ausführung der Erfindung als Reaktor ein Vertikalofen herangezogen, bei dem die Brennkammer eine langgestreckte, hinsichtlich ihrer Längsausdehnung vertikal ausgerichtete Geometrie aufweist. Die vertikale Ausrichtung der Brennkammer hat den Vorteil, dass sowohl die Strömungsrichtung des Heißgasstroms als auch die Schwerkraft parallel zu der Längserstreckung der Brennkammer ausgerichtet sind. Mithin sind die quer zu der Brennkammerwand auf die Roh-Tonpartikel wirkenden Kraftkomponenten, die ein Verkleben der Roh-Tonpartikel mit der Brennkammerwand fördern würden, besonders gering. Vorzugsweise wird der Abgasstrom des Verbrennungsmotors an einem unteren Ende des Vertikalofens in die Brennkammer eingeleitet, so dass der hierdurch erzeugte Heißgasstrom die Brennkammer von unten nach oben durchläuft.
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Vorzugsweise umfasst der Reaktor des Weiteren mindestens einen Brenner, durch den der aus dem Abgasstrom gespeiste Heißgasstrom weiter aufgeheizt wird. Der oder jeder Brenner kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich bereits in der dem Reaktor vorgeschalteten Abgasleitung angeordnet sein. Vorzugsweise wird durch den mindestens einen Brenner aber die Brennkammer unmittelbar beheizt. Der oder jeder Brenner ist dabei vorzugsweise allerdings selbst außerhalb der Brennkammer angeordnet, so dass die zugehörige Brennerflamme nicht in die Brennkammer schlägt, sondern dass nur die vom Brenner erzeugten Heißgase in die Brennkammer einströmen, wodurch sichergestellt ist, dass die Roh-Tonpartikel nicht mit dem Brennergehäuse in Kontakt kommen und dort verkleben.
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Die Roh-Tonpartikel werden dabei in zweckmäßiger Ausführung der Erfindung an einer Beschickungsposition (Brennguteintritt) in die Brennkammer eingegeben, die zwischen einem Abgaseinlass der Brennkammer und dem mindestens einen Brenner angeordnet ist. Der Heißgasstrom wird dabei derart erzeugt, dass er an dem Brennguteintritt eine unterhalb einer Klebetemperatur der Roh-Tonpartikel liegende Gastemperatur aufweist. Hierdurch wird verhindert, dass die Roh-Tonpartikel beim Ausstoß in die Brennkammer (wo aufgrund der dichten Packung der Roh-Tonpartikel erkanntermaßen die Verklebungswahrscheinlichkeit besonders groß wäre) verkleben. Vielmehr werden die Roh-Tonpartikel erst durch den mindestens einen Brenners auf eine (regelmäßig über der Klebetemperatur liegende) Expansionstemperatur erhitzt, wo durch homogene Verteilung und Verwirbelung der Roh-Tonpartikel in dem Heißgasstrom die Verklebungswahrscheinlichkeit deutlich reduziert ist.
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Das Roh-Tongranulat wird in dem Brennprozess in zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens bei einer Brenntemperatur expandiert, die zwischen 1100°C und 1400°C, und insbesondere etwa 1200°C liegt.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Anlage zur Herstellung von mikroskaligen Blähtonpartikeln, mit einem Verbrennungsmotor und einem als Vertikalofen ausgebildeten Reaktor, wobei der Verbrennungsmotor zur Erzeugung eines pulsierenden Heißgasstroms abgasseitig mit einer Brennkammer des Vertikalofens verbunden ist, und
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2 in Darstellung gemäß 1 eine Variante der Anlage.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in grober schematischer Vereinfachung eine Anlage 1 zur Herstellung von mikroskaligem Blähtongranulat. Das mittels der Anlage 1 gefertigte Blähtongranulat weist multizellulär expandierte (also schaumartige) Blähtonpartikel B mit einer weitgehend geschlossenen, sphärischen Außenkontur auf, deren Durchmesser 1 Millimeter unterschreitet und insbesondere in einem Bereich zwischen 0,01 bis 0,5 Millimeter liegt. Hinsichtlich ihrer inneren Struktur weisen die Blähtonpartikel B eine Matrix ausgebranntem Ton auf, die eine Vielzahl von weitgehend geschlossenen (also miteinander unverbundenen) Hohlräumen umschließt.
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Zentraler Bestandteil der Anlage 1 ist ein Reaktor, der aufgrund seiner langgestreckt-vertikalen Bauweise nachfolgend als Vertikalofen 2 bezeichnet ist. Der Vertikalofen 2 umfasst einen im Wesentlichen hohlzylindrischen, umlaufenden Brennkammermantel 3 aus hochtemperaturfestem Stahl, der eine schachtartig langgestreckte, hinsichtlich ihrer Längserstreckung vertikal ausgerichtete Brennkammer 4 umgibt. In typischer Dimensionierung weisen der Vertikalofen 2 und die darin ausgebildete Brennkammer 4 eine Höhe von etwa 5 bis 15 Meter auf.
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Der Vertikalofen 2 umfasst des Weiteren eine Außenwand 5, die den Brennkammermantel 3 (bezüglich der vertikalen Achse des Vertikalofens 2) konzentrisch umgibt, und die vorzugsweise ebenfalls aus Stahl gebildet ist. An einer Außenseite der Außenwand 5 ist eine thermische Isolierung 6 angebracht. Zwischen dem Brennkammermantel 3 und der Außenwand 5 ist ein ringförmiger Freiraum gebildet. Dieser Freiraum zwischen dem Brennkammermantel 3 und der Isolierung 6 wird im Betrieb der Anlage 1 von Kühlluft K durchströmt und ist deshalb nachfolgend auch als Kühlspalt 7 bezeichnet.
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Der Brennkammermantel 3 hat zumindest im Wesentlichen die Form eines zylindrischen Rohres, das den Vertikalofen 2 über seine gesamte (vertikale) Längserstreckung durchzieht. Entsprechend weist die von dem Brennkammermantel 3 begrenzte Brennkammer 4 über die gesamte Längserstreckung des Vertikalofens 2 einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser auf. An ihrem unteren Ende mündet die Brennkammer 4 in einem Gaseintritt 8, der zumindest im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche der Brennkammer 4 einnimmt. An ihrem oberen Ende mündet die Brennkammer 4 in einem Gasaustritt 9, der ebenfalls zumindest im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche der Brennkammer 4 einnimmt.
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Im Betrieb der Anlage 1 wird innerhalb der Brennkammer 4 ein Heißgasstrom G erzeugt, der die Brennkammer 4 von unten nach oben durchströmt. Zur Erzeugung dieses Heißgasstroms G umfasst die Anlage 1 einen in 1 grob schematisch angedeuteten Verbrennungsmotor 10. Bei dem Verbrennungsmotor 10 handelt es sich beispielsweise um einen Viertakt-Gasmotor mit einer in Anpassung an die gewünschte Motorleistung beliebig wählbaren Anzahl von Zylindern 11, von denen beispielhaft vier in der 1 angedeutet sind.
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Einspritzseitig ist diesen Zylindern 11 in üblicher Weise über eine (nicht näher dargestellte) Brennstoffleitung ein gasförmiger Brennstoff (beispielsweise Biogas oder Erdgas) zugeführt. Des Weiteren saugen die Zylinder 11 Verbrennungsluft aus der Umgebung an. Über eine Abgasleitung 12 sind die Zylinder 11 ausstoßseitig mit dem Gaseintritt 8 der Brennkammer 4 verbunden. Ein von den Zylindern 11 des Verbrennungsmotors 10 pulsartig ausgestoßener Abgasstrom A wird somit über die Abgasleitung 12 in die Brennkammer 4 geleitet und erzeugt dort den Heißgasstrom G.
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Wie in 1 angedeutet ist, hat die Abgasleitung 12 einen gegenüber der Brennkammer 4 verringerten Querschnitt. Ein vertikaler Abschnitt der Abgasleitung 12 ist dabei von unten in den Brennkammermantel 3 eingeführt. Der Brennkammermantel 3 und die Abgasleitung 12 sind hierbei mechanisch unverbunden, so dass zwischen dem Brennkammermantel 3 und der Abgasleitung 12 ein zur Umgebung offener Ringspalt gebildet ist.
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Die mechanische Trennung des Brennkammermantels 3 von der Abgasleitung 12 ermöglicht vorteilhafterweise das Einströmen von Sekundärluft in die Brennkammer 4. Zudem wird die Ausbildung von Spannungen zwischen diesen Bauteilen infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung verhindert. Durch die mechanische Trennung des Brennkammermantels 3 von der Abgasleitung 12 werden ferner die Reparatur und Wartung der Anlage 1 erheblich vereinfacht.
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Über seine Motorwelle 13 ist der Verbrennungsmotor 10 mechanisch mit einem elektrischen Generator 14 gekoppelt, der über eine elektrische Speiseleitung 15 an ein (nicht dargestelltes) elektrisches Netz angeschlossen ist. Der Verbrennungsmotor 10 und der Generator 14 sind dabei insbesondere als Bestandteile eines Blockheizkraftwerkes 16 ausgebildet.
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Sowohl dem Vertikalofen 2 als auch dem Verbrennungsmotor 10 ist jeweils eine Kühlvorrichtung zugeordnet. Die dem Vertikalofen 2 zugeordnete Kühlvorrichtung ist hierbei als Luftkühlung ausgebildet. Diese Kühlvorrichtung umfasst eine Kühlluftzuleitung 17, die kalte (insbesondere auf Umgebungstemperatur befindliche) Kühlluft K führt und am oberen Ende des Vertikalofens 2 in den Kühlspalt 7 mündet. Zur Abführung von aufgeheizter Kühlluft K' umfasst die Kühlvorrichtung weiterhin eine Kühlluftableitung 18, die am unteren Ende des Vertikalofens 2 mit dem Kühlspalt 7 verbunden ist. Die Kühlvorrichtung ist somit nach dem Gegenstromprinzip ausgebildet. Im Sinne einer verbesserten Kühlung der Innenwand 5 in dem besonders heißen unteren Bereich kann die Richtung des Kühlluftstroms auch umgekehrt ausgerichtet sein, so dass die kalte Kühlluft K am unteren Ende des Kühlspalts 7 eingeleitet und die aufgeheizte Kühlluft K' am oberen Ende des Kühlspalts 7 abgezogen werden. Des Weiteren kann für den Brennkammermantel 3 oder zumindest für einen besonders heißen Teilabschnitt desselben auch eine Wasserkühlung vorgesehen sein.
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Die dem Verbrennungsmotor 10 zugeordnete Kühlvorrichtung ist vorzugsweise als Wasserkühlung ausgebildet. Sie umfasst eine Kühlwasserzuleitung 19 zur Zuleitung von kaltem Kühlwasser W sowie eine Kühlwasserableitung 20 zur Ableitung von aufgeheiztem Kühlwasser W'.
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Zudem umfasst die Anlage 1 eine Beschickungseinrichtung 21, mit der zu expandierende Roh-Tonpartikel P aus einem nachfolgend näher beschriebenen, nicht-expandierten Ausgangsmaterial in die Brennkammer 4 eingebracht werden können.
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Die Beschickungseinrichtung 21 umfasst eine Brenngutleitung 22, die in den vertikalen Abschnitt der Abgasleitung 12 eingeführt ist. Die Brenngutleitung 22 ist aus einem (nicht dargestellten) Brenngutreservoir, beispielsweise einem Silo, mit den zu expandierenden Roh-Tonpartikeln P gespeist. Die Beschickungseinrichtung 21 umfasst dabei Mittel zur aktiven Förderung der Roh-Tonpartikel P, insbesondere ein Druckluftsystem zum Einblasen der Roh-Tonpartikel P in den vertikalen Abschnitt der Abgasleitung 12. In alternativer Ausführung der Anlage 1 werden die Roh-Tonpartikel P bereits in den waagrechten Abschnitt der Abgasleitung 12 eingebracht, dessen Länge die Länge des vertikalen Abschnitts auch übersteigen kann.
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An den Gasaustritt 9 der Brennkammer 4 schließt eine Ofenabgasleitung 23 an, die in einen (hier nicht näher dargestellten) Feststoffabscheider mündet. Der Feststoffabscheider ist hierbei beispielsweise als Zyklon-Abscheider oder Filter ausgebildet. Der Brennkammermantel 3 ist auch von der Ofenabgasleitung 23 mechanisch getrennt, um Spannungen zwischen diesen Teilen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung auszuschließen.
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In dem zwischen dem Brennkammermantel 3 und der Abgasleitung 12 gebildeten Ringspalt ist ein Brenngas-Ringverteiler 24 angeordnet, der an seiner Oberseite mit einer Vielzahl von Brenngas-Ausblasöffnungen versehen ist. Im Betrieb der Anlage 1 bildet sich an diesen Brenngas-Ausblasöffnungen ein ringförmiger Flammenkranz, durch den der Heißgasstrom G in der Brennkammer 4 weiter aufgeheizt wird. Anstelle des Brenngas-Ringverteilers 24 kann alternativ auch ein Kranz einzelner Brenner vorgesehen sein.
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Zur Herstellung der Roh-Tonpartikel P werden als Ausgangsmaterial (auch Ausgangs-Tonmaterial bezeichnet) natürlich vorkommende Tonminerale im Abbauzustand, d. h. grubenfeucht und ohne Zumischung von Additiven herangezogen. Es werden dabei bevorzugt Tonminerale mit einem Alkaligehalt von weniger als 5 Masse-% und einem geringen Kalkgehalt herangezogen.
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In einer ersten Verfahrensvariante wird dieses Ausgangs-Tonmaterial zunächst, vorzugsweise in einer Trockentrommel, getrocknet und dabei auf etwa 200°C bis 400°C aufgeheizt. Das aus diesem Trocknungsprozess resultierende, getrocknete Tonmaterial wird anschließend zur Gewinnung der Roh-Tonpartikel P in einer Kugelmühle oder Planscheibenmühle auf eine Zielfeinheit von d97 < 0,7 Millimeter gemahlen.
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In einer zweiten Verfahrensvariante wird das Ausgangs-Tonmaterial in einem Dissolver unter Zugabe von Wasser (ohne Zugabe weiterer Additive) zu einem Schlicker mit sprühfähiger Konsistenz verarbeitet. Dieser Schlicker wird anschließend in einem Sprühturm zur Gewinnung der Roh-Tonpartikel P versprüht. Das so gewonnene Roh-Tongranulat weist insbesondere eine Zielfeinheit von d97 < 0,7 Millimeter auf.
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In Abwandlungen der zweiten Verfahrensvariante wird dem Ausgangs-Tonmaterial bei der Herstellung des Schlickers in dem Dissolver nicht nur Wasser, sondern zusätzlich bis zu 3 Masse-% an Roh- oder Heiz-Öl als Blähmittel zugemischt.
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Das aus einer der vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten resultierende Roh-Tongranulat wird im direkten Anschluss oder nach Zwischenlagerung in dem Vertikalofen 2 gebrannt und dabei zu dem gewünschten Blähtongranulat expandiert.
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Für diesen Expansionsprozess wird zunächst durch Betrieb des Verbrennungsmotors 10 und Einleitung des daraus resultierenden Abgasstroms A in die Brennkammer 4 der darin aufsteigende Heißgasstrom G erzeugt. In dem vertikalen Abschnitt der Abgasleitung 12, in den Roh-Tonpartikel P eingeblasen werden, wird dabei eine Gastemperatur von ca. 700°C bis 800°C erreicht, die deutlich unter der Klebetemperatur und der Expansionstemperatur der Roh-Tonpartikel P liegt. Der vertikale Abschnitt der Abgasleitung 12 dient dabei zur Vorwärmung der Roh-Tonpartikel P und ist daher auch als Vorwärmstufe 25 bezeichnet. Zur Reduzierung der Wärmeverluste ist die Abgasleitung 12 zumindest in dem als Vorwärmstufe 25 dienenden vertikalen Abschnitt mit einer thermischen Isolierung 26 umgeben. Durch die – alternativ vorgesehene – Einbringung der Roh-Tonpartikel P in den waagrechten Abschnitt der Abgasleitung 12 wird eine vergleichsweise große Länge der (sich in diesem Fall auch in den waagrechten Abschnitt der Abgasleitung 12 hineinerstreckenden) Vorwärmstufe 31 bei vergleichsweise geringer Bauhöhe der Anlage 1 erzielt. Dabei ist vorzugsweise auch der waagrechte Abschnitt der Abgasleitung 12 thermisch isoliert.
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Durch den von dem Brenngas-Ringverteiler 24 ausgehenden Flammenkranz wird der Heißgasstrom G im Inneren der Brennkammer 4 auf die erforderliche Expansionstemperatur von ca. 1200°C aufgeheizt.
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Sobald der Heißgasstrom G in der Brennkammer 4 die Expansionstemperatur erreicht hat, werden über die Beschickungsleitung 22 kontinuierlich Roh-Tonpartikel P in die Vorwärmstufe 25 eingeblasen. Durch die Heißgasströmung G werden die Roh-Tonpartikel P hierbei in der Brennkammer 4 gebrannt. Durch Gasbildung, die durch Verbrennung der organischen Substanz in den Roh-Tonpartikeln P verursacht wird, werden die Roh-Tonpartikel P hierbei zu den gewünschten Blähtonpartikeln B aufgebläht (expandiert).
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Die expandierten Blähtonpartikel B werden (zusammen mit einem Rest nicht-expandierter Roh-Tonpartikel P) mit dem Heißgasstrom G mitgerissen und somit durch den Gasaustritt 9 und die daran anschließenden Ofenabgasleitung 23 aus der Brennkammer 4 ausgetragen.
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In dem in der Ofenabgasleitung 23 angeordneten Feststoffabscheider werden die Blähtonpartikel B von dem Abgas getrennt. Die ausgeschiedenen Blähtonpartikel B werden – gegebenenfalls nach Zwischenlagerung – von mit ausgetragenen, nicht-expandierten Roh-Tonpartikeln P (Schlechtpartikeln) getrennt und einem (nicht dargestellten) Produktreservoir, beispielsweise einem Silo zugeführt. Der gefilterte Abgasstrom wird an die Umgebung ausgestoßen oder einer weiteren Abgasbehandlung zugeführt. Insbesondere wird hierbei ein Teil der in dem Abgas enthaltenen Restwärme als Nutzwärme rückgewonnen.
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Durch den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wird dessen Motorwelle 13 in üblicher Weise in Rotation versetzt. Mit dem hierdurch angetriebenen Generator 14 wird ein elektrischer Strom S erzeugt, der als Nutzenergie für den Herstellungsprozess verwendet und/oder in ein öffentliches Stromnetz eingespeist wird.
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In einer nicht explizit dargestellten Variante der Ablage 1 saugt der Verbrennungsmotor 10 die benötigte Verbrennungsluft nicht unmittelbar aus der Umgebung an. Vielmehr wird dem Verbrennungsmotor 10 mittels eines Kompressors verdichtete Verbrennungsluft zugeführt. Der Kompressor wird dabei vorzugsweise gemeinsam mit dem Generator 14 von dem Verbrennungsmotor 10 angetrieben. Der Kompressor ist entsprechend mit der Motorwelle 13 mechanisch gekoppelt und hierbei insbesondere dem Verbrennungsmotor 10 und dem Generator 14 zwischengeschaltet.
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2 zeigt eine weiterentwickelte Ausführungsform der Anlage 1. Diese unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Anlagenvariante dadurch, dass an den hohlzylindrischen Brennkammermantel 3 ein Krümmer 27 anschließt, durch den der Heißgasstrom G um etwa 180° umgelenkt wird. Der innerhalb des hohlzylindrischen Teils der Brennkammer 4 nach oben gerichtete Heißgasstrom G verlässt den Krümmer 27 somit mit nach unten weisender Strömungsrichtung.
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Abweichend von 1 schließt an den Krümmer 27 eine Kühlfalle 28 an, in deren oberen Bereich seitlich mehrere Kühlluftleitungen 29 münden. Die Kühlfalle 28 mündet unmittelbar in einen Einlass 30 eines – hier schematisch dargestellten – Feststoffabscheiders 31, dessen Auslass 32 zur Ableitung der Ofenabgase mit einem Schornstein 33 verbunden ist. Dem Feststoffabscheider 31 ist optional ein Rekuperator zur Abkühlung des Heißgasstroms G vorgeschaltet, wobei die in dem Rekuperator anfallende Wärme als Nutzenergie zurückgewonnen wird.
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Bei der Anlage 1 gemäß 2 werden die Roh-Tonpartikel P – analog zu der Anlagenvariante gemäß 1 – in den als Vorwärmstufe 25 dienenden vertikalen Abschnitt der Abgasleitung 12 eingebracht.
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Ebenfalls analog zu 1 ist der Vertikalofen 2 auch in der Ausgestaltung gemäß 2 doppelwandig ausgebildet, um eine Kühlung der Brennkammerwand 3 zu gewährleisten – die doppelwandige Struktur des Vertikalofens 2 ist in 2 lediglich aus Vereinfachungsgründen nicht explizit dargestellt.
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Die durch den Krümmer 27 bewirkte Umlenkung des Heißgasstroms G hat einerseits den Vorteil, dass hierdurch die Bauhöhe der Anlage 1 vergleichsweise gering gehalten werden kann. Andererseits hat die Umlenkung des Heißgasstroms G auch den Vorteil, dass die mit dem Heißgasstrom G aus der Brennkammer 4 ausgetragenen Blähtonpartikel B in der Kühlfalle 28 mit dem Heißgasstrom G nach unten fallen. Hierdurch wird auf einfache, aber effektive Weise ausgeschlossen, dass die Blähtonpartikel B entgegen der Strömungsrichtung des Heißgasstroms G in die Brennkammer 4 zurückfallen.
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Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann optional ein Trennmittel zusammen mit den Roh-Tonpartikeln P in die Brennkammer 4 eingebracht werden, um ein Verkleben der Roh-Tonpartikel P miteinander oder mit dem Brennkammermantel 3 noch effektiver zu verhindern.
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An den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung besonders deutlich. Gleichwohl ist die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Vielmehr lassen sich weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung ableiten. Insbesondere lassen sich die einzelnen Ausgestaltungsmerkmale der anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsformen der Anlage 1 auch in anderer Weise kombinieren, ohne von der Erfindung abzuweichen.
