DE102018206674A1

DE102018206674A1 - Oxyfuel-Klinkerherstellung ohne Rezirkulation der Vorwärmerabgase

Info

Publication number: DE102018206674A1
Application number: DE102018206674.4A
Authority: DE
Inventors: Jost Lemke; Eike Willms
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: Schwenk Zement & Co Kg De GmbH; Thyssenkrupp Polysius De GmbH; Dyckerhoff GmbH; Heidelberg Materials AG; Vicat SA
Priority date: 2018-04-30
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2019-10-31
Also published as: MA55989B1; MY193784A; EP3752780B1; BR112020022018B1; US11820718B2; MA55989A1; BR112020022018A2; MA51540A1; WO2019211196A1; MX2020011353A; CN113167531B; EA202092597A1; EP3752780A1; ZA202006754B; DK3752780T3; IL278380B; US20210238091A1; ES2902530T3; CN113167531A; CA3098598C

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Anlagen zur Herstellung von Zementklinker wobei keine Rezirkulation der Vorwärmerabgase erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Anlagen zur Herstellung von Zementklinker wobei keine Rezirkulation der Vorwärmerabgase erfolgt.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Anlagen bekannt, bei dem Luft im Klinkerkühler eingeleitet und vorgewärmt wird, wobei ein Teil dieser Luft in den Ofen fließen kann. Weiterhin ist es bekannt, dem Kühler anstelle von Luft Mischungen aus CO₂ und O₂ aufzugeben. Zur Abtrennung von Kohlendioxid soll Zementklinker oft unter Ausschluss von Stickstoff gebrannt werden. Dazu wird dann statt Verbrennnungsluft im Calcinatorbereich reiner Sauerstoff verwendet. Das Abgas besteht dann hauptsächlich aus CO₂ und Wasserdampf und enthält nur wenig Sauerstoff und Stickstoff. Dieses Abgas lässt sich vergleichsweise einfach zu reinem CO₂ aufbereiten. Alle verfügbaren Konzepte dazu sehen stets eine Rezirkulation von Vorwärmerabgasen vor, um die Prozesstemperaturen und Volumenströme im Vergleich zum Stand der Technik nicht wesentlich zu verändern.
Beispiele für Stand der Technik sind EP 1 037 005 B1 oder JP 2007-126328 A .
Aufgrund stetig steigender Anforderungen an die Ökonomie und Ökologie besteht nach wie vor ein Bedarf an verbesserten Anlagen und Verfahren für die Herstellung von Zementklinker.
Aufgabe der vorliegende Erfindung war es demgemäß unter anderem verbesserte Anlagen und Verfahren für die Herstellung von Zementklinker zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen, bzw. gegenüber den Anlagen und Verfahren des Standes der Technik im Hinblick auf Ökonomie und Ökologie verbessert sind. Weiterhin war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bestehende Verfahren derart zu verbessern, dass auf eine Abgasrezirkualtion weitestgehend verzichtet werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch die Gegenstände der anhängenden Ansprüche, wobei die Unteransprüche bevorzugte Ausgestaltungen darstellen.
Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einer Ausführungsform eine Drehofenanlage zur Herstellung von Zementklinker, die eine Vorrichtung zur Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, in den Calcinator und gegebenenfalls zusätzlich den Drehrohrofen, aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung entsprechend ein Verfahren Drehofenanlage zur Herstellung von Zementklinker, wobei ein sauerstoffhaltiges Gas, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, in den Calcinator und gegebenenfalls zusätzlich den Drehrohrofen geführt wird.
Die erfindungsgemäße Anlage bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann also mit einer Form von Oxyfuel-Verfahren verglichen werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht die Drehofenanlage aus einem Zyklonvorwärmer, einem In-line-Calcinator ohne Tertiärluftleitung, einem Drehofen und einem Kühler. Vom Kühler verläuft eine Leitung für Mittenluft zu einer mittleren Zyklonstufe im Vorwärmer und anschließend zur Rohmühle.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht der Zyklonvorwärmer aus einer mehrstufigen Zyklonkaskade, die mit einer deutlich geringeren Gasmenge betrieben wird. Der Abgasvolumenstrom nach Vorwärmer liegt bei etwa 0,50 bis 0,70 Nm³/kg Klinker. Das Verhältnis Aufgabemenge zu Abgas ist dementsprechend höher möglich als bisher und beträgt in einer Variante 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas. Parallel zur Zyklonkaskade ist mindestens eine zusätzliche Zyklonstufe vorgesehen, die mit heißer Luft aus dem Kühler beschickt werden. Bezogen auf den Mehlfluss befinden sich diese zusätzlichen Stufen in einer bevorzugten Ausgestaltung mittig innerhalb der Zyklonkaskade.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Vorwärmer als Wirbelschichtreaktor ausgestaltet sein, insbesondere in Form einer so genannten blasenbildenden Wirbelschicht.
Der Calcinator entspricht in verschiedenen Ausführungsformen im Wesentlichen dem klassischen Design, wobei das Feststoff-Gas-Verhältnis deutlich höher ist, es treten lokal Feststoffbeladungen von mehr als 2 kg je kg Gas auf, beispielsweise 2 bis 8 kg je kg Gas. Im Calcinator wird der größte Teil (mehr als 60%, beispielsweise ca. 80 % der Brennstoffwärme umgesetzt. Durch das vorhandene Mehl ist trotz anfänglicher Sauerstoffkonzentration von etwa 75 % eine ausreichende Wärmesenke gegeben, die eine Überhitzung verhindert. Falls grobstückiger Ersatzbrennstoff (mit Kantenlängen von >100 mm verbrannt werden soll, ist ggf. eine geneigter Bereich mit höherer Verweildauer für den Brennstoff vorzusehen. Beispiele für solche geneigten Bereiche sind Treppenstufen, Vorschubroste, Rückschubroste etc.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Bindemittel, bevorzugt Zementklinker, aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Calcinator zugeführten Gasströme in Summe zu mehr als 50 Vol. % (vorzugsweise zu mehr als 85 Vol. %) aus Sauerstoff bestehen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können übliche Vorwärmer eingesetzt werden, d.h. Vorwärmer die 1-zügig (bzw. 1-strängig) ausgestaltet sind. Üblicherweise haben solche Vorwärmer mehrere Stufen.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung weisen die verwendeten 1-zügigen Vorwärmer 5 Stufen auf.
In bevorzugten Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung werden Vorwärmer eingesetzt, die 2-zügig (bzw. 2-strängig) ausgestaltet sind.
In bevorzugten Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung weisen diese zweizügigen Vorwärmer mehrere Stufen auf, insbesondere 3,4 oder 5 Stufen. Am meisten bevorzugt sind dabei 4-stufige oder 5-stufige Vorwärmer Kaskaden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden dabei die Begriffe „-strängig“ und „-zügig“ in Zusammenhang mit den Vorwärmern synonym verwendet
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einer Ausführungsform bevorzugt eingesetzten Vorwärmer sind dabei analog dem bekannten PASEC-Verfahren ausgestaltet (parallel/sequenzieller Calcinator). Dies bedeutet, dass im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein Calcinator und mehrere Vorwärmerstränge, üblicherweise ein Calcinator und zwei Vorwärmerstränge, derart angeordnet sind, dass sich sowohl die Material, als auch die Gas-Ströme (im Gegenstrom) überkreuzen (zwei Vorwärmerstränge überkreuzen sich, sind aber sequentiell angeordnet).
In weiteren bevorzugten Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung werden integrierte Calcinatoren verwendet. Dies bedeutet, dass ein umlaufender Calciumcarbonat- bzw. Calciumoxid-Strom vorliegt. Diese Ausgestaltungsform wird insbesondere dann umgesetzt, wenn der Drehofen eine Abgasmatrix mit so geringen CO₂ Konzentrationen hat, dass das Equipment zur Abscheidung von CO₂ besonders groß und/oder kostenaufwändig werden würde.
Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch den Verzicht auf eine Abgas Rezirkulation die Anlage kleiner ausgestaltet werden kann, was immense apparative und monetäre Vorteile in sich birgt.
In verschiedenen Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Gas-Regelzuführung mit dem Zweck der Regelung der Temperatur in den Calcinator. Auf diese Art und Weise kann die NOx-Bildung kontrolliert werden. Gleichsam ist es auch möglich, dass eine Gas-Regelzuführung mit dem Zweck der Regelung der Gasmenge in den Calcinator erfolgt; entweder alternativ oder zusätzlich zu der Temperaturregelung.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt diese Gas-Regelzuführung bereits nach dem ersten Abscheide-Zyklon. In anderen Varianten kann die Gas-Regelzuführung alternativ oder ergänzend zu der Zuführung nach dem ersten Abscheider Zyklon nach einem späteren oder sogar nach dem vorletzten Abscheider Zyklonen erfolgen.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmen in einem Zyklonvorwärmer geschieht, in dem das Verhältnis von zugeführtem Feststoff und Abgas größer als 1 bis 2 kg Feststoff je 1 kg Gas ist, bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg Feststoff je kg Gas.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker, bestehend aus mindestens einem Zyklonvorwärmer, einem Flugstromcalcinator, einem Drehofen und einem Klinkerkühler, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugstromcalcinator über einen nicht-senkrechten Abschnitt verfügt, in dem grobe Brennstoffe mit mehr als 100 mm Kantenlänge (das heißt nicht flugfähige Größe) aufgegeben und von den heißen Gasen im Calcinator überstrichen werden.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker aus mindestens einem Ausgangsstoff, bestehend aus mindestens den Schritten Trocknen und Mahlen des Rohmaterials, Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes mit dem Ziel, hydraulisch aktive Mineralphasen zu erzeugen, Kühlung des hydraulischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, dass heiße Luft aus dem Klinkerkühler wenigstens teilweise der Vorwärmung und anschließend der Trocknung und Mahlung zugeführt wird wobei eine Vermischung mit dem Abgas aus dem Calcinier- und Brennprozess vermieden wird.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas N₂-abgereicherte Luft, insbesondere sehr stark N₂-abgereicherte Luft.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas stark mit O₂ angereicherte Luft.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas reiner (technischer) Sauerstoff, dies ist eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas keine O_2/CO₂-Mischung.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der zugeführte Gasstrom kein rezirkuliertes Gas.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung enthält der zugeführte Gasstrom kein rezirkuliertes Gas.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das sauerstoffhaltige Gas keine Luft bzw. keine behandelte oder aufgearbeitete Luft. Dies ist eine bevorzugtere Ausgestaltung.
Zu berücksichtigen ist, dass durch den Betrieb der Anlage im Unterdruck möglicherweise Luft in geringer Menge von außen eingesaugt wird. Geringe Menge bedeutet in diesem Falle weniger als 10 Vol.-%, insbesondere 1 bis 5 Vol.-%. Diese eventuell von außen angesaugte Luft wird bei der Definition des sauerstoffhaltigen Gases nicht berücksichtigt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt in einigen Ausführungsformen die gesamte durch Verbrennung und Calcination erzeugte Abgasmenge für das Bindemittel (Zementklinker) bei 0,50 bis 0,70 Nm³/kg Klinker. Ein Nm³ Gas entspricht dabei einem m³ Gas bei einem Druck von 101,325 kPa bei einer Temperatur von 273,15 K.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich nach dem Vorwärmer CO₂ mit einem stark erhöhten Reinheitsgrad zu erhalten, so dass die weitere Aufarbeitung im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik erleichtert bzw. günstiger möglich ist.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann in einem Vorwärmerzug ein Carbonator angeordnet sein. Ein solcher Carbonator wird bevorzugt nur eingesetzt bzw. betrieben, wenn die aus dem Ofen, bevorzugt Drehrohrofen, austretenden und in den Vorwärmerstrang eingeleiteten Abgase eine Abgasmatrix aufweisen, die eine ökonomische Aufbereitung des CO₂ unnötig verteuern würde. Eine solche Abgasmatrix ist charakterisiert dadurch, dass das Abgas einen Gehalt von weniger als 35 Vol.-% CO₂ im trockenen Bezugszustand aufweist (trockener Bezugszustand heißt, dass aus dem Abgas die Feuchtigkeit herausgerechnet wird).
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur in den Calcinator über eine teilweise Rückführung von Gasen geregelt werden, wobei die rückgeführten Gase Abgase aus einer der dem Calcinator folgenden Vorwärmerstufen, bevorzugt der ersten nach dem Calcinator folgenden Vorwärmerstufe, sind. Diese teilweise Rückführung der Gase in den Calcinator führt zu einer NOx-reduzierten Fahrweise bzw. einer Erhöhung der Gasgeschwindigkeit bei hohen Gastemperaturen bzw. großen Querschnitten, besonders dann, wenn dem Calcinator zwei Vorwärmstränge nachgeschaltet sind.
Es wurde gefunden, dass eine Rückführung von heißem Trägergas aus prozesstechnischer Sicht, insbesondere für ein kontrolliertes Anfahren und gegebenenfalls auch einen Teillastbetrieb (z.B. mit einem Vorwärmerstrang) vorteilhaft ist.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Rückführung der Gase nach dem untersten (bzw. ersten) und vor dem nächstfolgenden Abscheidezyklon im Vorwärmer erfolgen, wodurch einerseits eine Regelung des NOx-Gehalts ermöglicht wird und andererseits eine ausreichend Tagfähigkeit des Gasstroms bei wesentlich größerem Querschnitt des Calcinators im Vergleich zu den Zyklonleitungen, insbesondere bei Verwendung eines dem einen Calcinator nachgeschalteten Vorwärmers, ermöglicht wird.
In einer ersten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren als ein Verfahren umfassend einen separaten Oxyfuelcalcinator mit konventionell gefeuertem Ofen bezeichnet werden.
Dabei umfasst die Anlage zur Durchführung des Verfahrens einen Calcinator zur Materialcalcinierung, der einerseits mit einem Brennstofflager verbunden ist und in den andererseits ein sauerstoffhaltiges Gas im Sinne der vorliegenden Erfindung, bevorzugt reiner Sauerstoff, eingeleitet werden kann. In diesem Zusammenhang kann dieser Calcinator also als Oxyfuelcalcinator bezeichnet werden. Dieser Calcinator ist mit einem ersten Vorwärmer zur Materialvorwärmung verbunden. Die Abgase aus diesem ersten Vorwärmer können zur Abwärmenutzung bzw. Abgasbehandlung abgeführt werden, wobei dann diese Abgase zur CO₂-Abtrennung und CO₂-Kompression geführt werden können. Von dort werden die Gase einerseits zum Kamin geführt und in die Atmosphäre entlassen (Restgas) und andererseits zur CO₂-Lagerung bzw. zum CO₂-Transport oder der Weiterverwendung geführt.
Der erste Vorwärmer („linker“ Vorwärmer) ist dabei mit einem zweiten Vorwärmer („rechter“ Vorwärmer) verbunden, Material, d.h. Rohmehl, wird dabei nur in Richtung des zweiten Vorwärmers geführt, nicht aber andersherum. Auch aus dem zweiten Vorwärmer wird Abgas abgezogen und einer weiteren Abgasbehandlung zugeführt. Den zweiten Vorwärmer wird zusätzlich aus dem Drehrohrofen stammendes warmes Abgas zugeführt wird.
Sowohl der erste Vorwärmer als auch der zweite Vorwärmer sind mit einem Rohmehlsilo verbunden, durch das das Rohmehl auf die beiden Vorwärmer aufgegeben wird.
Der Materialstrom des Rohmehls ausgehend vom Rohmehlsilo über die beiden Vorwärmer und den Calcinator folgt dabei den aus dem Stand der Technik bekannten Abläufen. Aus dem Calcinator wird dann das Rohmehl in den Ofen, insbesondere einen Drehrohrofen, geleitet. Abgase aus diesem Ofen können in den zweiten Vorwärmer geleitet werden.
Der (Drehrohr-)Ofen ist dabei in üblicher Weise mit einem Brennstofflager und einem Kühler für den aus dem Ofen austretenden Klinker versehen. Auch aus dem Kühler kann das Abgas einer Abwärmenutzung bzw. Abgasbehandlung geführt werden. Der aus dem Kühler austretende Klinker kann dann einem Klinkersilo zugeführt werden.
Eine solche Verschaltung bzw. ein solcher Verfahrensablauf, wie gerade beschrieben, ist beispielsweise auch in 1 dargestellt.
Eine zweite besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht in weiten Teilen der eben beschriebenen ersten besonderen Ausführungsform.
In dieser zweiten besonderen Ausführungsform ist es zusätzlich vorgesehen, dass das sauerstoffhaltige Gas beziehungsweise der Sauerstoff vor der Zuführung in den Oxyfuelcalcinator vorgewärmt wird. Weiterhin kann in einer solchen Ausführungsform vorgesehen sein, dass entsprechend vorgewärmtes sauerstoffhaltiges Gas beziehungsweise entsprechend vorgewärmter Sauerstoff auch bei der Abwärmenutzung bzw. Abgasbehandlung mitverwendet wird.
Weiterhin abweichend von der eben beschriebenen ersten besonderen Ausführungsform ist die Möglichkeit vorgesehen, dass in verschiedenen Varianten zwischen dem ersten Vorwärmer („linker“ Vorwärmer) und dem zweiten Vorwärmer („rechter“ Vorwärmer) ein Überkreuzen von Materialströmen analog dem bekannten PASEC-Verfahren erfolgen kann. Bei Aufgabe des Rohmehls auf den zweiten Vorwärmer, dem zusätzlich aus dem (Drehrohr-)Ofen stammendes warmes Abgas zugeführt wird, kann dabei das Material in diesem zweiten Vorwärmer getrocknet und vorgewärmt werden. Ein Vorteil ist, dass weniger Energie zur Kondensation von Wasser bei der CO₂-Aufbereitung notwendig ist.
Eine solche Verschaltung bzw. ein solcher Verfahrensablauf, wie gerade beschrieben, ist beispielsweise auch in 2 dargestellt.
In einer dritten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren als ein Verfahren umfassend einen separaten Oxyfuelcalcinator mit konventionell gefeuertem Ofen und teilweiser CO₂-Minderung im rechten Vorwärmerstrang (das heißt dem Vorwärmerstrang, dem Abgas aus dem Ofen, insbesondere Drehrohrofen, zugeführt wird) beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform befindet sich im Carbonatorbereich, der sich im rechten Vorwärmerstrang befindet, ein Kühler; mit diesem Kühler wird die Carbonatisierungstemperatur eingestellt.
Auch bei dieser Ausführungsform ist der prinzipielle, grundlegende Aufbau dem Fachmann bekannt. Im Unterschied zu der zuerst beschriebenen Ausführungsform ist statt eines zweiten Vorwärmers („rechter“ Vorwärmer) jetzt ein Vorwärmerstrang angeordnet, bestehend aus einem zweiten, oben angeordneten, Vorwärmer und einem dritten, unten angeordneten, Vorwärmer, zwischen denen ein Carbonator angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung findet ein Stoffaustausch zwischen dem ersten Vorwärmer und zweiten Vorwärmer statt (in beiden Richtungen) sowie zwischen dem ersten Vorwärmer und dem dritten Vorwärmer (ebenfalls in beiden Richtungen). Zudem wird das aus dem Oxyfuelcalcinator austretende Material aufgeteilt in einen Teil, der in den Ofen, insbesondere Drehrohrofen, geführt wird und einen zweiten Teil, der in den Carbonator geführt wird.
Eine solche Verschaltung bzw. ein solcher Verfahrensablauf, wie gerade beschrieben, ist beispielsweise auch in 3 dargestellt.
In einer vierten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren als ein Verfahren umfassend einen separaten Oxyfuelcalcinator mit konventionell gefeuertem Ofen und teilweiser CO₂-Minderung im rechten Vorwärmerstrang (das heißt dem Vorwärmerstrang, dem Abgas aus dem Ofen, insbesondere Drehrohrofen, zugeführt wird) beschrieben werden. Bei dieser Variante befindet sich im Carbonatorbereich, der sich im rechten Vorwärmerstrang befindet, kein Kühler zum Einstellen der Carbonatisierungstemperatur.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der eben beschriebenen dritten besonderen Ausführungsform darin, dass eine Materialaufgabe vom Rohmehlsilo lediglich auf den zweiten, oben angeordneten, Vorwärmer („rechter“ Vorwärmer) erfolgt, nicht aber auf den ersten Vorwärmer. Ein Materialaustausch zwischen den beiden Vorwärmersträngen (erster Vorwärmer auf der einen (linke) Seite und zweiter Vorwärmer, Carbonator und dritter Vorwärmer auf der anderen (rechten) Seite) erfolgt nur ausgehend vom dritten, unten angeordneten, Vorwärmer zum ersten Vorwärmer.
Eine solche Verschaltung bzw. ein solcher Verfahrensablauf, wie gerade beschrieben, ist beispielsweise auch in 4 dargestellt.
Es ist zu berücksichtigen, dass bei der Beschreibung dieser soeben dargestellten vier besonderen Ausführungsformen selbstverständlich nicht alle in Realität umgesetzten Merkmale dargestellt sind, sondern das Verfahren und der Anlagenaufbau sind entsprechend vereinfacht dargestellt, wie sich für den Fachmann sofort ohne weiteres ergibt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind unter anderem auch die folgenden mit römischen Ziffern bezeichneten Ausführungsformen:

Ausführungsform I. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker umfassend die Schritte
1. a) Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur,
2. b) Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes,
3. c) Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes in einem Drehofen,
4. d) Kühlung des Zementklinkers,
5. e) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, in i) den Calcinator,
dadurch gekennzeichnet, dass
- - zum Calcinieren keine Gase aus dem Drehofen zugeführt werden,
- - zur Vorwärmung eine- oder mehrzügige Zyklonvorwärmer eingesetzt werden, deren einzelne Zyklone kaskadenartig miteinander verbunden sind,
- - zwischen den einzelnen Zyklonvorwärmern Material- und/oder Gas-Transfer möglich ist, und
- - keine Rezirkulation der Vorwärmerabgase erfolgt.

Ausführungsform II. Verfahren nach Ausführungsform I, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt e) zusätzlich ii) das Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas in den Drehofen umfasst.
Ausführungsform III. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrstufige ein-, oder mehrzügige Zyklonvorwärmer eingesetzt werden.
Ausführungsform IV. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass zweizügige Zyklonvorwärmer mit zwei bis sechs Stufen, bevorzugt fünf Stufen eingesetzt werden.
Ausführungsform V. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Vorwärmern eines mehrzügigen Zyklonvorwärmers eine Überkreuzung von Mehlströmen nach jeder Stufe erfolgt, aber keine Kreuzung der Gasströme.
Ausführungsform VI. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung unter Einbindung mindestens eines Carbonators erfolgt.
Ausführungsform VII. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Carbonator aufweisender Vorwärmer eines zweiten Vorwärmerzuges mit aus dem Drehofen kommenden Abgasen beschickt wird, wobei die Abgase einen geringen Anteil CO₂ von weniger als 35 Vol.-% in trockenem Bezugszustand aufweisen. In einer Variante sind die Abgase alternativ oder zusätzlich zu dem geringen CO₂-Anteil über einen hohen Anteil an nichtkondensierbaren Bestandteilen gekennzeichnet.
Ausführungsform VIII. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierungstemperatur mittels eines Carbonators mit Kühler eingestellt wird.
Ausführungsform IX. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt wird.
Ausführungsform X. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt wird, wobei der Calcinator bevorzugt ein Flugstromcalcinator ist.
Ausführungsform XI. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Calcinator, der bevorzugt ein über einen nicht-senkrechten Abschnitt verfügender Flugstromcalcinator ist, grobe Brennstoffe mit einer Kantenlänge von 70 mm oder mehr, bevorzugt 100 mm oder mehr, aufgegeben werden, so dass sie von den heißen Gasen im Calcinator überstrichen werden.
Ausführungsform XII. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas

i) 75 Vol.-% oder mehr Sauerstoff enthält, bevorzugt 85 Vol.-% oder mehr, 90 Vol.-% oder mehr, 95 Vol.-% oder mehr, 98 Vol.-% oder mehr oder 99% Vol.-% oder mehr, oder
ii) 10 Vol.-% oder weniger Stickstoff enthält, bevorzugt 8 Vol.-% oder weniger, 6 Vol.-% oder weniger, 4 Vol.-% oder weniger, oder Stickstoff unterhalb der Nachweisgrenze enthält, oder
iii) 75 Vol.-% oder mehr Sauerstoff enthält, bevorzugt 85 Vol.-% oder mehr, 90 Vol.-% oder mehr, 95 Vol.-% oder mehr, 98 Vol.-% oder mehr oder 99% Vol.-% oder mehr, und 10 Vol.-% oder weniger Stickstoff enthält, bevorzugt 8 Vol.-% oder weniger, 6 Vol.-% oder weniger, 4 Vol.-% oder weniger, oder Stickstoff unterhalb der Nachweisgrenze, enthält.

Ausführungsform XIII. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Temperatur in dem Calcinator oder
b) die Gasmenge in dem Calcinator oder
c) die Temperatur und die Gasmenge in dem Calcinator

Ausführungsform XIV. Verfahren nach Ausführungsform XIII, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der rückgeführten Gase

- nach dem ersten Abscheidezyklon oder
- zwischen dem ersten oder vorletzten Abscheidezyklon, oder
- nach mehreren Abscheidezyklonen

Ausführungsform XV. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis VIII, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Calcinator zudosierten Mengen von sauerstoffhaltigem Gas und Brennstoff in Abhängigkeit von Calcinierungstemperatur und Temperatur im Vorwärmer geregelt werden.
Ausführungsform XVI. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass optional zusätzlich eine Rezirkulation der Calcinatorabgase, insbesondere nach der untersten Zyklonstufe, erfolgt.
Ausführungsform XVII. Anlage zur Herstellung von Zementklinker umfassend einen Vorwärmer, einen Calcinator, einen Drehofen und einen Klinkerkühler, wobei die Anlage eine Vorrichtung zur Zuführung von Gas zu i)dem Calcinator aufweist, wobei das zugeführte Gas einen Anteil von 15 Vol.-% oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol.-% oder mehr Sauerstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

- in den Calcinator keine Luft aus dem Drehofen zugeführt wird,
- als Vorwärmer Zyklonvorwärmer eingesetzt werden, deren einzelne Zyklone kaskadenartig miteinander verbunden sind, und
- zwischen den einzelnen Zyklonvorwärmern Material- und/oder Gas-Transfer möglich ist, und
- keine Rezirkulationsvorrichtung für die Vorwärmerabgase vorhanden ist.

Ausführungsform XVIII. Anlage nach Ausführungsform XVII, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich ii) eine Vorrichtung zur Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas in den Drehofen aufweist.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf konventionell gefeuerte Öfen beschrieben ist, kann sie auch mit den speziellen Gegenständen der parallelen Erfindung „Oxyfuel-Klinkerherstellung mit spezieller Sauerstoffzugasung“, insbesondere den folgenden mit römischen Ziffern Cl bis CVIII bezeichneten Ausführungsformen der parallelen Erfindung, kombiniert werden, wobei diese Kombinationen ausdrücklich auch Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind:

Ausführungsform Cl. Verfahren zur Herstellung zur Herstellung von Zementklinker umfassend die Schritte
1. a) Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur,
2. b) Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes,
3. c) Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes in einem Ofen,
4. d) Kühlung des Zementklinkers, gekennzeichnet durch den Schritt
5. e) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, aus einer ersten, direkt an den Ofenkopf angrenzenden Sektion des Kühlers in den Drehofen.
Ausführungsform CII. Verfahren nach Ausführungsformen Cl, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ofenkopf zur Verbrennung ein Teilgasstrom aus in Materialflussrichtung stromaufwärts gelegenen Anlagenteilen, bevorzugt aus dem Ofeneinlauf oder nach dem Calcinator, zurückgeführt wird.
Ausführungsform CIII. Verfahren nach einer der Ausführungsformen Cl oder CII, dadurch gekennzeichnet, dass heiße Abluft aus dem Klinkerkühler wenigstens teilweise der Vorwärmung, oder wenigstens teilweise der Trocknung und Mahlung, oder wenigstens teilweise der Vorwärmung und anschließend der Trocknung und Mahlung zugeführt wird, wobei eine Vermischung mit dem Abgas aus dem Calcinier- und Brennprozess vermieden wird.
Ausführungsform CIV. Verfahren nach einer der Ausführungsformen Cl bis CIII, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Ofeneinlaufbereich entnommene sauerstoffreiche Gas nach Abreicherung an zumindest Schwefel und Chlor dem Ofensystem zurückgeführt wird.
Ausführungsform CV. Verfahren nach einer der Ausführungsformen Cl bis CIV, dadurch gekennzeichnet, dass die zudosierten Mengen von Gas und Brennstoff in Abhängigkeit von Verbrennungstemperatur und Gasvolumenströmen geregelt werden.
Ausführungsform CVI. Verfahren nach einer der Ausführungsformen Cl bis CV, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des sauerstoffhaltigen Gases so eingestellt wird, dass am Hauptbrenner ein Sauerstoffüberschuß vorliegt und Restmengen des Sauerstoffs für eine dortige Verbrennung in den Calcinator gelangen ist.
Ausführungsform CVII. Verfahren nach einer der Ausführungsformen Cl bis CVI, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des sauerstoffhaltigen Gases ausschließlich auf der Seite eines in dem Kühler angeordneten Gastrennvorrichtung erfolgt, die dem Ofenkopf direkt angrenzt, wobei die Gastrennvorrichtung eine mechanische Gastrennvorrichtung, ein auf einer Sperrgas-Aufgabe basierendes System, oder ein kombiniertes System ist.
Ausführungsform CVIII. Anlage zur Herstellung von Zementklinker umfassend einen Vorwärmer, einen Calcinator, einen Drehofen und einen Klinkerkühler, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage an der dem Ofenkopf direkt angrenzenden Sektion des Kühlers eine Vorrichtung zur Zuführung von Gas aus dem Kühler zu dem Drehofen aufweist, wobei das zugeführte Gas einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist.

In speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird keine Luft aus dem Drehofen in den Calcinator geleitet. In anderen speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten (und gegebenenfalls weiteren) Vorwärmer bzw. Vorwärmerstränge nicht voneinander unabhängig. Diese speziellen Ausführungsformen können explizit mit den anderen genannten Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere den mit I bis XVIII bezeichneten Ausführungsformen.
Die Vorteilhaftigkeit der vorliegenden Erfindung ergibt sich unter anderem aus folgenden Aspekten: Da Ofen und Vorwärmer immer nach der Gasmenge projektiert werden, besteht die Vorteilhaftigkeit bei Wegfallen von Stickstoff aus der Mischung darin, dass neue Anlagen wesentlich kleiner ausgeführt sein können und dadurch erheblich kostengünstiger werden, oder bestehende Anlagen bei Umstellung mit wesentlich höherer Kapazität betrieben werden könnten.
Ein vorteilhafter Aspekt der vorliegende Erfindung ergibt sich durch die Einleitung eines sauerstoffhaltigen Gases mit eine hohen Sauerstoffgehalt oder reinen Sauerstoff in den Calcinator und die Tatsache, dass keine Rezirkulation der Vorwärmergase (Trägergase) daraus, dass entsprechend die Gasmengen im Calcinator und nachfolgenden Vorwärmer erheblich reduziert werden.
Dies ermöglicht eine erheblich kleinere Dimensionierung des Calcinators und des nachfolgenden Vorwärmers/der nachfolgen Vorwärmer. Mit dieser Reduzierung der Anlagengröße geht eine Reduzierung der an die Umgebung wärmeabgebenden Flächen einher. Dies reduziert einerseits die Wärmeverluste der Aggregate, aber auch die spezifisch eintretende Falschluftmenge und erhöht damit die thermische Energieeffizienz der Anlage. Ferner wird durch die erhebliche Reduzierung des zu fördernden Gasstromes eine erhebliche Einsparung im notwendigen elektrischen energieverbrauch erzielt.
Die Verringerung der Gasmenge führt automatisch zu einer Erhöhung der Feststoffbeladung in der Gasphase (vgl. oben), wobei dieser Sachverhalt sowohl im Calcinator als auch in den Steigleitungen der Vorwärmerzyklone zu beachten ist. Hier werden Gasgeschwindigkeiten vorgesehen, die einen ausreichenden Transport der Partikel (Rohmehlpartikel) in der Gasphase sicherstellen. Mit sinkendem Durchmesser der Leitungen steigt die Froude-Zahl, die ein wesentlicher Indikator für die Fähigkeit der Gasphase ist, Feststoff zu transportieren. Bei großen Leitungsdurchmessern kann bei hohen Feststoffbeladungen zusätzlich die Gasgeschwindigkeit angehoben werden, um die Tragfähigkeit der Gasphase für den Feststoff zu gewährleisten. Alternativ sind, im Rahmen der vorliegenden Erfindung, mehrere parallel geschaltete Systeme umsetzbar (um den Rohrdurchmesser zu reduzieren) oder eine Teilrückführung von Gasen, insbesondere im Calcinatorbereich. Eine teilweise, gesteuerte oder geregelte Rückführung von Calcinatorabgas (nach Zyklonabscheider) kann insbesondere vorteilhaft sein, um Temperaturspitzen zu reduzieren und damit Schadstoffemissionen, wie thermisches NOx (der Stickstoff stammt aus dem Brennstoff) zu reduzieren oder die Verbrennung von Brennstoffen mit schwankendem Heizwert auszugleichen.
Grundsätzlich kann eine globale Erhöhung der Geschwindigkeit, falls gewünscht, eingestellt werden und gegebenenfalls mit Einbauten gekoppelt werden, die eine lokale Erhöhung der Geschwindigkeit und/oder lokal eine wirksame Dispersion des Feststoffs bewirken.
Zwar wird die vorliegende Erfindung ohne Rauchgaszirkulation dargestellt, jedoch ist es in verschiedenen Varianten der vorliegenden Erfindung möglich die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit einer (internen) Rauchgaszirkulation zu verbinden.
Die verschiedenen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Varianten der vorliegenden Erfindung, beispielsweise, aber nicht auf diese beschränkt, der verschiedenen Ansprüche, können dabei beliebig miteinander kombiniert werden, sofern solche Kombinationen sich nicht widersprechen.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind dabei nicht limitierend auszulegen und nicht maßstabsgetreu. Weiterhin enthalten die Zeichnungen nicht alle Merkmale, die übliche Anlagen aufweisen, sondern sind auf die für die vorliegende Erfindung und ihr Verständnis wesentlichen Merkmale reduziert.
Figurenliste
In den Figuren bezeichnen gestrichelte Linien (Pfeile) eine Gastransfer und durchzogene Linien (Pfeile) einen Material bzw. Stofftransfer.

1 zeigt ein Flowchart eines auf der Oxyfueltechnologie basierenden Verfahrens, bei dem aus dem Ofen austretendes heißes Gas in Vorwärmer 2 geführt wird, der wiederum Material von Vorwärmer 1 empfängt.
2 zeigt ein Flowchart eines auf der Oxyfueltechnologie basierenden Verfahrens, bei dem ähnlich wie in 1 warme Abluft aus dem Ofen in Vorwärmer 2 geführt wird. Im Unterschied zu 1 findet jedoch zwischen Vorwärmer 1 und Vorwärmer 2 ein Materialaustausch statt. Insbesondere findet dort ein Überkreuzen von Material strömen analog dem PASEC-Verfahren statt. Zwar ist es prinzipiell genauso gut möglich die Ofenabgase in Vorwärmer 1 zu führen allerdings hat die Aufgabe auf Vorwärmer 2 den Vorteil, dass dann rechts getrocknet werden kann, d.h. es wird weniger Energie zur Kondensation von Wasser bei der CO₂-Aufbereitung notwendig.
3 zeigt ein Flowchart eines auf der Oxyfueltechnologie basierenden Verfahrens, bei dem die heißen Abgase aus dem Verbrennungsofen auf den Vorwärmer 3 aufgegeben werden und dann weiter durch den Carbonator zum Vorwärmer 2 fließt. Dadurch wird eine teilweise CO₂-Minderung im rechten Strang erreicht. Im rechten Strang ist darüber hinaus ein Kühler im Carbonatorbereich angeordnet.
4 zeigt ein Flowchart eines auf der Oxyfueltechnologie basierenden Verfahrens, bei dem ähnlich wie bei dem Verfahren gemäß 3 vorgegangen wird, im Unterschied dazu allerdings im Carbonatorbereich kein Kühler vorhanden ist.

5 zeigt eine Vorrichtung, bei der dem Drehofen ein sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird; diese Vorrichtung kann mit der vorliegenden Erfindung kombiniert werden. 5 zeigt dabei illustrativ einen Kühler (Klinkerkühler) K, der in fünf verschiedene Kühlzonen K1 bis K5 aufgeteilt ist. Dabei wird über die verschiedenen Gebläse G entsprechend Gas zugeführt. Über die den Zonen K3 bis K5 zugeordneten Gebläse G wird Kühlluft für den Klinker zugeführt, jedoch keine Verbrennungsluft zum Ofen. Über das der Zone K1 zugeordnete Gebläse wird das sauerstoffhaltige Gas A zugeführt, das als Verbrennungsluft in den Ofen geleitet wird. Über das der Zone K2 zugeordnete Gebläse wird Sperrgas B zugeführt. Dieses Sperrgas kann beispielsweise zu 85 Volumenprozent oder mehr aus Kohlendioxid bestehen, wobei der Rest Inertgas ist oder beispielsweise zu 85 Volumenprozent oder mehr aus Sauerstoff bestehen, wobei der Rest in Inertgas ist. Mit Inertgas sind dabei bevorzugt Komponenten wie Wasserdampf, Argon, etc. gemeint. In beiden Fällen dient das Gas B als Sperrgas für die Abdichtung des Sauerstoffbereichs von dem Luftbereich des Kühlers. Ferner ist in 1 eine CO₂-Scheide Ta dargestellt, die durch die Aufgabe des Sperrgases funktioniert oder in Form einer mechanischen Gasscheide ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

K: Kühler (Klinkerkühler)
Ta: Gastrenneinrichtung mit Sperrgas (CO₂-Scheide (Sperrgas)) oder mechanische Gastrenneinrichtung bzw. mechanische Gastrenneinrichtung in Kombination mit Sperrgas (CO₂-Scheide (mechanisch bzw. Kombination mechanisch/Sperrgas))
G: Gebläse
K1: Kühlzone 1 (erste Kühlzone)
K2: Kühlzone 2 (zweite Kühlzone)
K3: Kühlzone 3 (dritte Kühlzone)
K4: Kühlzone 3 (vierte Kühlzone)
K5: Kühlzone 5 (fünfte Kühlzone)
A: sauerstoffhaltiges Gas
B: Sperrgas
hV: heiße Verbrennungsluft
AI: Abluft
1: Kamin/Atmosphäre (Restgas)
2: CO₂-Transport/Lagerung/Weiterverwendung
3: CO₂-Abtrennung und Kompression
4: Abgasbehandlung (aus Vorwärmer)
5: Abgasbehandlung (aus Kühler)
6: Abwärmenutzung/Verstromung
7: Vorwärmer 1 (Materialvorwärmung)
8: Vorwärmer 2 (Materialvorwärmung)
9: Vorwärmer 3 (Materialvorwärmung)
10: Carbonator (mit Kühlung)
11: Carbonator (ohne Kühlung)
12: Oxyfuelcalcinator (Materialcalcinierung)
13: Brennstofflager (für Calcinator)
14: Brennstofflager (für Ofen)
15: Sauerstoffhaltiges Gas/Sauerstoff
16: Rohmehlsilo
17: Klinkersilo
18: Wärmenutzung/Abgasbehandlung (aus Vorwärmer 2)
19: Ofen (Drehrohrofen)
20: Kühler (Klinkerkühler)
21: Abwärmenutzung/Abgasbehandlung (aus Vorwärmer 1 bzw. Vorwärmer 1 und Vorwärmung sauerstoffhaltiges Gas/Sauerstoff)
22: Vorwärmung sauerstoffhaltiges Gas/Sauerstoff
23: Abwärmenutzung/Abgasbehandlung (aus Kühler (Klinkerkühler))

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1037005 B1 [0002]
JP 2007126328 A [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Zementklinker umfassend die Schritte a) Vorwärmen des Ausgangsmaterials auf Calcinierungstemperatur, b) Calcinieren des vorgewärmten Ausgangsstoffes, c) Brennen des calcinierten Ausgangsstoffes in einem Drehofen, d) Kühlung des Zementklinkers, e) Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases, das einen Anteil von 15 Vol. % oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol. % oder mehr Sauerstoff aufweist, in i) den Calcinator, dadurch gekennzeichnet, dass - zum Calcinieren keine Gase aus dem Drehofen zugeführt werden, - zur Vorwärmung eine- oder mehrzügige Zyklonvorwärmer eingesetzt werden, deren einzelne Zyklone kaskadenartig miteinander verbunden sind, - zwischen den einzelnen Zyklonvorwärmern Material- und/oder Gas-Transfer möglich ist, und - keine Rezirkulation der Vorwärmerabgase erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt e) zusätzlich ii) das Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas in den Drehofen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrstufige ein-, oder mehrzügige Zyklonvorwärmer eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zweizügige Zyklonvorwärmer mit zwei bis sechs Stufen, bevorzugt fünf Stufen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Vorwärmern eines mehrzügigen Zyklonvorwärmers eine Überkreuzung von Mehlströmen nach jeder Stufe erfolgt, aber keine Kreuzung der Gasströme.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung unter Einbindung mindestens eines Carbonators erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Carbonator aufweisender Vorwärmer eines zweiten Vorwärmerzuges mit aus dem Drehofen kommenden Abgasen beschickt wird, wobei die Abgase einen geringen Anteil CO₂ von weniger als 35% in trockenem Bezugszustand aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierungstemperatur mittels eines Carbonators mit Kühler eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Verhältnis von zugeführtem Feststoff zu Abgas auf größer als 1,0 kg, vorzugsweise größer als 1,3 kg Feststoff je 1 kg Gas, bevorzugt 1 bis 2 kg/kg Feststoff zu Gas, besonders bevorzugt 1,3 bis 1,9 kg/kg Feststoff zu Gas, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Calcinator, der bevorzugt ein über einen nicht-senkrechten Abschnitt verfügender Flugstromcalcinator ist, grobe Brennstoffe mit einer Kantenlänge von 70 mm oder mehr, bevorzugt 100 mm oder mehr, aufgegeben werden, so dass sie von den heißen Gasen im Calcinator überstrichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas i) 75 Vol.-% oder mehr Sauerstoff enthält, bevorzugt 85 Vol.-% oder mehr, 90 Vol.-% oder mehr, 95 Vol.-% oder mehr, 98 Vol.-% oder mehr oder 99% Vol.-% oder mehr, oder ii) 10 Vol.-% oder weniger Stickstoff enthält, bevorzugt 8 Vol.-% oder weniger, 6 Vol.-% oder weniger, 4 Vol.-% oder weniger, oder Stickstoff unterhalb der Nachweisgrenze enthält, oder iii) 75 Vol.-% oder mehr Sauerstoff enthält, bevorzugt 85 Vol.-% oder mehr, 90 Vol.-% oder mehr, 95 Vol.-% oder mehr, 98 Vol.-% oder mehr oder 99% Vol.-% oder mehr, und 10 Vol.-% oder weniger Stickstoff enthält, bevorzugt 8 Vol.-% oder weniger, 6 Vol.-% oder weniger, 4 Vol.-% oder weniger, oder Stickstoff unterhalb der Nachweisgrenze, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Temperatur in dem Calcinator oder b) die Gasmenge in dem Calcinator oder c) die Temperatur und die Gasmenge in dem Calcinator über eine teilweise Rückführung von Gasen geregelt wird, wobei die rückgeführten Gase Abgase aus einer der dem Calcinator folgenden Vorwärmerstufen, bevorzugt der ersten nach dem Calcinator folgenden Vorwärmerstufe, sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der rückgeführten Gase - nach dem ersten Abscheidezyklon oder - zwischen dem ersten oder vorletzten Abscheidezyklon, oder - nach mehreren Abscheidezyklonen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Calcinator zudosierten Mengen von sauerstoffhaltigem Gas und Brennstoff in Abhängigkeit von Calcinierungstemperatur und Temperatur im Vorwärmer geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass optional zusätzlich eine Rezirkulation der Calcinatorabgase erfolgt.
Anlage zur Herstellung von Zementklinker umfassend einen Vorwärmer, einen Calcinator, einen Drehofen und einen Klinkerkühler, wobei die Anlage eine Vorrichtung zur Zuführung von Gas zu i) dem Calcinator aufweist, wobei das zugeführte Gas einen Anteil von 15 Vol.-% oder weniger Stickstoff und einen Anteil von 50 Vol.-% oder mehr Sauerstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - in den Calcinator keine Luft aus dem Drehofen zugeführt wird, - als Vorwärmer Zyklonvorwärmer eingesetzt werden, deren einzelne Zyklone kaskadenartig miteinander verbunden sind, und - zwischen den einzelnen Zyklonvorwärmern Material- und/oder Gas-Transfer möglich ist, und - keine Rezirkulationsvorrichtung für die Vorwärmerabgase vorhanden ist.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich ii) eine Vorrichtung zur Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas in den Drehofen aufweist.