DE102020102429A1

DE102020102429A1 - Verfahren zur Herstellung von Zementklinker sowie Zementklinkerwerk

Info

Publication number: DE102020102429A1
Application number: DE102020102429.0A
Authority: DE
Inventors: Patrik Schleicher
Original assignee: Schwenk Zement & Co Kg GmbH
Current assignee: Schwenk Zement & Co Kg GmbH
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker (12), umfassend die folgenden Verfahrensschritte:- Brennen von Rohmehl (13) in einem Drehrohrofen (2) zu Zementklinker (12) bei einer Temperatur von mindestens 1.400 °C;- Abziehen eines Chlormischstroms (5) aus dem Drehrohrofen (2), wobei der Chlormischstrom (5) im gasförmigen Aggregatzustand vorliegende Chloridverbindungen sowie Staubpartikel enthält;- Behandlung des Chlormischstroms (5) in einer Filteranlage (3).Um ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker hervorzubringen, bei dem auch besonders feingemahlene Staubpartikel des Rohmehls in dem Herstellungsprozess erhalten bleiben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil des Chlormischstroms (5) mit einer Temperatur von mindestens 900 °C einem Filterorgan (6) der Filteranlage (3) zugeführt wird, wobei in dem Chlormischstrom (5) enthaltene Staubpartikel derart an dem Filterorgan (6) abgeschieden werden, dass der Chlormischstrom (5) in einen von Staubpartikeln gebildeten Staubstrom (7) und einen gasförmigen Chlorgasstrom (8) getrennt wird, der die Chloridverbindungen enthält.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung ein Zementklinkerwerk gemäß Anspruch 8.
Das Verfahren zur Herstellung von Zementklinker umfasst grundsätzlich das Brennen von Rohmehl in einem Drehrohrofen zu Zementklinker bei einer Temperatur von mindestens 1400 °C. Infolge der hohen Temperaturen, die in dem Drehrohrofen herrschen, werden unter anderem Chloridverbindungen, die sowohl über das Rohmehl als auch über den zur Beheizung des Drehrohrofens verwendeten Brennstoff in den Drehrohrofen eingetragen werden können, geschmolzen und schließlich verdampft. Mithin liegt in dem Drehrohrofen eine Gasphase von Chloridverbindungen vor. Aufgrund der turbulenten Strömungsbedingungen in dem Drehrohrofen befinden sich außerdem in aller Regel Staubpartikel in der Luft, die aufgrund ihrer besonders geringen Größe in Form von Schwebeteilchen vorliegen. Zumindest die gasförmigen Chloridverbindungen und die Staubpartikel bilden gemeinsam im Sinne der vorliegenden Anmeldung einen „Chlormischstrom“. Dieser kann neben den Chloridverbindungen ferner andere in ihrem gasförmigen Aggregatzustand vorliegende Verbindungen aufweisen, insbesondere Schwermetallverbindungen, die vor allem Blei und/oder Kadmium enthalten können. Das Verfahren zur Herstellung von Zementklinker sieht eine Behandlung dieses Chlormischstroms in einer Filteranlage vor.
Stand der Technik
Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise ist im Stand der Technik bereits bekannt. Hierzu wird exemplarisch auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2017 008 500 A1 hingewiesen. Diese betrifft ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art, dem die Aufgabe zugrunde liegt, einen Energieverbrauch im Zuge der Herstellung von Zementklinker zu reduzieren. Hierzu wird unter anderem vorgeschlagen, aus dem Drehrohrofen einen Chlormischstrom, auch „Bypassstrom“ genannt, abzuziehen und anschließend derart zu behandeln, dass die darin enthaltenen Chloridverbindungen aus dem Chlormischstrom abgeschieden werden, die in dem Chlormischstrom enthaltene thermische Energie jedoch in den Drehrohrofen rezirkuliert wird. Das Abscheiden der Chloridverbindungen erfolgt mittels einer Filteranlage, der der Chlormischstrom zugeleitet wird. Mittels der Filteranlage werden die in dem Chlormischstrom enthalten Staubpartikel mitsamt den sich daran niederschlagenden Chloridverbindungen abgeschieden, sodass im Ergebnis ein schadstoffbelasteter Staubstrom und ein schadstofffreier Gasstrom erzeugt wird, der als solcher ohne Weiteres dem Drehrohrofen wieder zugeleitet werden kann. Eine Anreicherung der Chloridverbindungen in dem Drehrohrofen tritt nicht auf. Die in dem Chlormischstrom enthaltenen Staubpartikel dienen den Chloridverbindungen als Kondensationskeime, wobei die Temperatur des Chlormischstroms beim Eintritt in die Filteranlage sich im Bereich von 700 °C bis 900 °C befindet.
Das bekannte Verfahren ist insoweit von Nachteil, als die abgeschiedenen Staubpartikel, die als Kondensationskeime für die Chloridverbindungen dienen, entsorgt werden müssen, da sie infolge der daran gebundenen Chloride nicht zur weiteren Verwertung geeignet sind. Dem Verfahren zur Zementklinkerherstellung sind sie folglich entzogen.
Die Qualität des herzustellenden Zementklinkers hängt wesentlich von der Mahlfeinheit des dem Drehrohrofen zugeführten Rohmehls ab. Da die Staubpartikel, die in Form von Schwebeteilchen als Teil des Chlormischstroms aus dem Drehrohrofen abgezogen werden, diejenigen sind, die die höchste Feinheit aufweisen, ist es im Hinblick auf die Herstellung des Zementklinker besonders bedauerlich, dass diese Staubpartikel dem Herstellungsprozess dauerhaft entzogen werden.
Aufgabe
Der vorliegenden Anmeldung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker hervorzubringen, bei dem auch besonders fein gemahlene Staubpartikel des Rohmehls in dem Herstellungsprozess erhalten bleiben.
Lösung
Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des gesamten aus dem Drehrohrofen entnommenen Chlormischstroms mit einer Temperatur von mindestens 900 °C einem Filterorgan der Filteranlage zugeführt wird. Vorzugsweise werden zwischen 10% und 100%, vorzugsweise zwischen 20% und 80%, weiter vorzugsweise zwischen 30 % und 60%, des gesamtem Chlormischstroms dem Filterorgan zugeleitet. Mittels des Filterorgans wird zumindest ein Teil der in dem Chlormischstrom enthaltenen Staubpartikel abgeschieden, sodass der Chlormischstrom in einen von den abgeschiedenen Staubpartikeln gebildeten Staubstrom und einen gasförmigen Chlorgasstrom getrennt wird, der die Chlorverbindungen enthält. Die Abscheidung der Staubpartikel findet mithin insbesondere statt, bevor sich Chloridverbindungen an ihnen niederschlagen. Eine Abscheidung der Chlorverbindungen mittels des Filterorgans findet nicht statt. Stattdessen ist der das Filterorgan verlassende Chlorgasstrom weiterhin mit den potenziell schädlichen Chloridverbindungen sowie ggf. weiteren Verbindungen, insbesondere Schwermetallverbindungen, belastet. Aufgrund der hohen Temperatur, mit der der Chlormischstrom der Filteranlage zugeleitet wird, kommt es im Vergleich zum Stand der Technik nicht in der bekannten Weise zur Kondensation der Chloridverbindungen an den Staubpartikeln sowie zu einem daraufhin stattfindenden Abscheiden der Chloridverbindungen zusammen mit den Staubpartikeln an dem Filterorgan. Vorteilhafterweise beträgt die Temperatur, mit der der Chlormischstrom dem Filterorgan zugeleitet wird, mindestens 950 °C, vorzugsweise mindestens 1000 °C.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Insbesondere wird die Möglichkeit geschaffen, die flugfähigen Staubpartikel, die in dem Chlormischstrom enthalten sind, derart abzuscheiden, dass sie nach ihrer Abscheidung (in Form des Staubstroms) nicht mit den Chloridverbindungen belastet sind. Mithin kann der Staubstrom, der - wie vorstehend beschrieben - die besonders feinen Staubpartikel des Rohmehls enthält und dementsprechend wertvoll für den herzustellenden Zementklinker ist, in den Drehrohrofen rezirkuliert und/oder in der Zementmahlung, insbesondere als Zumahlstoff, verwendet werden. Hierfür wird der Staubstrom vorteilhafterweise aus einem Abscheideraum der Filteranlage mittels einer Rezirkulationsleitung zumindest mittelbar dem Drehrohrofen bzw. mittels einer Förderleitung der Zementmahlung zugeleitet. Der nunmehr separierte Chlorgasstrom, der durch das Filterorgan hindurchtritt, kann schließlich weiter behandelt werden, um die darin enthaltenen Chloridverbindungen und ggf. weiteren Verbindungen abzutrennen. Insbesondere kann der Chlorgasstrom einem Wäscher zugeleitet werden, mittels dessen die Chloridverbindungen abgetrennt werden und auf diese Weise der Chlorgasstrom in einen Reingasstrom überführt wird. Letzterer kann sodann durch einen Kamin in die Umwelt entlassen werden.
In besonders vorteilhafter Weise werden auch Schwermetallverbindungen als Teil des Chlormischstroms dem Filterorgan zugeleitet. Ebenso wie die Chloridverbindungen werden die Schwermetallverbindungen nicht abgeschieden und sind folglich nach dem Passieren des Filterorgans im Sinne der vorliegenden Anmeldung Teil des Chlorgasstroms. Anschließend, insbesondere mittels eines Wäschers, können neben den Chloridverbindungen des Chlorgasstroms auch die Schwermetallverbindungen aus dem Chlorgasstrom gewaschen werden, sodass der dadurch gebildete Reingasstrom zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, frei von Schwermetallverbindungen ist.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass es zur Weiterverwendung der in dem Chlormischstrom enthaltenen Staubpartikel zunächst erforderlich ist, die Staubpartikel getrennt von den Chloridverbindungen aus dem Chlormischstrom abzuscheiden. Nur auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass es nicht bei einer Rezirkulation der Staubpartikel in den Drehrohrofen zu einer Anreicherung der Chloridverbindungen in dem Drehrohrofen und in weiterer Konsequenz in dem Zementklinker kommt, wodurch die Eigenschaften des Zementklinkers und sodann des darauf hergestellten Zements negativ beeinflusst würden. Dasselbe gilt für den Fall einer Verwendung der Staubpartikel in der Zementmahlung. Um die Staubpartikel getrennt von den Chloridverbindungen aus dem Chlormischstrom abzuscheiden, ist es erforderlich, dass die Chloridverbindungen nicht an den Staubpartikeln kondensieren. Dies kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, indem Prozessparameter der Filteranlage derart eingestellt werden, dass eine solche Kondensation zumindest im Wesentlichen unterbleibt. Insbesondere sollte die Temperatur des Chlormischstroms im Bereich des Filterorgans der Filteranlage mindestens 900 °C betragen.
Ferner ist es von besonderem Vorteil, wenn eine Filtrationsgeschwindigkeit an dem Filterorgan höchstens 0,02 m/s, vorzugsweise höchstens 0,05 m/s, weiter vorzugsweise höchstens 0,1 m/s, beträgt. Die Chloridverbindungen weisen in aller Regel eine Siedetemperatur von ca. 1300 °C auf. In dem Temperaturbereich, in dem der Chlormischstrom der Filteranlage zugeleitet wird, liegen die Chloridverbindungen mithin eigentlich in ihrem flüssigen Aggregatzustand bzw. ihrer Schmelzphase vor. Aufgrund der vergleichsweise hohen Filtrationsgeschwindigkeit ist jedoch der Partialdruck der Chloridverbindungen im Bereich des Filterorgans besonders niedrig, sodass ein Übertritt der Chloridverbindungen von der Schmelzphase in die Dampfphase, das heißt von dem flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand, besonders leichtfällt. Demgemäß findet eine Kondensation der Chloridverbindungen an den am Filterorgan abgeschiedenen Staubpartikeln sowie innerhalb der Poren des jeweiligen Filterorgans zwar statt, ist jedoch nur von sehr kurzer Dauer, da kondensierte Chloridverbindungen aufgrund der herrschenden Randbedingungen unmittelbar wieder in ihre Dampfphase übertreten und somit das Filterorgan durchströmen können. Sie bleiben daraufhin nicht dauerhaft an den Staubpartikeln haften, die folglich unbelastet abgeschieden werden. Der vorteilhafte Temperaturbereich des Chlormischstroms von mindestens 900 °C bis beispielsweise 1000 °C ist in diesem Zusammenhang noch unterhalb einer Grenze, bis zu der ein dauerhafter Einsatz mechanisch wirkender Filterorgane denkbar ist. Das Filterorgan kann insbesondere von einem Keramikfilter, beispielsweise einer von Keramik gebildeten Filterkerze, oder einer, vorzugsweise keramischen, Filterschüttung gebildet sein.
Um einen Temperaturverlust des Chlormischstroms ausgehend von dem Drehrohrofen bis hin zu der Filteranlage möglichst gering zu halten, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Chlormischstrom ausgehend von dem Drehrohrofen unmittelbar der Filteranlage zugeführt wird. Ferner kann es von besonderem Vorteil sein, wenn der Chlormischstrom in einem Einlaufbereich des Drehrohrofens abgezogen wird. In diesem Einlaufbereich wird typischerweise zuvor das entsäuerte Rohmehl dem Drehrohrofen zugeführt.
Die Temperatur des aus der Filteranlage austretenden Chlorgasstroms beträgt vorzugsweise mindestens 750 °C, vorzugsweise mindestens 800 °C, weiter vorzugsweise mindestens 850 °C. Entsprechend ist es besonders vorteilhaft, wenn der Chlorgasstrom, vorzugsweise unmittelbar, ausgehend von der Filteranlage einer Verstromungsanlage zugeführt wird, die dazu geeignet ist, in dem Chlorgasstrom enthaltene thermische Energie in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Verstromungsanlage kann insbesondere einen Abhitzkessel umfassen, mittels dessen eine Übertragung der thermischen Energie des Chlorgasstroms auf ein Wärmeträgermedium möglich ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Chlorgasstrom einer Abwärmerückgewinnungsanlage zugeführt werden, mittels der die thermische Energie direkt als Prozesswärme verwendbar ist. Beispielsweise ist es denkbar, den Chlorgasstrom zur Trocknung von Rohstoffen, beispielsweise von Klärschlamm, zu verwenden.
In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die zugrunde liegende Aufgabe erfindungsgemäß mittels eines Zementklinkerwerks mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 9 bis 13.
Das erfindungsgemäße Zementklinkerwerk umfasst einen Drehrohrofen sowie eine mit dem Drehrohrofen in Wirkverbindung stehende Filteranlage. Die Filteranlage und der Drehrohrofen sind mittels einer Leitung strömungstechnisch miteinander verbunden, sodass ein aus dem Drehrohrofen abgezogener Chlormischstrom, der insbesondere im gasförmigen Aggregatzustand vorliegende Chloridverbindungen sowie Staubpartikel enthält, mittels der Leitung der Filteranlage zuführbar ist. Die Filteranlage umfasst mindestens ein Filterorgan, mittels dessen aus dem Chlormischstrom zumindest ein Teil der Staubpartikel abscheidbar ist, sodass der Chlormischstrom in einen von den Staubpartikeln gebildeten Staubstrom und einen Chlorgasstrom trennbar ist. Der Chlorgasstrom enthält insbesondere die in ihrem gasförmigen Aggregatzustand vorliegenden Chloridverbindungen. Zusätzlich kann er ggf. Schwermetallverbindungen aufweisen, die gleichermaßen in ihrem gasförmigen Zustand vorliegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels des erfindungsgemäßen Zementklinkerwerks besonders einfach durchführbar. Die sich dadurch ergebenden Vorteile sind vorstehend bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben. Insbesondere wird die Möglichkeit geschaffen, die besonders feinen und mithin für die Zementklinkerherstellung besonders wertvollen Staubpartikel zumindest weitestgehend unbelastet von Chloridverbindungen in den Drehrohrofen zu rezirkulieren und/oder in der Zementmahlung zu verwenden, insbesondere als Zumahlstoff.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zementklinkerwerks ist das Filterorgan von einem Keramikfilter oder von einer, vorzugsweise keramischen, Filterschüttung gebildet. Sofern das Filterorgan von einem Keramikfilter gebildet ist, kann es weiterhin besonders vorteilhaft sein, wenn das Filterorgan in Form einer Filterkerze ausgeführt ist, die vorzugsweise einen zylindrischen Querschnitt aufweist. Die Verwendung von Keramik als Werkstoff für das Filterorgan ist insbesondere im Hinblick auf eine möglichst hohe Temperaturbeständigkeit des Filterorgans vorteilhaft. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Chlormischstrom mit einer möglichst hohen Temperatur, vorzugsweise mehr als 900 °C, der Filteranlage und mithin dem Filterorgan zuzuleiten.
Um den Chlormischstrom mit einer möglichst hohen Temperatur der Filteranlage zuleiten zu können, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Leitung, mittels der die Filteranlage mit dem Drehrohrofen verbunden ist, an einen Einlaufbereich des Drehrohrofens angeschlossen ist, wobei die Leitung vorzugsweise eine unmittelbare strömungstechnische Verbindung zwischen dem Drehrohrofen und der Filteranlage herstellt.
Betreffend eine durchschnittliche Porenweite des Filterorgans kann es weiterhin besonders vorteilhaft sein, wenn diese im Bereich zwischen 1 µm und 100 µm liegt. Eine in diesem Bereich liegende Porenweite ist besonders gut geeignet, die feinen Staubpartikel, die als Schwebeteilchen Teil des Chlormischstroms sind, zumindest im Wesentlichen vollständig mechanisch zurückzuhalten, während die gasförmigen Bestandteile des Chlormischstroms, insbesondere im gasförmigen Aggregatzustand vorliegende Chloridverbindungen, die Poren durchdringen und mithin das Filterorgan passieren können.
Weiterhin kann eine solche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zementklinkerwerks besonders vorteilhaft sein, bei der selbiges eine Rezirkulationsleitung umfasst, die einen Abscheideraum der Filteranlage zumindest mittelbar strömungstechnisch mit dem Drehrohrofen verbindet. Der Abscheideraum bezeichnet dabei einen solchen Raum der Filteranlage, in dem sich die mittels des Filterorgans abgeschiedenen Staubpartikel sammeln. Die Rezirkulationsleitung ist dazu geeignet, den aus dem Chlormischstrom abgeschiedenen Staubstrom durch die Rezirkulationsleitung hindurch in den Drehrohrofen zu leiten.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorteilhaft sein, wenn das Zementklinkerwerk mindestens eine Förderleitung umfasst, mittels der die Staubpartikel ausgehend von dem Abscheideraum der Filteranlage der Zementmahlung zuleitbar ist, beispielsweise einem Silo, in dem die Staubpartikel zu weiteren Verwendung als Zumahlstoff gelagert werden.
Das erfindungsgemäße Zementklinkerwerk weiter ausgestaltend umfasst selbiges mindestens eine Verstromungsanlage, mittels der thermische Energie des Chlorgasstroms, der infolge der Behandlung des Chlormischstroms mittels der Filteranlage gebildet wird, in elektrische Energie umwandelbar ist. Vorzugsweise ist die Filteranlage mittels einer Chlorgasleitung unmittelbar strömungstechnisch mit der Verstromungsanlage verbunden, sodass der Chlorgasstrom durch die Chlorgasleitung hindurch der Verstromungsanlage zuleitbar ist. Die Verstromungsanlage kann insbesondere einen Abhitzkessel umfassen, mittels dessen die in dem Chlorgasstrom enthaltene thermische Energie auf ein Wärmeträgermedium übertragbar ist, das im Weiteren beispielsweise unter Verwendung einer Turbine zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendbar ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das Zementklinkerwerk mindestens eine Abwärmerückgewinnungsanlage zur Verwertung der thermischen Energie des Chlorgasstroms in Form von Prozesswärme aufweisen. Als solches kann die Energie beispielsweise zur Trocknung von Rohstoffen und/oder Brennstoffen für die Zementklinkerherstellung, insbesondere von Klärschlamm, genutzt werden.
Nach seiner energetischen Verwertung kann der Chlorgasstrom sodann einem Wäscher zugeleitet werden, mittels dessen insbesondere die Chloridverbindungen, ggf. ferner Schwermetallverbindungen, aus dem Chlorgasstrom entfernbar und der Chlorgasstrom auf diese Weise in einen Reingasstrom überführbar sind. Letzterer kann schließlich durch einen Kamin in die Umwelt entlassen werden.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

1: Eine schematische Darstellung eines Zementwerks, dass ein erfindungsgemäßes Zementklinkerwerk umfasst,
2: Eine schematische Darstellung eines Teils des erfindungsgemäßen Zementklinkerwerks, der zur Behandlung eines Chlormischstroms geeignet ist, und
3: Ein schematisches Detail eines Staubpartikels im Bereich eines Filterorgans.

Ein Ausführungsbeispiel, das in den 1 bis 3 gezeigt ist, beschreibt ein erfindungsgemäßes Zementklinkerwerk 1, das als Teil eines Zementwerks 15 ausgebildet ist. Das Zementwerk 15, das teilweise in 1 dargestellt ist, umfasst einen Abladeplatz 28 für Rohstoffe, die im Weiteren in dem Zementwerk 15 zu Zement verarbeitet werden. Die Rohstoffe werden zunächst in einem Mischbett 16 zu einer vorgegebenen Zusammensetzung gemischt, die zur Herstellung von Rohmehl 13 geeignet ist. Um das Rohmehl 13 herzustellen, werden die gemischten Rohstoffe zunächst einer Rohmühle 17 zugeführt, mittels der die Rohstoffe gemahlen werden und auf diese Weise das Rohmehl 13 gebildet wird. Nachdem das Rohmehl 13 mittels eines Elektrofilters 18 behandelt wurde, wird es bei dem Vorwärmer 29 zugeleitet, der hier von einem Zyklonvorwärmer gebildet ist. Mittels des Vorwärmers 29 wird das Rohmehl 13 erhitzt, wobei insbesondere eine Entsäuerung des Rohmehls 13 vor dessen Eintritt in einen Drehrohrofen 2 des Zementklinkerwerks 1 vorgenommen wird. An einem Einlaufbereich 14 des Drehrohrofens 2 wird das vorgewärmte und entsäuerte Rohmehl 13 dem Drehrohrofen 2 zugeleitet, mittels dessen die Herstellung des Zementklinkers 12 bewerkstelligt wird. Hierzu wird das Rohmehl 13 auf eine Temperatur von ca. 1450 °C erhitzt, sodass ein Sinterprozess einsetzt, infolgedessen der Zementklinker 12 entsteht.
In Gegenwart der besonders hohen Temperaturen in dem Drehrohrofen 2 werden insbesondere Chloridverbindungen verdampft, die sowohl als Bestandteil des Rohmehls 13 als auch als Bestandteil von Brennstoffen, die zur Wärmeerzeugung in dem Drehrohrofen 2 verwendet werden, in den Drehrohrofen 2 eingetragen werden. Besagte Chloridverbindungen weisen typischerweise eine Siedetemperatur von ca. 1300 °C auf. In dem Drehrohrofen 2 befindet sich neben dem Festmaterial folglich eine Dampfphase, die gasförmige Chloridverbindungen enthält. Aufgrund der vorherrschenden Strömungsverhältnisse befinden sich zudem besonders feine Staubpartikel 23 des zugeleiteten Rohmehls 13 in Form von Schwebeteilchen in der Luft. Zusätzlich zu den Chloridverbindungen können ferner Schwermetallverbindungen in ihrer Dampfphase vorliegen, die beispielsweise Blei oder Cadmium enthalten. Um sowohl die Chloridverbindungen als auch etwaige Schwermetallverbindungen aus dem Drehrohrofen 2 abzuführen und auf diese Weise deren Eintrag in den herzustellenden Zementklinker 12 zu vermeiden, wird die in dem Drehrohrofen 2 vorliegende Dampfphase kontinuierlich in Form eines Bypassstroms abgezogen. In dem gezeigten Beispiel erfolgt dies in dem Einlaufbereich 14 des Drehrohrofens 2, wobei der abgezogene Bypassstrom, der in der vorliegenden Anmeldung als Chlormischstrom 5 bezeichnet ist und der insbesondere die Chloridverbindungen und die schwebefähigen Staubpartikel 23 umfasst, mittels einer Leitung 4 einer Filteranlage 3 zugeleitet wird. Neben den Chloridverbindungen und den Staubpartikeln 23 kann der Chlormischstrom 5 ferner weitere Elemente, insbesondere die genannten Schwermetallverbindungen, enthalten. In dem gezeigten Beispiel werden 100% des Chlormischstroms 5 der Filteranlage 3 zugeleitet.
Die Filteranlage 3, die sich besonders gut anhand von 2 ergibt, umfasst ein Filterorgan 6, das in dem gezeigten Beispiel von einer aus Keramik hergestellten Filterkerze gebildet ist. Der Chlormischstrom 5 weist hier bei seinem Eintritt in die Filteranlage 3 eine Temperatur von ca. 950 °C aus und trifft mit dieser Temperatur auf das Filterorgan 6.dieses umfasst eine Vielzahl von Poren 26, die eine durchschnittliche Porenweite 27 von 50 µm aufweisen. Eine Filtrationsgeschwindigkeit einem Filterorgan 6 beträgt mithin in dem gezeigten Beispiel ca. 0,05 m/s.
Die durchschnittliche Porenweite 27 ist derart gewählt, dass die schwebefähigen Staubpartikel 23, die in dem Chlormischstrom 5 enthalten sind, mittels des Filterorgans 6 mechanisch abgeschieden werden. Mit anderen Worten sind die Staubpartikel 23 zu groß, um durch die Poren 26 des Filterorgans 6 hindurchtreten zu können. Dies ergibt sich besonders gut anhand von 3. Infolge der Abscheidung der Staubpartikel 23 aus dem Chlormischstrom 5 wird demzufolge ein die Staubpartikel 23 enthaltender Staubstrom 7 gebildet.
Aufgrund der vorliegenden Randbedingungen, insbesondere der Temperatur des Chlormischstroms 5 von 950 °C und der vergleichsweise hohen Filtrationsgeschwindigkeit von 0,05 m/s kommt es trotz dem Unterschreiten der Siedetemperatur der Chloridverbindungen nicht zu einem Ausfallen der Chloridverbindungen an dem Filterorgan 6, insbesondere infolge dauerhafter Kondensation an den Staubpartikeln 23. Zwar kann es zu einer kurzzeitigen Kondensation der Chloridverbindungen an den Staubpartikeln 23 kommen, sodass erstere sich in Form einer Schmelzphase 24 an den Staubpartikeln 23 niederschlagen. Aufgrund des besonders niedrigen Partialdrucks der Chloridverbindungen in der Filteranlage 3 treten die Chloridverbindungen jedoch unmittelbar wieder in ihre Dampfphase 25 über und lösen sich somit von den Staubpartikeln 23. In Form ihrer Dampfphase können die Chloridverbindungen schließlich durch die Poren 26 des Filterorgans 6 hindurchtreten, sodass jenseits des Filterorgans 6 ein Chlorgasstrom 8 vorliegt, der insbesondere die Chloridverbindungen enthält. Nach demselben Prinzip können auch etwaige in dem Chlormischstrom 5 enthaltene Schwermetallverbindungen durch das Filterorgan 6 hindurchgeleitet werden. Die Staubpartikel 23 werden folglich getrennt von den schädlichen Bestandteilen des Chlormischstroms 5 an dem Filterorgan 6 abgeschieden, sodass der infolgedessen gebildete Staubstrom 7 zumindest im Wesentlichen frei von diesen schädlichen Verbindungen ist. In besonders vorteilhafter Weise wird dieser „saubere“ Staubstrom 7 mittels einer Rezirkulationsleitung 9 zurück zu dem Drehrohrofen 2 geleitet. Die Rezirkulationsleitung 9 ist hierzu mit einem Abscheideraum 20 der Filteranlage 3 verbunden, in dem sich die abgeschiedenen Staubpartikel 23 sammeln. Die Rezirkulation der Staubpartikel 23 in den Drehrohrofen 2 erfolgt in dem gezeigten Beispiel mittelbar, wobei die Rezirkulationsleitung 9 stromaufwärts des Vorwärmers 19 dem von dem Elektrofilter 18 stammenden Rohmehl 13 zugemischt wird.
Der aus der Filteranlage 3 austretende Chlorgasstrom 8, der im Wesentlichen die Chloridverbindungen und ferner gegebenenfalls Schwermetallverbindungen aufweist, wird zunächst mittels einer Chlorgasleitung 11 einer Verstromungsanlage 10 zugeleitet. Hierbei weist der Chlorgasstrom 8 im dem gezeigten Beispiel noch eine Temperatur von ca. 800 °C bis 850 °C auf. Mittels der Verstromungsanlage 10, die in dem gezeigten Beispiel einen Abhitzkessel umfasst, wird die in dem Chlorgasstrom 8 enthaltene thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt, wobei eine Übertragung der thermischen Energie auf ein Wärmeträgermedium sowie dessen energetische Verwertung in bekannter Weise vorgenommen werden.
Schließlich wird der Chlorgasstrom 8 einem Wäscher 21 zugeleitet, mittels dessen die in dem Chlorgasstrom 8 enthaltenen schädlichen Bestandteile, das heißt insbesondere die Chloridverbindungen sowie etwaige Schwermetallverbindungen, aus dem Chlorgasstrom 8 entfernt werden und letztere hierdurch in einen Reingasstrom 29 überführt wird. Der Reingasstrom 29 wird mittels einer Reingasleitung 30 schließlich einem Kamin 22 zugeleitet, mittels dessen der Reingasstrom 29 in die Umwelt entlassen wird.
Bezugszeichenliste

1: Zementklinkerwerk
2: Drehrohrofen
3: Filteranlage
4: Leitung
5: Chlormischstrom
6: Filterorgan
7: Staubstrom
8: Chlorgasstrom
9: Rezirkulationsleitung
10: Verstromungsanlage
11: Chlorgasleitung
12: Zementklinker
13: Rohmehl
14: Einlaufbereich
15: Zementwerk
16: Mischbett
17: Rohmühle
18: Elektrofilter
19: Vorwärmer
20: Abscheideraum
21: Wäscher
22: Kamin
23: Staubpartikel
24: Schmelzphase
25: Dampfphase
26: Pore
27: Porenweite
28: Abladeplatz
29: Reingasstrom
30: Reingasleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017008500 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Zementklinker (12), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: - Brennen von Rohmehl (13) in einem Drehrohrofen (2) zu Zementklinker (12) bei einer Temperatur von mindestens 1.400 °C; - Abziehen eines Chlormischstroms (5) aus dem Drehrohrofen (2), wobei der Chlormischstrom (5) im gasförmigen Aggregatzustand vorliegende Chloridverbindungen sowie Staubpartikel enthält; - Behandlung des Chlormischstroms (5) in einer Filteranlage (3); dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Chlormischstroms (5) mit einer Temperatur von mindestens 900 °C einem Filterorgan (6) der Filteranlage (3) zugeführt wird, wobei in dem Chlormischstrom (5) enthaltene Staubpartikel derart zumindest teilweise an dem Filterorgan (6) abgeschieden werden, dass der Chlormischstrom (5) in einen von Staubpartikeln gebildeten Staubstrom (7) und einen gasförmigen Chlorgasstrom (8) getrennt wird, der die Chloridverbindungen enthält, wobei der Chlorgasstrom (8) das Filterorgan (6) durchströmt und der Staubstrom (7) und der Chlorgasstrom (8) getrennt voneinander aus der Filteranlage (3) abgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Chlormischstrom (5) bei seiner Zuführung zu der Filteranlage (3) eine Temperatur von mindestens 950 °C, vorzugsweise mindestens 1.000 °C, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Chlormischstrom (5) ausgehend von dem Drehrohrofen (2) unmittelbar der Filteranlage (3) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Chlormischstrom (5) in einem Einlaufbereich (14) des Drehrohrofens (2) aus selbigem abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeschiedene Staubstrom (7) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in den Drehrohrofen (2) rezirkuliert und/oder einer Zementmahlung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Chlorgasstrom (8) einer Verstromungsanlage (10), mittels der in dem Chlorgasstrom (8) gespeicherte thermische Energie in elektrischen Strom umgewandelt wird, und/oder einer Abwärmerückgewinnungsanlage zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filtrationsgeschwindigkeit an dem Filterorgan (6) der Filteranlage (3) höchstens 0,02 m/s, vorzugsweise höchstens 0,05 m/s, weiter vorzugsweise höchstens 0,1 m/s, beträgt.
Zementklinkerwerk (1), umfassend einen Drehrohrofen (2) sowie eine dem Drehrohrofen (2) zugeordnete Filteranlage (3), wobei die Filteranlage (3) mittels einer Leitung (4) mittelbar oder unmittelbar strömungstechnisch mit dem Drehrohrofen (2) verbunden ist, sodass ein aus dem Drehrohrofen (2) abgezogener Chlormischstrom (5), der im gasförmigen Aggregatzustand vorliegende Chloridverbindungen sowie Staubpartikel enthält, mittels der Leitung (4) der Filteranlage (3) zuführbar ist, wobei die Filteranlage (3) mindestens ein Filterorgan (6) aufweist, mittels dessen aus dem Chlormischstrom (5) zumindest ein Teil der Staubpartikel abscheidbar ist, sodass der Chlormischstrom (5) in einen von den Staubpartikeln gebildeten Staubstrom (7) und einen Chlorgasstrom (8) trennbar ist, wobei der Chlorgasstrom (8) die Chloridverbindungen enthält.
Zementklinkerwerk (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterorgan (6) von einem Keramikfilter oder von einer Filterschüttung gebildet ist.
Zementklinkerwerk (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Porenweite des Keramikfilters zwischen 1 µm und 100 µm beträgt.
Zementklinkerwerk (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine Rezirkulationsleitung (9), die einen Abscheideraum (20) der Filteranlage (3), in dem sich mittels des Filterorgans (6) abgeschiedene Staubpartikel sammeln, mittelbar oder unmittelbar mit dem Drehrohrofen (2) strömungstechnisch verbindet, sodass der Staubstrom (7) durch die Rezirkulationsleitung (9) hindurch in den Drehrohrofen (2) förderbar ist.
Zementklinkerwerk (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine Förderleitung, mittels der mittels des Filterorgans (6) abgeschiedene Staubpartikel ausgehend von einem Abscheideraum (20) der Filteranlage (3) mittelbar oder unmittelbar einer Zementmahlung zuleitbar sind, sodass der Staubstrom (7) durch die Förderleitung hindurch zu der Zementmahlung förderbar ist.
Zementklinkerwerk (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch eine Verstromungsanlage (10), mittels der thermische Energie des Chlorgasstroms (8) in elektrische Energie umwandelbar ist, wobei vorzugsweise die Filteranlage (3) und die Verstromungsanlage (10) mittels einer Chlorgasleitung (11) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, sodass der mittels der Filteranlage (3) getrennte Chlorgasstrom (8) durch die Chlorgasleitung (11) hindurch der Verstromungsanlage (10) zuleitbar ist.