DE3803170A1 - Vorrichtung und anlage zur herstellung von zementklinker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1) sowie eine Anla­ ge (gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 5) zur Herstellung von Zementklinker aus kohlenwas­ serstoffhaltigen Rohmaterialien.

In verschiedenen Gebieten (unter anderem im nord­ amerikanischen Raum) lagern große Mengen von mit Kohlenwasserstoffen durchsetzten Rohmaterialien, die sich von ihrer anorganisch-chemischen Zusam­ mensetzung zur Zementherstellung eignen. Ihre Ver­ wendung ist jedoch vielfach aus zwei Gründen pro­ blematisch:

Die Kohlenwasserstoffe sind relativ leicht flüch­ tig. Bei der üblichen Aufgabe des Rohmateriales im Vorwärmer ist die Verbrennung der Kohlenwas­ serstoffe unvollständig, und es kommt zu Emissio­ nen von Gasen und Dämpfen, die Geruchsbelästigung und andere Nachteile mit sich bringen.

Weiterhin enthalten die Rohmaterialien vielfach Schwefel in pyritischer, sulfidischer oder orga­ nisch gebundener Form, der ebenfalls bei niedrigen Temperaturen freigesetzt wird, was zu weiteren Emissionsproblemen führen kann. Gelangt der Schwefel andererseits ins Ofensystem, so wird schnell die Grenze erreicht, oberhalb der die Klin­ kerherstellung problematisch wird bzw. kein guter Zement mehr hergestellt werden kann.

Durch die DE-OS 26 27 056 ist es bei der Herstel­ lung von Zementklinker aus üblichem Rohmaterial be­ reits bekannt, Abfallbrennstoff (wie Kraftfahrzeug­ reifen) zu verwenden, der in einem Wärmetauscher verschwelt wird, wobei das durch Verschwelung ent­ standene Gas im Drehrohrofen verbrannt wird.

Weiterhin ist durch die EP-A- 49 324 ein Verfahren von Schwelen von Ölschiefer bekannt, bei dem als Schwelreaktor ein Zyklonreaktor verwendet wird, aus dem Schwelgas die kondensierbaren Bestandtei­ le abgeschieden werden, ein der Vergrößerung der Gasmenge entsprechender Anteil abgeführt und der Rest des Schwelgases indirekt wieder aufgeheizt und als alleiniger Wärmeträger in den Zyklonreak­ tor zurückgespeist wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren (entsprechend dem Oberbegriff des An­ spruches 1) sowie eine Anlage (gemäß dem Gattungs­ begriff des Anspruches 5) zu entwickeln, die es gestatten, ohne störende Emissionen und ohne son­ stige betriebliche Nachteile Zementklinker ein­ wandfreier Qualität aus kohlenwasserstoffhaltigen Rohmaterialien herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 5 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird das Rohmaterial in einen we­ nigstens teilweise zirkulierenden Pyrolysegasstrom eingeführt, der zuvor durch Abgase der Vorwärmzone indirekt so weit erhitzt wird, daß bei Einführung des Rohmateriales zumindest ein wesentlicher Teil der darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe freige­ setzt wird.

Der Pyrolysegasstrom wird zusammen mit dem Roh­ material einem Pyrolysereaktor zugeführt, in dem die Kohlenwasserstoffe freigesetzt werden. Durch gesteuerte Luftzugabe wird ein Teil der Kohlen­ wasserstoffe gleichzeitig verbrannt und trägt da­ mit energetisch zur Pyrolyse und zur Vorwärmung des Rohmateriales bei. Das erhitzte Rohmaterial wird sodann aus dem Pyrolysegasstrom abgeschieden und der Vorwärmzone zugeführt.

Auf diese Weise wird einerseits der Wärmeinhalt der Kohlenwasserstoffe für die Erhitzung des Roh­ materiales nutzbar gemacht, und es werden anderer­ seits durch die Kreislaufführung des Pyrolysegas­ stromes und seine indirekte Erwärmung durch die Abgase der Vorwärmzone störende Emissionsprobleme und andere betriebliche Nachteile vermieden.

Wie Versuche zeigten, läßt sich der in den Rohma­ terialien enthaltene Schwefel bei pyrolytischer Behandlung teilweise austreiben und durch bereits calciniertes Material (Ofenmehl) bei geeigneter Wahl der Reaktionsbedingungen in der Gasreinigung aus dem Pyrolysegas und damit aus dem Ofensystem entfernen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Die in der Zeichnung dargestellte Anlage zur Her­ stellung von Zementklinker aus kohlenwasserstoff­ haltigen Rohmaterialien enthält eine durch einen Drehrohrofen 1 gebildete Brennzone, eine Vorwärm­ zone 2, bestehend aus einem oder mehreren Zyklonen 3 und aus der den Drehrohrofen 1 mit dem bzw. den Zyklonen 3 verbindenden Gasleitung 4. Die Gaslei­ tung 4 kann mit wenigstens einem Brenner versehen und als Vorcalcinierzone ausgebildet sein. Weiter­ hin enthält die Anlage einen indirekten Wärmetau­ scher 5, einen durch einen oder mehrere Zyklone gebildeten Pyrolysereaktor 6, einen Heißgasventi­ lator 7, eine schematisch durch den Pfeil 8 ange­ deutete Einrichtung zur Aufgabe des Rohmateriales in den vom Wärmetauscher 5 zum Reaktor 6 geführten Pyrolysegasstrom.

Die Anlage enthält ferner eine Brennkammer 9 für den Anfahrbetrieb, eine Einrichtung 10 zur Gas­ reinigung, ein Elektrofilter 11, einen Abgasven­ tilator 12 sowie einen Kühler 13. Weiterhin sind in den Gasleitungen Klappen 14, 15 vorgesehen. Der Drehrohrofen 1 wird in üblicher Weise durch einen Brenner 16 beheizt.

Die Funktion der Anlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist folgendermaßen:
In der durch den Wärmetauscher 5, den Pyrolyse­ reaktor 6 und den Heißgasventilator 7 gebildeten Schleife wird ein Pyrolysegasstrom zirkuliert, der im Wärmetauscher 5 durch die heißen Abgase der Vorwärmzone 2 so weit erhitzt wird, daß bei Einführung des Rohmateriales (Pfeil 8) in diesen Pyrolysegasstrom zumindest ein wesentlicher Teil der im Rohmaterial enthaltenen Kohlenwasserstoffe freigesetzt wird. Zweckmäßig wird der Pyrolysegas­ strom im Wärmetauscher 5 so weit erhitzt, daß das anschließend in den Pyrolysegasstrom eingeführte Rohmaterial auf eine Temperatur zwischen 300 und 600°C erwärmt wird.

Der Pyrolysegasstrom wird dann zusammen mit dem Rohmaterial dem Pyrolysereaktor 6 zugeführt, in dem die Kohlenwasserstoffe freigesetzt werden und teilweise verbrennen. Der Pyrolysereaktor 6 bildet zugleich eine Einrichtung zur Abscheidung des Roh­ materiales aus dem Pyrolysegasstrom. Das abgeschie­ dene Rohmaterial gelangt dann in die zum Zyklon 3 führende Gasleitung 4 der Vorwärmzone 2 und wird in dieser Vorwärmzone in bekannter Weise durch die heißen Abgase des Drehrohrofens 1 weiter er­ hitzt, ehe es nach Abscheidung im Zyklon 3 in den Drehrohrofen 1 gelangt.

Wenigstens ein Teil des durch den Heißgasventila­ tor 7 aus dem Pyrolysereaktor 6 abgesaugten Pyro­ lysegasstromes wird dann dem Wärmetauscher 5 zu­ geführt und hier erneut aufgeheizt. Ein Teil des Pyrolysegasstromes kann über die zur Gasreinigung dienende Einrichtung 10 dem Brenner 16 des Dreh­ rohrofens 1 als zusätzlicher Wärmeträger zugeführt und im Drehrohrofen verbrannt werden.

Die Brennkammer 9 dient im Anfahrbetrieb dazu, ge­ nügend heiße Gase zum Materialtransport durch den Pyrolysereaktor 6 zur Verfügung zu haben.

Die Abgase der Vorwärmzone 2 durchsetzen nach Pas­ sieren des Wärmetauschers 5 das Elektrofilter 11. Sie besitzen keinen störenden Gehalt an Kohlen­ wasserstoffen, da diese in dem indirekt beheizten Pyrolysegasstrom freigesetzt und dann in der Hauptfeuerung des Drehrohrofens 1 oder in der Vorwärmzone 2 (insbesondere in einer zu dieser Vorwärmzone gehörenden Vorcalcinierzone) ver­ brannt werden.

Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Pyrolysereaktor 6 durch einen Zyklon gebildet wird, so ist es im Rahmen der Erfindung selbst­ verständlich auch möglich, hierfür eine Wirbel­ schicht, ein Steigrohr, ein System aus mehreren Zyklonen oder einen sonstigen Reaktor einzusetzen.

Ebenso kann ferner die Vorwärmzone 2 erforderli­ chenfalls mehr als eine Zyklonstufe enthalten.

Weiterhin kann zur Vorwärmung des Rohmateriales zwischen dem indirekten Wärmetauscher 5 und dem Elektrofilter 11 eine weitere Zyklonstufe ange­ ordnet sein.

Ein Teil des aus dem Zyklon 3 ausgetragenen Roh­ materiales kann abgezweigt und aus dem System entfernt werden, um den Schwefelgehalt des dem Drehrohrofen 1 zugeführten Materiales zu ver­ ringern.

Es besteht ferner die durch die Pfeile 17 ange­ deutete Möglichkeit, einen Teil des aus dem Zyklon 3 ausgetragenen, bereits calcinierten Roh­ materiales der zur Gasreinigung dienenden Ein­ richtung 10 zuzuführen, um den im Pyrolysegas enthaltenen Schwefel zu binden.

Die Erfindung sei weiterhin an folgendem Beispiel näher erläutert.

Um die Nutzung kohlenwasserstoffhaltiger Rohma­ terialien für die Zementherstellung ohne die nach konventionellen Verfahren damit verbundenen Umweltbelastungen zu untersuchen, wurden Versuche mit einer halbtechnischen Versuchsapparatur durch­ geführt (enthaltend einen modifizierten Zyklon­ vorwärmer, dessen obere Stufen durch Schaffung eines geschlossenen Gaskreislaufes mit indirekter Erwärmung des teilweise zirkulierenden Schwelgases in eine Schwelstufe umgebaut wurden).

Es zeigte sich, daß durch den Einsatz einer Schwel­ stufe bei relativ niedriger Temperatur von etwa 450°C und bei den in zwei Zyklonen gegebenen Ver­ weilzeiten die Kohlenwasserstoffe nahezu voll­ ständig und der Schwefel zu etwa 20% aus dem Rohmaterial ausgetrieben werden können. Die Wärme­ übertragung erfolgt dabei teilweise über einen indirekten Wärmetauscher. Ein Teil wird aber auch durch eine partielle Verbrennung des im Rohma­ terial vorhandenen organischen Anteils aufge­ bracht.

Das entstehende Schwelgas hat einen Heizwert von etwa 1100 kJ/Nm³, was eine Verbrennung im Haupt­ brenner neben dem konventionellen Brennstoff zu­ läßt.

Verwendet wurde für diesen Versuch ein Rohmate­ rial aus dem nordamerikanischen Raum, bei dem über 90% des Schwefels als relativ leicht zer­ setzliche Verbindungen in sulfidischer bzw. orga­ nischer Form vorliegen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker aus kohlenwasserstoffhaltigen Rohmaterialien, wobei das Rohmaterial in einer von den Abgasen einer Brennzone (1) durchströmten Vorwärmzone (2) vorgewärmt und anschließend in der Brenn­ zone zu Zementklinker gebrannt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) das Rohmaterial wird in einen wenigstens teilweise zirkulierenden Pyrolysegasstrom eingeführt;
• b) vor Einführung des Rohmateriales wird der Pyrolysegasstrom durch Abgase der Vorwärm­ zone (2) indirekt so weit erhitzt, daß bei Einführung des Rohmateriales zumindest ein wesentlicher Teil der darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe freigesetzt wird,;
• c) der zirkulierende Pyrolysegasstrom wird dann zusammen mit dem Rohmaterial einem Pyrolyse­ reaktor (6) zugeführt, in dem die Kohlen­ wasserstoffe frei werden;
• d) durch gesteuerte Luftzugabe wird ein Teil der Kohlenwasserstoffe gleichzeitig ver­ brannt;
• e) das im Pyrolysereaktor (6) erhitzte Rohmate­ rial wird sodann aus dem Pyrolysegasstrom abgeschieden und der Vorwärmzone (2) zuge­ führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß kohlenwasserstoffhaltige Rohmateria­ lien Verwendung finden, die zugleich Schwefel in pyritischer, sulfidischer oder organisch gebundener Form enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Pyrolysegasstrom durch die Abgase der Vorwärmzone (2) so weit erhitzt wird, daß das anschließend in den Pyrolysegasstrom ein­ geführte Rohmaterial auf eine Temperatur zwi­ schen 300 und 600°C erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Teil des Pyrolysegasstromes nach Abscheidung des Rohmateriales abgezweigt und vorzugsweise nach einer Gasreinigung der Brenn­ oder Vorwärmzone (1 bzw. 2) zugeführt wird.

5. Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus kohlenwasserstoffhaltigen Rohmaterialien, ent­ haltend

• a) eine von den Abgasen einer Brennzone (1) durchströmte Vorwärmzone (2) zur Vorwärmung des Rohmateriales,
• b) eine Brennzone (1) in der das vorgewärmte Rohmaterial zu Zementklinker gebrannt wird, gekennzeichnet durch folgende weitere Anlagen­ teile:
• c) einen indirekten Wärmetauscher (5) zur Er­ hitzung eines wenigstens teilweise zirkulie­ renden Pyrolysegasstromes mit den Abgasen der Vorwärmzone (2),
• d) eine Einrichtung (8) zur Aufgabe des Roh­ materiales in den erhitzten Pyrolysegasstrom,
• e) einen Pyrolysereaktor (6), dem der erhitzte Pyrolysegasstrom mit dem darin enthaltenen Rohmaterial zugeführt wird,
• f) eine Einrichtung (6) zur Abscheidung des Rohmateriales aus dem Pyrolysegasstrom und zur Zuführung des abgeschiedenen Rohmate­ riales zur Vorwärmzone (2),
• g) einen Ventilator (7) , durch den wenigstens ein Teil des Pyrolysegasstromes nach Ab­ scheidung des Rohmateriales wieder dem indirekten Wärmetauscher (5) zugeführt wird.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (10) zur selektiven Gas­ reinigung vorgesehen ist, über die ein Teil des Pyrolysegasstromes nach Abscheidung des Rohmateriales der Brenn- oder Vorwärmzone (1 bzw. 2) zugeführt wird.

7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Brennkammer (9) zur Er­ zeugung eines dem Pyrolysereaktor (6) im An­ fahrbetrieb zugeführten heißen Gasstromes vor­ gesehen ist.

8. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pyrolysereaktor (6) durch wenigstens einen Zyklon gebildet wird und zugleich die Einrichtung zur Abscheidung des Rohmateriales aus dem Pyrolysegasstrom darstellt.